Реализация аппаратов в простейшем виде

Преобразователи «напряжение-ток»

Источник тока (Преобразователь напряжение-ток) обеспечивает в нагрузке Rн ток, величина которого не зависит от величины сопротивления нагрузки, т.е. нагрузочная характеристика есть горизонтальная прямая

Источник тока можно построить на источнике ЭДС и добавочном сопротивлении RB. Тогда Iн=E/(RB+RH), Если RB>>RH, то можно положить, что ток в нагрузке не зависит от ее величины. Если необходимо поддержание тока с погрешностью 0.1% то RB=1000RH. Допустим RH=1kOm , IH=1mA, тогда RB=1000 kOm, a E=1kV (!!!)

Предположим, что I=1mA, Re=5kOm Ue=5v Rэкв=R1||R2=10kOm, r_KE=100kOm,β=300, r_B=7,8kOm,

Тогда внутренне сопротивление источника r_i=6.7Mom

Такой источник тока работает до величины

RH=(Uп-5-U_KEmin)/IH

Вместо R2 часто ставится стабилитрон VD/

Б иполярный управляемый источник тока

Иногда требуется источник тока, обеспечивающий биполярный выходной ток, пропорциональный входному напряжению. Для этого соединим 2 комплементарных источника тока.

Если Uin=0, то I1=I2 и IH=0

Если Uin>0, то I2↑, a I1↓ и →IH<0

Если Uin>0, то I1↑, a I2↓ и →IH>0

Выражения для токов I1,I2

Схема работоспособна при |Uin|<|Uп-3В| и RH<0.5Uп/IHmax

Преобразователи тока с оу

а) Схемы с незаземленной нагрузкой:

Iвх=±Uвх/R .

б) Схемы с заземленной нагрузкой:

; .

Схема с однонаправленным током:

Iн=Uвх/R.

Схема с биполярным током

22. Ультразвуковая терапевтическая и хирургическая аппаратура

В тканях организма, как и в любом твердом, жидком и газообразном веществе, могут возникать механические (упругие) колебания и волны. Механические колебания с частотой ниже 16 Гц называются инфразвуковыми. Лечебное применение подобных колебаний можно видеть на примере вибрационного массажа. Механические колебания и волны в диапазоне частот16 Гц -20 кГц называются звуковыми и воспринимаются ухом. Механические колебания и волны с частотой выше 20 кГц называются ультразвуковыми и не воспринимаются ухом. Верхний частотный предел ультразвуковых колебаний не установлен, так как в последнее время получают ультразвуковые колебания с частотой порядка сотен МГц.

Источником ультразвуковых волн является какое-либо тело, находящееся в колебательном движении с соответствующей частотой. Для этого может быть использован магнитострикционный эффект, заключающийся в том, что под действием переменного магнитного поля изменяется длина расположенного вдоль поля стержня их ферромагнитного материала. Это периодическое удлинение и укорочение стержня приводит в колебательные движения, прилегающие к торцам стержня частицы среды, в которой образуется ультразвуковая волна. В терапии применяется ультразвук с частотами в пределах 800 - 3000 кГц, который получается с помощью так называемого обратного пьезоэлектрического эффекта, заключающегося в изменении размеров кристалла под действием приложенного напряжения.

Если к торцевым поверхностям пластинки, вырезанной из кристалла кварца с помощью электродов приложить переменное электрическое напряжение, то толщина пластинки будет меняться с частотой приложенного напряжения. В окружающих слоях будут наблюдаться сгущения и разрежения среды - ультразвуковая волна.

И злучающая головка состоит из цилиндрического металлического корпуса 4, на основании 1 которого расположена пластинка пьезопреобразователя 6, которая удерживается с помощью держателя 3 и пружины 7. Пружинный держатель демпфирует распространение волны в сторону ручки. Амплитуда колебаний пластинки а, следовательно, интенсивность ультразвуковой волны, будет максимальной при совпадении собственной резонансной частоты пластинки с частотой генератора. Это условие выполняется, если толщина пластинки равна нечетному числу полуволн (при частоте 880 кГц толщина кварцевой пластинки составляет 3,26 мм).

Для того чтобы волна проходила через основание без ослабления, его также настраивают в резонанс, для чего его толщина должна составлять целое число полуволн.

В последние годы в ультразвуковых аппаратах широкое применение получили пьезопреобразователи из керамики титаната бария. Они представляю спеченные при высокой температуре мелкие кристаллы, т.е. имеет поликристаллическую структуру. Преимуществом ее по сравнению с кварцем является дешевизна и меньшая величина напряжения, необходимого для возбуждения ультразвуковых колебаний ( для сравнения на кварцевой пластинке при интенсивности 2 Вт/см² напряжение превышает 1500 В, а на пластинке из керамики титаната бария не более 100 В). Это позволяет значительно упростить схему аппарата и конструкцию подводящего кабеля.

Воздействие ультразвуком но ткани организма осуществляется обычно путем приложения торцовой поверхности головки непосредственно к области, подлежащей воздействию, возможно плавное массирующее перемещение ультразвуковой головки.

При проведении процедур большое внимание должно уделяться обеспечению хорошего акустического контакта между головкой и телом пациента. Иначе ввиду значительного различия в плотности воздуха и тела может произойти практически полное отражение ультразвуковой волны. Поэтому поверхность облучаемого участка тела покрывают слоем промежуточной среды (гель, вазелиновое масло), заполняющей все возможные промежутки между головкой и телом.

На поверхности сложной формы (конечности) воздействие ультразвуком производится через воду в ванне, размещая его в непосредственной близости от поверхности тела.

Действие ультразвуковых колебаний на ткани организма имеет сложный характер, в котором выделяются три основные составляющие: механическая, тепловая и химическая.

Механическое действие ультразвука, обусловленное колебанием частиц ткани, представляет своеобразный микромассаж тканей. Происходящие при этом изменения взаимного пространственного расположения клеточных структур приводят к их перестройке и сдвигам в их функциональном состоянии. Тепловое действие, связанное с поглощением энергии ультразвуковой волны, вследствие взаимного трения частиц тканей приводит к преимущественному нагреву мышечных и особо костных тканей.

Химическое действие ультразвука является следствием механического и теплового действий и проявляется оно в усилении окислительных процессов, интенсивности процессов диффузии и др.

Дозиметрия при ультразвуковой терапии заключается в установке заданной величины интенсивности ультразвука и длительности воздействия. Интенсивность как правило указывается на шкале регулятора выходной мощности аппарата, обычное величины применяемых интенсивностей при подвижной методике составляют 0,5-1,5 Вт/см², при неподвижной - 0,05-0,3 Вт/см².

Помимо непрерывного действия, в ультразвуковой терапии широко используется также импульсный (прерывистый) режим воздействия. При этом длительность импульса регулируется в пределах 2-10 мс, при частоте следования 50 Гц. Средняя интенсивность ультразвуковых колебаний при этом уменьшается в показатель скважности раз.

Измерение мощности основано на том, что распространяющаяся ультразвуковая волна оказывает постоянное давление на поверхность тела, препятствующего ее распространению. Величина этого давления при полном отражении от препятствия прямо пропорциональна интенсивности и обратно пропорциональна скорости распространения ультразвука. Величины оказываемого волной давления составляют 1-10 мм.вд.ст., и их можно замерить чувствительными измерительными преобразователями, выходные сигналы которых могут быть отградуированы в величинах излучаемой источником ультразвука мощности.