- •1. Аналитический обзор 5
- •2. Теоретические и экспериментальные исследования 12
- •2.6. Структурная схема аппарата 29
- •3. Принцип лечения с применением “Аппарата терапевтического лазерного” 40
- •4. Обеспечение производственной и экологической безопасности при эксплуатации аппарата 41
- •5. Предварительный расчет себестоимости терапевтического лазерного аппарата и анализ перспектив ее изменения 53
- •Введение
- •1. Аналитический обзор
- •1.1. Анализ результатов ранее выполненных работ и исследований
- •1.2 Анализ характеристик объектов-аналогов
- •1.3 Структуравозникающих проблем и перечень возможных путей их решения
- •1.4 Техническое обоснование выбранного пути разработки
- •1.5 Структура работ, проводимых для достижения заданных параметров
- •2. Теоретические и экспериментальные исследования
- •2.1 Оптическая схема малогабаритного перестраиваемого лазера на красителях в твердотельной матрице
- •2.2 Лазерный затвор на эффекте нпво
- •2.3 Расчет оптического резонатора лазера накачки со стабильной каустикой
- •2.4. Расчет элементов оптической схемы перестраиваемого по длинам волн лазера на красителях в твердотельной матрице.
- •2.4.1 Расчет величины поперечного смещения пучка при прохождении через активный элемент .
- •2.4.2. Расчет угловой ширины спектра при отклонении пучка призмой (блоком призм).
- •2.4.3. Определение габаритов глухого зеркала
- •2.4.4. Расчет увеличения призмы (блока призм)
- •2.5. Основные блоки, узлы и элементы аппарата
- •2.5.1. Квантрон
- •2.5.2. Тепловой режим работы лазера накачки
- •2.5.3. Термостабилизирующее устройство преобразователя частоты
- •2.5.4. Устройство вращения и сканирования активного элемента перестраиваемого лазера
- •2.5.5. Устройство для подвода лазерного излучения к облучаемой поверхности
- •2.6. Структурная схема аппарата
- •2.6.1. Назначение, общая характеристика и принцип действия основных блоков
- •2.7. Функциональная электрическая схема аппарата
- •2.7.1. Работа в режиме “Одиночный”.
- •2.7.2. Работа в режиме ”Непрерывный.1 Гц”
- •2.7.3. Работа в режиме ”Непрерывный. 2 Гц”
- •2.7.4. Работа в режиме ”Непрерывный. 3 Гц”
- •2.7.5. Работа в режиме “I”
- •2.7.6. Работа в режимах “II”, ”III” и ”IV”.
- •2.8. Методики измерения характеристик лазерного излучения
- •2.9. Результаты экспериментальных исследований.
- •3. Принцип лечения с применением “Аппарата терапевтического лазерного”
- •4. Обеспечение производственной и экологической безопасности при эксплуатации аппарата
- •4.1 Анализ вредных и опасных факторов воздействия лазерного терапевтического аппарата на человека
- •4.2Расчет предельно-допустимых уровней и определение класса по степени опасности генерируемого излучения разрабатываемого аппарата
- •4.3 Нормы и методы измерения опасных и вредных факторов эксплуатации аппарата в процессе квалификационных,приемосдаточных и периодических испытаний
- •4.3.1 Определение уровней лазерного облучения
- •4.3.2 Проверка шумовых характеристик
- •4.3.3 Проверка электробезопасности
- •4.4 Требования по технике безопасности при работе с аппаратом
- •5. Предварительный расчет себестоимости терапевтического лазерного аппарата и анализ перспектив ее изменения
- •5.1. Методы расчета себестоимости
- •5.2. Предварительный расчет себестоимости аппарата
- •5.3. Изменение себестоимости на стадии освоения
- •Выводы по проекту
- •Список использованной литературы
2.4.4. Расчет увеличения призмы (блока призм)
Увеличение призмы может меняться в больших пределах в зависимости от угла падения пучка на грань призмы. В связи с тем, что стойкость покрытия зеркала зависит от плотности мощности падающего на него излучения, работать следует в области углов, для которых увеличение . |
Рис. 2.9. Угловое смещение призмы |
Как следует из [24-26], угловое смещение призмы определяется (см. рис. 2.9)
, (2.18)
где , i2 = a - . Обозначим W=.
Результаты расчета по формуле (2.18), представлены в таблице 2.2 и на рис. 2.10.
Таблица 2.2
Зависимость увеличения блока призм от угла падения пучка на грань
Угол падения i1 |
Угол выхода пучка из призмы | ||
40° |
¥ |
0 |
90° (уходит за грань) |
50° |
2.84 |
0.352 |
78° |
61°36¢ (минимум отклонения) |
1 |
1 |
61°36¢ |
70° |
0.61 |
1.64 |
54°56¢ |
80° |
0.295 |
3.4 |
50° |
90° |
0 |
- |
полное отражение от передней грани |
Из данных расчета видно, что при работе в диапазоне длин волн 550 ¸ 750 нм оптимальные углы падения пучка на дисперсионную призму имеют значения 60 ¸ 80° , так так при этом увеличение W³1. При работе с меньшими или большими углами есть опасность, что пучок “потеряется” внутри призмы или уйдет, отразившись от первой грани.
2.5. Основные блоки, узлы и элементы аппарата
Общий вид аппарата приведен на рис 2.11. При разработке конструкции особое внимание уделялось выбору конструктивных материалов и технических решений, способных обеспечить безотказную работу прибора в заданных ТТ режимах. Прибор состоит из отдельных модулей: излучателя, источника питания, панели управления, держателя световода и разъемов, соединяющих отдельные модули. Такая конструкция облегчает сборку и настройку в процессе серийного производства, а так же техническое обслуживание в ходе эксплуатации прибора.
Модуль излучателя прибора состоит из блока лазера накачки и блока излучателя лазера на красителях в твердотельной матрице. Для обеспечения герметичности внутренней полости в местах соединения отдельных модулей предусмотрены уплотнения из резины типа ИРП. Описание отдельных узлов и элементов, входящих в перечисленные модули, приведено ниже.
2.5.1. Квантрон
Корпус квантрона с кондуктивным охлаждением активного элемента образован двумя профилированными дюралюминиевыми теплоотводами 1 (рис 2.11). Для выравнивания тепловых градиентов по сечению и длине активного элемента 3 он размещается в сапфировой трубке 2. Зазор между внутренней поверхностью трубки 2 и активным элементом 3 составляет не более 1 мм. При этом, как показывают расчеты тепловых полей в активном элементе, можно пренебречь тепловым сопротивлением воздушного слоя.
Тепло, выделяющееся в процессе работы в активном элементе 3, отводится через сапфировую трубку 2 на корпус квантрона 1. Использование сапфировой трубки помимо всего прочего исключает возможные повреждения активного элемента и дополнительные механические напряжения в нем при стягивании пластин-теплоотводов 1. Симметричность нагрева и охлаждения активного элемента определяет характер распределения температурных полей по сечению активного элемента. Термооптические искажения в активном элементе в плоскости ламп приводят к возникновению отрицательной линзы, фокусное расстояние которой при средней мощности накачки 200 Вт составляет примерно 3 м. В перпендикулярной плоскости возникает положительная линза с тем же значением фокусного растояния.
Изучение термооптических искажений в активном элементе проводилось с помощью интерферометра Мака-Цандера [27]. Практическое отсутствие клиновых деформаций позволяет обеспечить сохранение устойчивости резонатора и его параметров в широком диапазоне значений фокусных расстояний тепловых линз за счет выбора его конфигурации.
На внутреннюю поверхность теплоотводов 1 для увеличения эффективности осветителя нанесена отражающая паста из окиси циркония, коэффициент отражения которой в полосах накачки неодима составляет около 95%. Толщина слоя пасты не превышает 0,3 мм.