Электродинамический вибропреобразователь для виброакустической терапевтической системы с обратной связью

Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

 
южный федеральный университет

 

Факультет	электроники и приборостроения
Кафедра	электрогидроакустической  и медицинской техники

 

ИНДИВДУАЛЬНАЯ РАБОТА

по курсу:

«Акустические методы и приборы  в медицине»

 

на тему:	Электродинамический вибропреобразователь для виброакустической терапевтической системы с обратной связью
Выполнил		Еловикова Т.Ю., группа Э-128
		(фамилия, имя, отчество, группа)
Проверил		Чернов  Н. Н. .  « _________» _________________ 2012 г.

 

 

Таганрог 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1 НАЗНАЧЕНИЕ  ИЗДЕЛИЯ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2

1.1 Назначение  изделия 2

1.2 Область  применения изделия 3

1.3 Основные  характеристики 3

2 НАЗНАЧЕНИЕ  ДАТЧИКА И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 5

2.1 Физиологические  механизмы лечебного действия  микровибраций звуковых частот  на организм человека 5

2.2 основные  характеристики вибропреобразователя 6

3 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО  ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 7

3.1 Расчет  звуковой катушки 7

3.2 Расчет  конструктивных параметров диффузора 11

3.3 Расчет  параметров подвижной системы 13

3.4 Расчет  магнитной цепи 14

4 РАЗРАБОТКА  КОНСТРУКЦИИ ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 17

4.1 Выбор типа  преобразователя 17

5 ПОВЕРКА виброакустического ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО АППАРАТА 22

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 НАЗНАЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1.1 Назначение  изделия

Виброакустический терапевтический аппарат с обратной связью предназначен для лечения  различных заболеваний воспалительного  и травматического характера. Высокая  эффективность лечения достигается  многократным увеличением микрокапиллярного  кровотока и лимфотока в ограниченной болезненной области.

Кроме того аппарат может  использовать для:

1. Восстановления и усиления кровообращения.
2. Улучшения функции органа и направленного изменения параметров гомеостаза.
3. Улучшения качества крови.
4. Восстановления управления и саморегуляции.
5. Усиления действия лекарственных препаратов.
6. Осуществления индивидуального подбора метода виброакустической терапии с последующим контролем ее эффективности.

1.2 Область  применения изделия

Аппарат виброакустической  терапии с обратной связью предназначен для применения в лечебно-профилактических и санаторных учреждениях, в лабораториях и диагностических кабинетах, поликлиниках, больницах, а также в домашних условиях.

1.3 Основные характеристики

Ниже, в таблице 1, описаны  основные характеристики для виброакустического терапевтического аппарата с обратной связью.

Таблица 1 - Основные характеристики

Напряжение питания	220±22			В
Частота питающей сети	50			Гц
Потребляемая мощность, не более	8			ВА
Время непрерывной работы аппарата, не менее	8			ч
Средний срок службы аппарата, не менее	5			лет
Масса аппарата, нетто, не более	0,7			кг
Габаритные размеры, не более	120x90x60			мм
Количество частотных  поддиапазонов микровибрации		2			шт
Нижняя частота 1 поддиапазона, в пределах		20-60			Гц
Верхняя частота 1 поддиапазона, в пределах		1200-4500			Гц
Нижняя частота 2 поддиапазона, в пределах		200-1000			Гц
Верхняя частота 2 поддиапазона, в пределах		9000-18000			Гц
Длительность одного цикла  изменения частоты микровибрации, в пределах		80-160			с
Период импульсной модуляции, в пределах		0,5-1,2			с
Амплитуда микровибрации  на самой низкой частоте, в пределах
на режимах 1 и 3		2,8-5,4	мкм
на режимах 2 и 4		6-12,3	мкм

2 НАЗНАЧЕНИЕ  ДАТЧИКА И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1 Физиологические механизмы лечебного действия микровибраций звуковых частот на организм человека

Для лечения любого заболевания необходимы как минимум хорошее кровоснабжение, качественная кровь и хорошее управление работой организма. Более того, часто наличие этих трех составляющих оказывается достаточным для полного выздоровления, тогда как отсутствие хотя бы одного из них, делает излечение от недуга либо очень длительным, либо вовсе невозможным. Виброакустическая терапия позволяет оказывать заметное влияние на все три фактора, влияющие на результативность лечения: увеличить местное кровоснабжение, повысить функцию органа и улучшить качество крови, восстановить управление, нарушенное в связи с недостаточностью кровоснабжения нервных волокон, тканей, нервных центров.

Основное и прямое физическое свойство виброакустического воздействия, с помощью электродинамического вибропреобразователя, - его способность увеличивать сквозной кровоток и лимфоток. В основе этого явления лежат два надежных физических эффекта.

Первый - это снижение сосудистого  сопротивления движению крови при  воздействии микровибрации определенной звуковой частоты, причем для каждого  диаметра сосуда существует своя оптимальная  частота.

Второй физический эффект - эффект гидродинамического насоса в  венах (рисунок 1 ). Он возникает благодаря наличию клапанов, которые при воздействии микровибрации обеспечивают не хаотическое, а направленное движение крови.

Этот эффект был открыт профессором А. И. Аринчиным. Исследуя механизмы периферического кровообращения, он обнаружил, что мышечные волокна  дрожат со звуковой частотой. "Мышца "поет" на звуковой частоте", - пишет он в своей книге "Периферические "сердца" человека". От такого дрожания в венах образуется с одной стороны разрежение, а с другой давление - своеобразный гидродинамический насос, что и обеспечивает ускоренный отток крови. А. И. Аринчин экспериментально измерил это разрежение и пришел к выводу, что без такого механизма кровообращения сердце должно было бы быть в несколько раз мощнее.

Рисунок - Иллюстрация эффекта  гидродинамического насоса

2.2 основные характеристики вибропреобразователя

В таблице 2 представленны  основные характеристики вибропреобразователя.

Таблица 2 – Основные характеристики вибропреобразователя

Параметр	Значение
Номинальная мощность Ре	0.5Вт
Полное сопротивление Zем	100Ом
Номинальный диапазон частот fн – fв	40-18000Гц
Неравномерность частотной  характеристики N	10дБ
Среднее номинальное звуковое давление pн	2Н/м2
Коэффициент гармонических  нелинейных искажений на нижней граничной  частоте Kf	20%
Рабочая температур	40°С

3 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Исходные параметры электродинамического вибропреобразователя возьмем из таблицы 2:

1) номинальная мощность  Р_е=0.5 Вт.

2) полное сопротивление  Z_ем = 100 Ом.

3) номинальный диапазон  частот f_н – f_в = 40 – 18000 Гц.

4) неравномерность частотной  характеристики N=10 дБ.

5) среднее номинальное  звуковое давление p_н =2 Н/м².

6) коэффициент гармонических  нелинейных искажений на нижней  граничной частоте K_f = 20%.

7) преобразователь должен  работать при температуре до 40°С.

Расчет преобразователя  ведется в следующем порядке.

3.1 Расчет  звуковой катушки

1. Исходя из заданного  коэффициента гармонических нелинейных  искажений, по кривой рисунка 2 определяем амплитуду колебаний подвижной системы на нижней граничной частоте (40 Гц) x = 1,5×10^–3м.

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента нелинейных искажений от амплитуды колебаний подвижной системы громкоговорителя

2. По кривой рисунка 4 определяем необходимую величину свободного воздушного зазора при полученной амплитуде колебании подвижной системы

l'₃ = 0.25×10^-3 м.

3. По кривой рисунка 3 определяем удельную тепловую нагрузку звуковой катушки P_t = 1×10⁴ Вт/м².

Рисунок 3 - Зависимость удельной тепловой нагрузки звуковой катушки от толщины свободного воздушного зазора при различной температуре окружающей среды: 1–20° С ; 2– 40°С

Рисунок 4 - Зависимость величины свободного воздушного зазора от амплитуды колебаний подвижной системы

 

4. Вычисляем площадь боковой  поверхности звуковой катушки:

   (1)

5. Задаваясь отношением  диаметра звуковой катушки к  ее высоте К_к=4, вычисляем диаметр звуковой катушки:

  (2)

6. Вычисляем диаметр керна  магнитной цепи

 (3)

Ближайший номинальный диаметр  керна по ГОСТ 9010-59 составляет 8,5×10^–3 м. Пересчитанный в соответствии с этим диаметр звуковой катушки:

d_к = 8,50×10^-3 + 2×0,25 10^-3 = 8,55×10^-3 м.   (4)

Поскольку разница между  первоначально вычисленным и  пересчитанным диаметрами звуковой катушки незначительна, боковую  поверхность катушки не пересчитываем (так как это не при ведет  к заметному изменению ее теплового  режима).

7. Вычисляем высоту катушки:

   (5)

8. Вычисляем диаметр провода  звуковой катушки:

 (6)

Находим ближайший номинальный  диаметр 3×10^–4 м, площадь сечения этого провода s_п=7,85×10^–10 м².

9. Проверяем выбранный  провод на допустимую плотность  тока:

   (7)

По данным графика рисунка 5 такая плотность тока допустима.

Рисунок 5 - Зависимость допустимой плотности тока от температуры окружающего воздуха: 1 – для широкополосных и низкочастотных громкоговорителей, 2 – для высокочастотных громкоговорителей

10. Вычисляем число витков  катушки, принимая число слоев t=2 и Q=0,9,

   (8)

Принимаем, что нижний слой содержит 61 витка, а верхний – 60 виток.

Для каркаса катушки выбираем кабельную бумагу толщиной d=0,12×10^–3 м.

11. Вычисляем  толщину  звуковой катушки:

  (9)

12. Вычисляем массу звуковой  катушки, для чего предварительно  определяем длину провода

   (10)

Находим окончательно массу  звуковой катушки

m_к = l _п·s_п·γ = 3,04·7,85·10^-10·8,96·10³ = 2,14×10^-5 кг.  (11)

3.2 Расчет конструктивных параметров диффузора

1. Для изготовления диффузора,  согласно таблице выбираем следующий состав композиции бумажной массы сульфит целлюлоза – 50%, вата клиническая хирургическая – 50%.

Диффузор пропитывается  цапонлаком с содержанием сухого остатка 0,4% Согласно таблице 3 диффузор имеет следующие механические характеристики: Плотность g =0,4 кг/м³, модуль упругости Е=1,5·10⁷ Н/м², плотность конической части g=0,6.

Таблица 3 - Характеристики диффузоров в зависимости от типа материала

Тип материала	Модуль упру гости, Н/м2	Плотность, кг/м3
Бумага диффузорная с  канифольнопарафиновой проклейкой	3,0×108	0,6×103
Диффузор из бумажной массы, пропитанной цапон-лаком с сухим  остатком 0,4%	1,5×107	0,4×103
Текстолит листовой	3×109	0,8×103
Марля или канва, пропитанные  в растворе 15% бакелитового лака	3,5×108	0,22×103
Шифон или миткаль, пропитанные  в растворе 15% бакелитового лака	1,5×108	0,46×103