Зміст

Вступ

1. Загально-технічна частина

1.1 Призначення і технічна характеристика приладу

1.2 Критичний аналіз літературних джерел та існуючих для проектованого апарата аналогів

1.3 Фізичні основи роботи використаного в роботі підсилювача

2. Розрахунково-конструкторська частина

2.1 Структурна схема приладу

2.2 Електрична схема приладу і взаємозв’язок між її елементами

2.3 Принцип дії апарата

2.4 Розрахунок електронного блока

2.5 Особливості підготовки і роботи приладу

3. Спеціальна частина

3.1 Медична частина

4. Економічна частина

4.1 Попередній розрахунок річного економічного ефекту

5. Питання техніки безпеки при роботі з апаратом

6. Загальні висновки

Література

Вступ

Завдання роботи полягало у вдосконаленні блоку живлення апарату для ультразвукової терапії. Поряд з науково-дослідними роботами, які проводяться в даний час і мають на меті вивчення механізмів фізичної і біологічної дії ультразвуку, накопичуються дані про значення для терапії інтенсивності, тривалості опромінення та частоти. Все більш удосконалюється портативна ультразвукова терапевтична апаратура.

Лікування різних захворювань ультразвуком виявилося настільки ефективним, що сучасна фізіотерапія немислима без ультразвукової. При цілому ряді захворювань використання ультразвукової терапії забезпечує повне видужання.

Тому важливими є досконала конструкція джерела живлення даного апарату. Наукова новизна полягає у використанні принципово нового типу елементної бази, а саме мікросхеми КР142ЕН1А в стабілізаторі, замість транзистора КТ815М. Цим і визначається наукова новизна запропонованого рішення. Достовірність отриманих результатів пов’язана з використанням стандартних перевірочних методів розрахунку електронних мереж.

Проведеними дослідженнями і дослідами встановлено, що фізіологічні дії ультразвуку зумовлені наступними вторинними фізичними факторами:

1. Основна механічна дія викликає змінний звуковий тиск. При певних інтенсивностях ультразвукові коливання здійснюють мікромасаж опроміненої тканини.

2. Вторинний тепловий ефект. При ультразвуковому опроміненні цей ефект не є екзогенним, а виникає всередині тканини.

3. Ультразвук викликає комплексні фізико-хімічні дії.

Проектований прилад порівняно з його аналогами має наступні переваги: зниження споживання за рахунок застосування мікросхем; у зв’язку з тим, що зменшились розміри друкованої плати, зменшилися габаритні розміри проектованого приладу, а також зріс і термін експлуатації даного приладу.

Здійснено розрахунок річного економічного ефекту, який складає 4100гр.

1. Загально-технічна частина

1.1 Призначення і технічна характеристика приладу

Апарат для ультразвукової терапії використовується для лікування низькочастотним ультразвуком хворих з гінекологічними захворюваннями. Апарат застосовується в гінекологічних відділеннях клінік і лікарень. Застосування апарата дає високий лікувальний ефект і не викликає хворобливих відчуттів у пацієнтки.

Апарат призначений для експлуатації при температурі навколишнього повітря від 10 до 35°С, відносної вологості 80 % при температурі 25°С и атмосферному тиску від 84 до 106,6кПа (від 630 до 800 мм рт. ст.).

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

1. Робочі частоти апарата (221,65) кГц і (444,4) кГц.

2. Амплітуда ультразвукових коливань на робочих кінцях хвилеводів, що знаходяться в повітрі, (2 1) і (52) мкм.

3. Установка амплітуди здійснюється східчасто за допомогою перемикача.

4. Час установлення робочого режиму не перевищує 30с з моменту включення апарата.

5. Режим роботи повторно-короткочасний: експозиція 2 с, пауза 5с.

6. Час процедури установлюється від 10 з до 9 хв. із дискретністю 10с і витримується з точністю 5 % від встановленого значення.

7. Апарат працює від мережі змінного струму частотою (500,5) Гц із номінальною напругою 220 В при відхиленні напруги мережі на 10 % від номінального значення.

8. Підключення апарата до мережі - через розетку з контактом, що заземлює.

9. Потужність, споживана апаратом від мережі, не більш 230ВА.

10. Час безперервної роботи в повторно-короткочасному режимі - не більш 8 год.

11. Маса апарата в повному комплекті постачання без транспортного упакування - не більш 20 кг. Маса випромінювача - не більш 0,8 кг.

12. Габаритні розміри генератора 415х265х138мм, габаритні розміри перетворювачів ø 50x220 мм і ø 50х260 мм.

13. Середній термін служби апарата - не менш 5 років. Критерієм граничного стану, що визначає списання апарата, є неможливість його відновлення при поточному ремонті до відповідності вимогам.

14. Установлений безвідмовний наробіток апарата - не менш 4000 циклів. Критерієм відмовлення є невідповідність апарата вимогам.

1.2 Критичний аналіз літературних джерел та існуючих для проектованого апарата аналогів

В даний час застосовуються такі апарати для ультразвукової терапії.

"TUR US 6 - 1" (ФРН) - ультразвуковий фізіотерапевтичний апарат, може працювати як у безперервному, так і в імпульсному режимі.

"УЗТ 101" - прилад, застосовуваний для лікування периферичної нервової системи, опорно-рухового апарата.

"Лор - 3" - апарат для лікування тонзилітів, гайморитів, ринітів. Основні технічні дані: частота ультразвукових коливань 880 кГц +1%; інтенсивність ультразвукових коливань регулюється чотирма ступінями 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 Вт/см² ; ефективна площа випромінювача XT, Г-2 см² , кожного випромінювача Р-0,4 см² ; є імпульсний режим коливань при тривалості імпульсів 10 мс і частоті проходження 50 Гц; тривалість процедури (експозиція) постійна 61 хв.; живлення від мережі змінного струму частотою 50 Гц, напругою 220 В 10%; по захисту від поразки електричним струмом апарат виконаний по класу 01; габаритні розміри 320208104 мм; маса не більше 5 кг.

Комплекс "Байкал" використовується для руйнування каменів при сечокам’яної хвороби.

"Узум" - апарат, використовуваний для розрізування тканин при хірургічних операціях і зупинки кровотечі.

"УТП - 1" - переносний апарат для ультразвукової терапії. Основні технічні дані апарата: частота ультразвукових коливань 880 кГц; максимальна потужність ультразвуку 8 - 10 Вт; максимальна інтенсивність 2 - 2,5 Вт/см² (площа випромінювача 4 см² ). Регулювання потужності здійснюється 10-ю ступінями. Апарат працює як у безперервному, так і в імпульсному режимах при тривалості імпульсів 10 ± 2; 4 ± 1; 2 ± 0,5 мсек. і частоті повторення імпульсів 50 Гц; живлення від мережі змінного струму частотою 50 Гц, напругою 127 і 220 В з відхиленнями від +5% до - 15% від номінального; максимальна споживана з мережі потужність 165 Вт. Маса апарата близько 13 кг.

"Ультразвук - Т5". Як п'єзоелектричний перетворювач використовується кераміка з титанату барію. Це дозволило понизити напругу живлення перетворювача. Замість компенсатора напруги живильної мережі в цьому апараті використовуються схеми стабілізації вихідної напруги й стабілізатора розжарення ламп. Незалежність вихідних параметрів апарата від напруги живлення спростило його експлуатацію і підвищило точність дозиметрії. Основні технічні дані апарата: частота ультразвукових коливань 880 кГц; максимальна потужність ультразвуку при роботі з випромінювачем з активною площею 4 см² 8 Вт, при роботі з випромінювачем з активною площею 1 см² 1 Вт; апарат працює як у безперервному, так і в імпульсному режимах при тривалості імпульсів 10 і 4 мсек. і частоті повторення імпульсів 50 кГц; живлення від мережі змінного струму напругою 110, 127 і 220 В, частотою 50 Гц із відхиленнями +5% - 10% від номіналу; потужність, споживана, споживана з мережі, не більш 130 Вт; маса апарата не більш 8 кг. Керування апаратом для проведення процедур не відрізняється від керування апаратом "УТП - 1", особливість - наявність клавішного переключення інтенсивності й роду роботи, а також звукової сигналізації про закінчення процедури.

"УТП - 3М" - портативний апарат для ультразвукової терапії. Призначений для впливу на поверхневі шари тканин і знаходять основне застосування в дерматології. Основні технічні дані апарата: частота ультразвукових коливань 2640 кГц; максимальна потужність ультразвуку при роботі з випромінювачем з активною площею 4 см² 12 Вт, при роботі з випромінювачем з активною площею 1 см² 3 Вт; апарат працює як у безперервному, так і в імпульсному режимах при тривалості імпульсів 10 мсек. і частоті повторення імпульсів 50 кГц; живлення від мережі змінного струму напругою 127 і 220 В, частотою 50 Гц із відхиленнями +5% - 15% від номіналу; потужність, споживана, споживана з мережі, не більш 130 Вт; маса апарата не більш 12 кг. Керування апаратом для проведення процедур: не відрізняється від керування апаратом "УТП - 1".

"УТС - 1" - стаціонарний апарат для ультразвукової терапії. Основні технічні дані апарата: частота ультразвукових коливань 880 кГц; максимальна потужність ультразвуку 20 Вт; регулювання потужності плавна; апарат працює як у безперервному, так і в імпульсному режимах при тривалості імпульсів 10, 4 і 2 мсек. і частоті повторення імпульсів 50 кГц; живлення від мережі змінного струму напругою 127 і 220 В, частотою 50 Гц із відхиленнями від +5% до - 15% від номіналу; потужність, споживана з мережі, не більш 280 Вт; маса апарата 23 кг.

Апарат для ультразвукової терапії УЗТ-31 . Апарат призначений для лікування акушерсько-гінекологічних захворювань, але застосовується також в оториноларингології, стоматології дерматології й в інших областях медицини. Апарат розроблений ВНИИМП і випускається Московським заводом ЕМА.

Основні технічні дані апарата: частота ультразвукових коливань 2,64 МГц +0,1%; інтенсивність ультразвукових коливань регулюється чотирма ступінями 0,05; 0,2; 0,5 і 1,0 Вт/см² ; ефективна площа великого випромінювача 2 см² малого-0,5 см² ; передбачений імпульсний режим роботи при тривалості імпульсів 2, 4 і 10 мс, частоті проходження 50 Гц; живлення від мережі змінного струму частотою 50 Гц напругою 220 В +10%; споживана потужність не більш 50 ВА; по захисту від ураження електричним струмом апарат виконаний по класу I; габаритні розміри 342274142 мм; маса (з комплектом) не більше 10 кг.

Використаний в даній роботі апарат є найбільш досконалим і сучасним апаратом, який використовується в гінекології. Він має такі технічні характеристики.

Використовується для лікування низькочастотним ультразвуком хворих з гінекологічними захворюваннями. Апарат застосовується в гінекологічних відділеннях клінік і лікарень. Застосування апарата дає високий лікувальний ефект.

Робочі частоти апарата (221,65) кГц і (444,4) кГц., амплітуда ультразвукових коливань на робочих кінцях хвилеводів, що знаходяться в повітрі, (2 1) і (52) мкм. Установка амплітуди здійснюється східчасто за допомогою перемикача. Апарат працює від мережі змінного струму частотою (500,5) Гц із номінальною напругою 220 В при відхиленні напруги мережі на 10 % від номінального значення. Підключення апарата до мережі - через розетку з контактом, що заземлює. Потужність, споживана апаратом від мережі, не більш 230ВА.

1.3 Фізичні основи роботи використаного в роботі підсилювача

Сучасна техніка широко використовує принцип керування енергією, який дозволяє за допомогою затрати невеликої її кількості керувати енергією набагато більшою.

Керування енергією, при якому процес керування безперервний, плавний та однозначний, називають підсиленням; пристрій, який здійснює процес підсилення, називають підсилювачем.

Форма як керуючої, так і керованої енергії може бути різноманітною - електричною, механічною, світловою і т.д.; підсилювачі, в яких як керуюча, так і керована енергія є електричною енергією називають підсилювачами електричних сигналів.

Підсилення сигналів здійснюється в підсилювачі за допомогою підсилюючих елементів - особливих пристроїв, які володіють керуючими властивостями.

Керуюче джерело живлення, від якого сигнали, які потрібно підсилити, надходять на підсилювач, називають джерелом сигналу, а ланцюг підсилювача, в який ці сигнали вводять, - вхідним ланцюгом або входом підсилювача. Пристрій, який є споживачем підсилених сигналів, називають навантаженням підсилювача, а ланцюг підсилювача, до якого підключають навантаження, - вихідним ланцюгом або виходом підсилювача.

Потужність підсилених сигналів, яка віддається підсилювачем в навантаження, завжди більша потужності сигналів, яка підводиться до входу.

Джерело керованої енергії, яка перетворюється підсилювачем в енергію підсилюваних сигналів, називають джерелом живлення підсилювача або основним джерелом живлення. Крім основного, підсилювач нерідко має допоміжні джерела живлення, енергія яких не перетворюється в підсилювані сигнали, а використовується для приведення підсилюючих елементі в робочий стан.

Підсилювачі можна класифікувати за характером підсилюваних сигналів, за частотою підсилюваних частот, за призначенням підсилювача, за родом використаних підсилюючих елементів.

За характером підсилюваних сигналів розрізняють:

1. Підсилювачі гармонійних сигналів, або гармонійні підсилювачі, призначені для підсилення безперервних періодичних та квазіперіодичних електричних сигналів, гармонійні складові яких змінюються набагато повільніше тривалості нестаціонарних процесів в ланцюгах підсилювача.

2. Підсилювачі імпульсних сигналів, або імпульсні підсилювачі, призначені для підсилення електричних імпульсів різної форми і величини. Нестаціонарні процеси в ланцюгах таких підсилювачів повинні протікати настільки швидко, щоб форми підсилюваних сигналів цими процесами майже не спотворювалися.

За шириною смуги і абсолютними значеннями підсилюваних підсилювачем частот розрізняють:

1. Підсилювачі постійного струму (точніше, підсилювачі повільно змінюючихся напруг і струмів), які підсилюють електричні коливання любої частоти в межах від нижчої частоти f_н ®0 до вищої робочої частоти f_в , тобто підсилюючий як змінні складові сигналу, так і його постійну складову.

2. Підсилювачі змінного струму, які підсилюють лише змінні складові сигналу в смузі частот від нижчої робочої частоти f_н до вищої робочої частоти f_в .

3. Підсилювачі високої частоти, призначені для підсилення електричних коливань модульованої високої частоти.

4. Підсилювачі проміжної частоти, призначені для підсилення електричних сигналів модульованої проміжної (перетвореної) частоти. Підсилювачі як високої, так і проміжної частоти характеризуються малою величиною відношення вищої робочої частоти до нижчої (звичайно f_в /f_н <1,1).

5. Підсилювачі низької частоти, призначені для підсилення неперетворених (преривчатих) електричних коливань.

Підсилювачі з вищою робочою частотою близько мегагерца і вище і нижчою робочою частотою близько кілогерца або менше мають дуже велике відношення вищої частоти до нижчої; такі підсилювачі називають широкосмуговими.

Вибірковими або селективними називають підсилювачі, які підсилюють сигнали в дуже вузькій смузі частот, підсилення яких різко падає за межами цієї смуги; їх поділяють на резонансні, частотна характеристика яких має вид резонансної кривої, та смугові, підсилення яких майже постійно в вузькій смузі частот і різко падає за її межами.

Підсилювачі, в яких сигнали підсилюються без перетворення їх частоти, називають підсилювачами прямого підсилення; підсилювачі, в яких частота підсилюваних сигналів перетворюється, називають підсилювачами з перетворенням.

За родом використаних в підсилювачі елементів розрізняють транзисторні, лампові, магнітні, діодні, молекулярні і т.д. підсилювачі.

Рис.1.1 Блок-схема підсилюючого пристрою.

Вхідний пристрій служить для передачі сигнала від джерела у вхідний ланцюг першого підсилюючого елемента. Його використовують, коли безпосереднє підключення джерела сигналу до входа підсилювача неможливе або недоцільне. Вхідний пристрій у виді симетруючого трансформатора широко використовують для перетворення несиметричного вхідного ланцюга підсилювача в симетричний. Вхідний пристрій у вигляді звичайного трансформатора широко використовують для узгодження (для отримання умов, близьких до узгодження) вихідного опору джерела сигналу і вхідного опору першого підсилюючого елемента, що іноді є необхідним для джерла сигнала, а також дозволяє отримати найбільшу напругу сигналу на вході підсилювача.

Вхідний пристрій використовують також для попередження проходження постійної складової струму або анпруги зміщення першого підсилюючого елемента в джерело сигналу і попадання постійної складової від джерела на вхід підсилюючого елемента, які перешкоджають правильному режиму роботи джерела сигналу і виводять робочу точку підсилюючого елемента з її правильного положення; якщо вхідний пристрій використовують тільки для розділення постійних складових джерела сигналу і вхідного ланцюга, його виконують простіше - у вигляді роздільчого конденсатора. При можливості безпосереднього включення джерела сигналу у вхідний ланцюг підсилювача вхідний пристрій не використовують.

Призначення попереднього підсилювача - підсилити напругу, струм і потужність сигналу до величини, необхідної для подачі на вхід потужного підсилювача. Попередній підсилювач може складатися з декількох каскадів попереднього підсилення; кількість останніх визначається необхідним підсиленням. Якщо напруга, струм і потужність, які віддаються джерелом сигналу достатні для підведення до входу потужного підсилювача, попередній підсилювач у складі пристрою відсутній.

Потужний підсилювач призначений для віддачи в навантаження необхідної потужності сигналу. Транзисторні підсилювачі з вихідною потужністю декілька ватт і вище звичайно мають 2-3 каскади потужності підсилення, так як останній каскад потребує подачі на вхід значної потужності сигналу, яку повинен віддавати попередній каскад, який є при цьому також каскадом потужного підсилення. Коли навантаженням підсилювача є невелика ємність, на навантаженні потрібно забезпечити лише напругу сигналу певної величини, а не задану вихідну потужність; а в цьому випадку потужний підсилювач не потрібний і вихідний каскад підсилюючого пристрою являє собою каскад попереднього підсилення.

Вихідний пристрій служить для передачі підсиленого сигналу з вихідного ланцюга останнього підсилюючого елемента в навантаження і використовується тоді, коли безпосереднє підключення навантаження до вихідного ланцюга неможливе або недоцільне. Вихідний пристрій у вигляді симетруючого трансформатора використовують при роботі несиметричного вихідного каскаду на симетричне навантаження, наприклад симетричну лінію зв’язку.

Вихідний пристрій у вигляді вихідного трансформатора дуже часто використовують для створення підсилюючому елементу вихідного каскаду найвигіднішого опору навантаження, при якому цей каскад віддасть необхідну потужність при високому коефіцієнті корисної дії і малих нелінійних спотвореннях, а іноді і при необхідності узгодження вихідного опору з опором навантаження.

Для розділення постійних складових струму і напруги вихідного ланцюга і навантаження використовують вихідний пристрій у вигляді роздільного конденсатора; при можливості безпосереднього включення навантаження у вихідний ланцюг кінцевого каскаду вихідний пристрій не використовують.

Основні технічні показники підсилювачів. Вхідні і вихідні дані.

При посиленні сигналів підсилювач трохи змінює їхню форму; відхилення форми вихідного сигналу від форми вхідного називають викривленнями.


8-09-2015, 23:29