-
Математична модель. Основними рівняннями, розв’язком з яких випливає рівняння електромагнітної хвилі є рівняння Максвела:
, (1)
де
і
‑
вектори напруженості електричного і
магнітного полів;
і
‑
вектори електричної і магнітної індукції;
і
‑
вектори об’ємної густини електричного
і магнітного струму;
і
‑
об’ємні густини електричного і магнітного
зарядів. Властивості середовища
враховуються матеріальними рівняннями:
(2)
Рівняння (1) за лінійності рівнянь (2) є системою лінійних рівнянь в частинних похідних першого порядку.
Рівняння хвилі
з рівнянь (1) отримаємо шляхом застосування
векторного і скалярного потенціалів,
вважаючи середовище однорідним та
ізотропним. В рівняннях (1) поле представлено
у вигляді суперпозиції поля від
електричних струмів
і поля від магнітних струмів
,
де індекси «
»
та «
»
позначають поля від сторонніх електричних
та магнітних струмів. Тоді, для електричних
струмів векторний потенціал 
і скалярний
потенціал 
вводиться з допомогою рівностей:
. (3)
Для магнітних
струмів ‑
потенціали 
і 
:
. (4)
Враховуючи (3,4) рівняння (1) набирають вигляду:
|
|
(3) |
де
‒
густина
зовнішніх джерел струму. Таке представлення
зручне тим, що проміжними результатами
будуть величини магнітних і електричних
полів, що зручно для спрощення розрахунків.
В якості джерела магнітного поля при
цьому зручно задавати величину густини
струму в області поперечного перерізу
випромінюючої котушки.
Рівняння для миттєвих значень векторних скалярних потенціалів наберуть вигляду:
(6)
тут
оператор
Лапласа.
З урахуванням припущень, наведених в (2.1.1) основне рівняння (5) набирає вигляду [4].
(7)
де
‒
абсолютна діелектрична проникність
вакууму
,
‒
абсолютна магнітна проникність вакууму
і 
‒
відносні (relative)
величини діелектричної проникності
відповідно.
-
Синтез функції системи черезшкірного живлення та побудова функціональної схеми
Принцип роботи системи черезшкірного живлення електрокардіостимулятора можна проілюструвати за допомогою структурної схеми (рис.1).
Рис.1 Структурна схема апарату.
(БЖ – блок живлення; БС – блок стабілізації; К – ключ; БГ ‑ блок генератора;
П – підсилювач; ВІ ‑ вузол індикації; ВК – випромінювальна котушка).
Блок живлення (БЖ) забезпечує живленням блок стабілізації та систему в цілому. Блок стабілізації (БС) стабілізує напругу. Блок генератора (БГ) випромінює гармонічні коливання із частотою 120 КГц. Підсилювач (П) збільшує потужність сигналу до 2,5 Вт (напруга 5 В при струмі 0,5 А).
Передача енергії для зарядки електрокардіостимулятора здійснюється індукційним каналом, тобто випромінююча котушка (ВК) передає енергію на приймальну котушку (ПК).
Генерація сигналу накачки запускається або зупиняється ключем (К).
Візуальне спостереження за дієздатністю приладу та наявності процесу генерації сигналу, здійснюється за допомогою вузла індикації (ВІ).
Побудова функціональної схеми важливий етап у розробці апаратури, оскільки в кінці цього етапу отримуємо структуру приладу, тому проектування найкраще проводити поетапним шляхом, який передбачає поступовий перехід від нагромадження експериментальних даних і вихідних величин до синтезу структури.
Для безконтактної передачі енергії на акумулятор електрокардіостимулятора необхідними є такі функціональні вузли як перетворювач напруги, випрямляч струму, фільтр низьких частот, стабілізатор напруги, ключ, генератор гармонічних коливань, підсилювач, індикатори, випромінювальна та приймальна котушки.
Напруга з мережі подається через перетворювач (1), проходить через випрямляч струму (2), фільтр низьких частот (3) та стабілізатор (4). Далі після ключа (5) вона подається на генератор (6), де утворюються гармонічні коливання заданої частоти. Згенерований сигнал поступає на підсилювача (7). Після підсилення сигнал поступає на випромінювальну котушку (8), де через індукційний канал передається на приймальну котушку (9). Моніторинг роботи приладу здійснюється за допомогою індикаторів (10), розташованих після стабілізатора (4) та підсилювача (7).
Рис.1 Функціональна схема системи черезшкірного живлення електрокардіостимулятора.