Теоретичні відомості. Лабораторна робота №2

Лабораторна робота №2

Апарат для Ультразвукової – терапії УЗТ 1.01 Ф

Мета: Ознайомлення з будовою та принципом роботи апарату УЗТ 1.01 Ф, надбання практичних навичок з генерування, підсилення та регулювання сигналів різної частоти.

Теоретичні відомості.

Апарат для УЗ терапії використовується для лікування та профілактики різних захворювань за допомогою ультразвуку регульованої частоти та інтенсивності.

1. Частота ультразвукових коливань, що генеруються апаратом – (880 ± 0,88) кГц. Уход частоти ультразвукових коливань за 15 хвилин роботи апарату в безперервному режимі генерації при інтенсивності 1,0 Вт/см² – не більше 0,01% номінального значення частоти.

2. Ефективна площа випромінювачів:

а) ІУТ 0,88 – 1,03 Ф … 1 см²;

б) ІУТ 0,88 – 4,04 Ф … 4 см².

3. Апарат працює в безперервному та імпульсному режимах генерації. Тривалість імпульсів 2, 4 та 10 мс. Відхилення тривалості імпульсу не перевищує 20% від вказаних значень.

Частота повторення імпульсів (60 ± 0,6) Гц або (50 ± 0,5) Гц.

Тривалість фронту та зрізу не більше 5% від тривалості імпульсу.

Нерівномірність вершини імпульсу не більше 20%.

4. Апарат працює при живленні від мережі перемінного струму з напругою 220 В ± 10% і частотою (50 ± 0,5) Гц та (60 ± 0,6) Гц, при цьому максимальна потужність ультразвукових коливань, що отримують при роботі апарату з випромінювачем найбільшої ефективності площі (4 ± 1,6) Вт.

5. При напрузі мережі 220 В ± 10% значення інтенсивності ультразвукових коливань на ступенях перемикача інтенсивність Вт/см² знаходиться в межах, вказаних в таблиці 1.

Таблиця 1

Ступені перемикача «Інтенсивність», Вт/см^2	Граничні значення інтенсивності, Вт/см^2
1,0	0,55 – 1,45
0,7	0,45 – 0,95
0,4	0,2 – 0,6
0,2	0,1 - 0,3
0,05	0,02 – 0,08

6. Режим встановлення робочого режиму не перевищує 1 хв. з моменту ввімкнення апарату в мережу.

7. Апарати забезпечують тривалу роботу на протязі 6 годин в повторно – короткочасному режимі випромінювання – 15 хвилин роботи в безперервному режимі генерації при установці перемикача «інтенсивність» в положення 1,0 Вт/см² та 10 хвилин перерва (при відімкненні мережі за допомогою вимикача «мережа»).

По закінченні роботи значення інтенсивності на ступенях перемикача «інтенсивність», Вт/см² знаходиться в межах, вказаних у таблиці 2.

Таблиця 2

Ступені перемикача «Інтенсивність», Вт/см^2	Граничні значення інтенсивності, Вт/см^2
1,0	0,55 – 1,45
0,7	0,35 – 1,05
0,4	0,14 – 0,66
0,2	0,07 - 0,33
0,05	0,01 – 0,09

8. По захисту від ураження електричним струмом апарат виконано по класу 1, типу В.

9. Наробітка на відмову повинна бути не меншою 1000 годин умовно – безперервної роботи.

10. Середній строк служби апарату не менше 5 років.

11. Потужність, що споживає апарат від мережі, не більше 50 В.

12. Маса електронного блоку апарату не більше 7 кг.

13. Габаритні розміри електронного блоку апарату: 341х290х142 мм.

Принцип роботи

1. Описання конструкції.

Апарат містить електронний блок і два змінних випромінювача.

У електронного блока є ручка для перенесення, яка одночасно необхідна для установки його в робоче положення. Корпус електронного блоку виконаний із алюмінієвого сплаву. Всередині корпусу встановлені направляючі, по яким переміщуються шасі. Кріплення шасі здійснюється знизу корпусу за допомогою 4-х гвинтів.

На лицьовій панелі електронного блоку розташовані роз’єм «вихід» для підключення кабелю випромінювачів, індикатор вихідної напруги, вимикач «мережа», індикатор ввімкнення мережі, перемикачі «випромінювачі», «інтенсивність», «режим роботи» і процедурні години.

На задній стінці електронного блоку встановлені ніжки, що служать для збереження дроту мережі від згинання і кріплення його та мережної виделки під час транспортування апарату.

В комплект апарату входить футляр, в якому розміщені стакани для лікуючих та дезінфікуючих речовин та шпатель для нанесення контактуючих засобів. Конструкцією футляру передбачені стакани для установки випромінювачів в перервах між процедурами.

2. Схема електрична функціональна та принцип роботи апарату.

2.1. Електрична функціональна схема електронного блоку апарату представлена на рис. 1.

Рис. 1 Схема електрична функціональна електронного блоку апарату УЗТ-1.01Ф

1 – автогенератор, 2 – модулятор, 3 – буферний каскад, 4 – перед посилювач, 5 – підсилювач вихідний, 6 – індикатор вихідної напруги, 7 – імпульсний генератор, 8 – блок живлення, 9 – процедурні години.

Електронний блок необхідний для отримування напруги збудження ультразвукового випромінювача в безперервному та імпульсному режимах роботи.

В безперервному режимі напруга збудження представляє собою гармонійні коливання з частотою 0,88 мГц, в імпульсному – послідовність високочастотних імпульсів з тою ж частотою заповнення тривалістю ; і 10 мс та періодом слідування мс.

Функціональна схема електронного блоку включає в себе: автогенератор – 1, модулятор – 2, буферний каскад – 3, перед посилювач – 4, вихідний посилювач – 5, індикатор вихідної напруги – 6, імпульсний генератор – 7, блок живлення – 8, процедурний годинник – 9.

Коливання ультразвукової частоти генеруються в автогенераторі 1 і через модулятор 2 подаються на вхід буферного каскаду 3, призначеного для послаблення впливу послідуючих каскадів на параметри сигналу, що генерується. В імпульсному режимі роботи модуляція здійснюється шляхом подачі на вхід модулятора 2 імпульсів додатної полярності з виходу імпульсного генератора 7. В безперервному режимі на вхід модулятора подається постійна напруга, що відповідає рівню логічної одиниці. В ланцюг емітера транзистора буферного каскаду 3 включено ступінчастий регулятор інтенсивності, з виходу якого сигнал подається на вхід перед посилювача 4, де посилюється до рівня, необхідного для нормальної роботи вихідного посилювача 5.

Вихідний посилювач 5 необхідний для посилення потужності сигналу до значення, необхідного для отримання заданої інтенсивності ультразвукового випромінювання.

Наявність напруги на виході електронного блоку індикується по світлу світло діоду індикатора вихідної напруги 6.

Апарат живиться від мережі перемінного струму. Блок живлення 8 містить стабілізовані випрямлювачі + 6 В та +50 В. Останні вмикається через контакти процедурних годин 9.

2.2. Автогенератор необхідний для отримання коливань частоти 0,88 мГц. Він зібраний на трьох елементах «І-НЕ» (Д1.1, Д1.2, Д1.3) цифрової мікросхеми Д1. Частота автогенератора стабілізована кварцем.

Сам генератор коливань ультразвукової частоти побудований на елементах Д1.1 та Д1.3. елемент Д1.2 служить для послаблення впливу послідуючих каскадів на роботу автогенератора. Нестабільність частоти коливань, що генеруються не гірше 10^-5.

2.3. Модулятор призначений для здійснення імпульсної модуляції ультразвукових коливань. Він включає в себе перемножував виконаний по схемі «І-НЕ» на елементі Д1.4 мікросхеми Д1, та ключовий посилювач – інвертор, виконаний на транзисторі V3.

На один з виходів мікросхеми Д1 (вивід 12) поступає напруга з виходу автогенератора (рис 2а), на другий вихід мікросхеми Д1 (вивід 13) з виходу імпульсного генератора (рис 2б). В момент спів падання напруг на обох виходах елементу Д1, на його виході (вивід 11) є напруга (рис 2в), огинаюча якого ідентична огинаючій модулюючого імпульсу. В безперервному режимі на вивід 13 замість імпульсної подається постійна напруга, тому на виході модулятора – колекторі транзистора, наруга ультразвукової частоти по формі таке саме, як і на вході.

2.4. Модулюючі імпульси створюються в імпульсному генераторі, який складається з загострювача, диференційованого ланцюжка, мультивібратора та інвертора. Модулюючі імпульси тривалістю 2мс та 4 мс генеруються в мультивібраторі, а тривалістю 10 мс формуються з синусоїдальної напруги мережі за допомогою загострювача.

Сигналом, що завдає період слідування (Т_п = 20 мс) модулюючих імпульсів, є синусоїдальна напруга частоти 50 Гц, що знімається з обмоток силового трансформатора.

Крутизна фронтів синусоїдальної напруги недостатня для запуску чекаючого мультивібратора. Тому з метою підвищення крутизни фронтів напруга подається на загострював. Загострював виконаний по схемі Триггера Шмідта на двох елементах Д2.1 та Д2.3 цифрової мікросхеми Д2. Вхід мікросхеми захищений вид пробою за допомогою паралельного обмежувача, що складається з резистора R1 та стабілітрона V1.

Додатній потенціал на вході мікросхеми обмежується на рівні напруги стабілізації стабілітрону, а від’ємний – на рівні падіння напруги на прямому опорі стабілітрону.

На виході першого каскаду загострювала – елементі Д2.1 формуються послідовності імпульсів з частотою 50 Гц та тривалістю 10 мс, які без подальшого формування використовуються в якості модулюючих імпульсів 10 мс і попадають на вхід модулятора. Модулюючі імпульси тривалістю 2 мс та 4 мс формуються в мультивібраторі, який запускається продифференційованими імпульсами на виході загострювала.

Регулювання тривалості імпульсів здійснюється потенціометрами R12 та R14. Напруга з виходу мультивібратора на вхід модулятора подається через інвертор, що зібрано на одному елементі Д2.4 мікросхеми Д2. Призначення інвертора – розв’язка мультивібратора, що не допускає роботу на місткість більше 100пФ від місткості С2, що стоїть на вході модулятора. Місткість С2 є елементом фільтру R3, С2 подавлення імпульсних перешкод, що надходять з виходу мультивібратора при відтиснутих клавішах «Режим роботи» (тривалість імпульсних перешкод – 1-2 мкс). Ці перешкоди при відсутності фільтра приводили б до неправдивої індикації про наявність напруги на виході апарату при відтиснутих клавішах «Режим роботи», тому що індикатор вихідного сигналу містить у своєму складі піковий детектор, що запам’ятовує як сигнал, так і згадану вище перешкоду.

2.5. Буферний каскад побудовано по схемі емітерного повторювача на транзисторі V4 та виконує функцію розв’язки автогенератора від ступінчастого регулятора інтенсивності. Останній призначено для установки амплітуди напруги на вході перед посилювача, відповідної завданої інтенсивності ультразвукових коливань випромінювача, і реалізовано у вигляді резисторів, що складаються в ланцюги емітера, що комутуються перемикачем.

2.6. Перед посилювач служить для збудження вихідного посилювача. Він виконаний на транзисторі V5 по схемі з загальним емітером і за допомогою підвищення стабільності коефіцієнту посилення. Узгодження перед посилювача з вихідним посилювачем та виділення першої гармоніки частоти 0,88 мГц, здійснюється за допомогою П – образного фільтру С8, С12, С13, С14, С15, L3.

2.7. Посилення сигналу по потужності до рівня, достатнього для забезпечення необхідної інтенсивності ультразвукових коливань, здійснюється в вихідному посилювачі. Він зібраний по схемі з загальним емітером на транзисторі V6 та охоплений від’ємним зворотнім зв’язком.

Узгодження вихідного посилювача з випромінювачами та фільтрація вихідного сигналу здійснюється за допомоги П – образних LС фільтрів.

Коммутація фільтрів при зміні випромінювачів здійснюється перемикачем S1.2.

2.8. Індикатор вихідної напруги служить для мережної індикації про наявність напруги ультразвукової частоти на виході електронного блоку. Індикатор складається з діодного детектора V14 та транзисторного двохступінчастого ключа.

Для зменшення впливу індикатора на амплітуду вихідної напруги вхідний опір індикатора повинен бути на один – два порядка вище опору навантаження електронного блоку.

Вихідний опір індикатора повинен бути низьким для узгодження з малим опором світло діоду – світлового приладу індикації.

Високий вхідний опір індикатора забезпечується за рахунок польового транзистора V16 в першій ступені ключа, низький вихідний опір забезпечується біполярним транзистором V17 на другій ступені.

Захист від пробою переходу «Істок - затвор» польового транзистора здійснюється паралельним несиметричним обмежувачем R34, V15. В якості світлового індикатора використовується світлодіод V18, ввімкнений в ланцюг емітера біполярного транзистора.

2.9. Апарат живиться від мережі перемінного струму частоти 50 Гц та номінальною напругою 220 В через автономний блок живлення, що включає в себе трансформатор Т1 та два стабілізованих випрямлювача. Один з них (+6 В) складається з діодного моста V12 та параметричного стабілізатора напруги. Другий (+50 В) – з діодного мосту та параметричного стабілізатора напруги (транзистор, стабілітрон, резистор). При зміні напруги мережі на ±10% зміна напруги на виході стабілізованого випрямляча не перевищує +1%.

2.10. З виходу стабілізованого випрямляча +50 в напруга через контакти 2, 3 процедурних години У1 поступає до ланцюгів живлення буферного каскаду, перед посилювача та вихідного посилювача. Індикатором включення апарату в мережу служить світло діод, підключений до виходу діодного моста.

Завдання на лабораторну роботу:

1. Повторення теоретичного матеріалу за темою роботи;

2. Ознайомлення з основними органами управління та індикації апарату;

3. Розібрати апарат та визначити розташування основних блоків;

4. Скласти блок схему (проставити номера блоків на рис.1);

5. Позначити на рис.2 розташування основних блоків та складових апарату;

6. Зробити висновок.

Хід роботи:

5.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

Висновок:

Дата добавления: 2015-07-11