Устройство для магнитотерапии

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(57) 1. Устройство для магнитотерапии, состоящее из блока управления, генератора формы магнитного поля,выход которого соединен с первым и вторым входами блока управления, последовательно соединенных индуктора и шунта, выходы которого соединены с третьим и четвертым входами блока управления, источника питания, первого и второго транзисторных ключей, входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, первые выходы соединены между собой, а вторые подключены к положительному и отрицательному выходам источника питания, отличающееся тем, что источник питания выполнен биполярным, индуктор с шунтом включены между нулевым выходом источника питания и точкой соединения первых выходов транзисторных ключей, устройство снабжено двумя управляемыми вентилями,каждый из которых подключен своими выходами параллельно к последовательно соединенным индуктору и шунту, а их входы подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока управления. Фиг. 1 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления состоит из дифференциального усилителя, суммирующего усилителя, двух широтно-импульсных модуляторов и формирователя, при этом первый и второй входы блока управления соединены между собой, третий и четвертый являются входами дифферен 1 3242 1 циального усилителя, выход которого подключен к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого связан с точкой соединения первого и второго входов блока управления, а выход соединен с входом формирователя и входами двух широтно-импульсных модуляторов, выходы которых образуют соответственно первый и второй выходы блока управления, а первый и второй выходы формирователя - третий и четвертый выходы блока управления, при этом формирователь выполнен двухканальным, а каждый из каналов выполнен в виде компаратора нулевого уровня. Настоящее изобретение относится к аппаратуре медицинского назначения, а точнее, к магнитотерапевтической аппаратуре и предназначено для использования при проведении физиотерапевтических процедур и лечении различных заболеваний, в том числе внутренних органов, и в частности для полостной магнитотерапии. Известна электромагнитная система для стимулирования роста тканей 1, содержащая две электромагнитные катушки, генерирующие электромагнитный поток, датчик для измерения плотности постоянного и переменного магнитного поля (МП) и микропроцессор, содержащий генератор МП, соединенный с катушкой, и устройство для задания определенного соотношения между частотой магнитного потока и его интенсивностью, чтобы получить изменяющееся по заданному закону МП для стимулирования роста живых тканей. Недостатком известного устройства является ограниченный спектр генерируемого им МП, что не обеспечивает индивидуализации воздействия. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для магнитотерапии 2. Известное устройство обеспечивает возможность получения меняющегося по направлению МП с регулируемыми амплитудой, частотой и формой фронта импульса. Это достигается путем введения в устройство, содержащее индуктор, блок питания, фильтрующий конденсатор и транзисторный мост блока управления с формирователем, диодного моста, генератора формы амплитуды МП и шунта. Недостатком известного устройства является, в частности, несоответствие генерируемого устройством МП сигналу, поступающему с задающего генератора при генерации МП малой амплитуды или равных нулю некоторое время периода колебаний. В этом случае порядок включения транзисторов начинает определяться стохастическими процессами, происходящими внутри блока управления, что приводит к генерации случайных импульсов МП произвольной амплитуды и длительности. Кроме того, поскольку в основу работы блока управления известного устройства положен релейный принцип управления, предназначенный для управления инерционными объектами (индукторами с большим значением величины индуктивности), то в известном устройстве существуют ограничения на величину индуктивности индукторов. Поскольку блок управления известного устройства генерирует управляющие импульсы с длительностью, являющейся случайной функцией уровня напряжения срабатывания компараторов,уровня напряжения источника питания и величины индуктивности индуктора, а также благодаря наличию петли обратной связи, то при определенных значениях величины индуктивности индуктора и емкости в известном устройстве возникают автоколебания (самовозбуждение). При этом известное устройство вообще перестает реагировать на сигналы управления. С другой стороны, использование в известном устройстве индукторов с большой величиной индуктивности может привести к перегреву и электрическому пробою индуктора или выходу из строя известного устройства. Поскольку в известном устройстве энергия тока индуктора преобразуется в энергию заряда конденсатора, то при определенных значениях величины индуктивности и амплитуды тока происходит перегрев и даже электрический пробой обмоток индуктора, что представляет большую опасность для пациента. В процессе генерации МП больших амплитуд индуктивность большой величины за счет ЭДС самоиндукции создает напряжения, многократно превышающие по величине напряжение блока питания. Поскольку индуктор в известном устройстве подключен параллельно к входной диагонали диодного моста, к выходной диагонали которого подключен подстроечный конденсатор, а к последнему приложено напряжение источника питания,то возникающее на индуктивности напряжение может привести к электрическому пробою указанного конденсатора и выходу из строя всего устройства. Еще одним существенным недостатком известного устройства является необходимость доработки его электрической схемы путем подбора и установки дополнительной емкости при использовании индукторов различного типа. И наконец, в известном устройстве затруднено применение индукторов с величиной электрического сопротивления, сравнимого с величиной электрического сопротивления транзисторов в открытом состоянии. В этом случае на последних начинают рассеиваться значительные по величине мощности, при этом, поскольку 3242 1 два транзистора из четырех в известном устройстве работают непрерывно, это серьезно снижает надежность и экономичность устройства. Задачей изобретения является расширение спектра и форм сигналов, обеспечения точных характеристик генерируемого МП и безопасности работы при использовании индукторов различных типов. Для решения указанной задачи в известном устройстве для магнитотерапии, состоящем из блока управления, генератора формы магнитного поля, выход которого соединен с первым и вторым входами блока управления, последовательно соединенных индуктора и шунта, выходы которого соединены с третьим и четвертым входами блока управления, источника питания, первого и второго транзисторных ключей, входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, первые выходы соединены между собой, а вторые подключены к положительному и отрицательному выходам источника питания, источник питания выполнен биполярным, индуктор с шунтом включены между нулевым выходом источника питания и точкой соединения первых выходов транзисторных ключей, устройство снабжено двумя управляемыми вентилями, каждый из которых подключен своими выходами параллельно к последовательно соединенным индуктору и шунту, а их входы подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока управления. При этом блок управления предлагаемого устройства состоит из дифференциального усилителя, суммирующего усилителя, двух широтно-импульсных модуляторов и формирователя, при этом первый и второй входы блока управления соединены между собой, третий и четвертый являются входами дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого связан с общей точкой соединения первого и второго входов блока управления, а выход соединен с входом формирователя и входами двух широтно-импульсных модуляторов, выходы которых образуют соответственно первый и второй выходы блока управления, а первый и второй выходы формирователя - третий и четвертый выходы блока управления, при этом формирователь выполнен двухканальным, а каждый из каналов выполнен в виде компаратора нулевого уровня. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, на фиг. 2 - структурная схема блока управления, на фиг. 3 представлены временные диаграммы выходных сигналов соответствующих узлов устройства. Устройство состоит (фиг. 1) из генератора 1 формы МП, соединенного с первым и вторым входами блока управления 2, последовательно соединенных транзисторных ключей 3 и 4, управляющие выводы которых подключены к первому и второму выходам блока управления 2, параллельно соединенных управляемых вентилей 5 и 6, управляющие выводы которых подключены к третьему и четвертому выходам блока управления 2 соответственно, последовательно соединенных индуктора 7 и шунта 8, выходы которого подключены к третьему и четвертому входам блока управления 2, причем индуктор 7 с шунтом 8 подключены параллельно управляемым вентилям 5 и 6 и включены между нулевым выходом источника питания 9 и точкой соединения первых выходов транзисторных ключей 3 и 4, а другие выходы последних подключены к положительному и отрицательному выходам источника питания 9. При этом управляемые вентили 5 и 6 подключены так, что в зависимости от соотношения потенциалов в точках А и В они во включенном состоянии находятся либо в непроводящем, либо в открытом состоянии. При включенном управляемом вентиле 5, когда потенциал в точке А больше, чем потенциал в точке В, управляемый вентиль 5 находится в непроводящем состоянии, а когда потенциал в точке А меньше, чем потенциал в точке В, то управляемый вентиль 5 находится в открытом состоянии. При включенном управляемом вентиле 6, когда потенциал в точке А больше, чем потенциал в точке В, управляемый вентиль 6 находится в открытом состоянии, а когда потенциал в точке А меньше, чем потенциал в точке В, то управляемый вентиль 6 находится в непроводящем состоянии. Блок управления 2 (фиг. 2) состоит из суммирующего усилителя 10, первый вход которого соединен с выходом генератора 1 формы МП, второй вход с выходом дифференциального усилителя 11, а выход суммирующего усилителя 10 со входом широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 12, входом ШИМ 13 и входом формирователя 14, состоящего из двух компараторов нулевого уровня 15 и 16. К входам дифференциального усилителя 11 подключен шунт 8. Выходы ШИМов 12 и 13 подключены к управляющим выводам транзисторных ключей 3 и 4 соответственно, а выходы компараторов нулевого уровня 15 и 16 соединены с управляемыми выводами управляемых вентилей 5 и 6 соответственно. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает сигнал МП с определенной формой, частотой и амплитудой МП, поступающий на вход блока управления 2, который преобразует мгновенные амплитуды входного сигнала положительной полярности в импульсы пропорциональной длительности и подает их на управляющий вход ключа 3 и включает управляемый вентиль 5, а мгновенные амплитуды сигналов отрицательной полярности преобразует в импульсы пропорциональной длительности и подает их на управляющий вход ключа 4 и включает управляемый вентиль 6. Таким образом,при поступлении сигнала положительной полярности на входы блока управления 2 его управляющий импульс включает транзисторный ключ 3 и управляемый вентиль 5, при этом с учетом того, что в этот момент потенциал в точке А выше потенциала в точке В и управляемый вентиль 5 находится в непроводящем состоянии (а управляемый вентиль 6 и транзисторный ключ 4 вообще не включены), происходит замыкание 3 3242 1 цепи положительный выход источника питания 9 - транзисторный ключ 3 - индуктор 7 - шунт 8 - нулевой выход источника питания 9. После окончания управляющего импульса блока управления 2 транзисторный ключ 3 закрывается, ток в индукторе 7 начинает падать, в нем возникает ЭДС самоиндукции, которая приводит к тому, что потенциал точки В становится выше потенциала точки А, управляемый вентиль 5 открывается и индуктор разряжает накопленную энергию через управляемый вентиль 5 и шунт 8 до прихода следующего управляющего импульса блока управления 2, вновь открывающего транзисторный ключ 3. После включения транзисторного ключа 3 потенциал в точке А снова становится выше потенциала в точке В и управляемый вентиль 5 переходит в непроводящее состояние и происходит замыкание цепи положительный выход источника питания 9 - транзисторный ключ 3 - индуктор 7 - шунт 8 - нулевой выход источника питания 9. При поступлении на входы блока управления 2 сигнала отрицательной полярности его управляющий импульс включает транзисторный ключ 4 и управляемый вентиль 6, при этом с учетом того, что в этот момент потенциал в точке В выше потенциала в точке А и управляемый вентиль 6 находится в непроводящем состоянии (а управляемый вентиль 5 и транзисторный ключ 3 вообще не включены), происходит замыкание цепи отрицательный выход источника питания 9 - транзисторный ключ 4 - индуктор 7 - шунт 8 - нулевой выход источника питания 9. После окончания управляющего импульса блока управления 2 транзисторный ключ 4 закрывается, ток в индукторе 7 начинает падать, в нем возникает ЭДС самоиндукции, которая приводит к тому, что потенциал точки А становится выше потенциала точки В, управляемый вентиль 6 открывается и индуктор разряжает накопленную энергию через управляемый вентиль 6 и шунт 8 до прихода следующего управляющего импульса блока управления 2, вновь открывающего транзисторный ключ 4. После включения транзисторного ключа 4 потенциал в точке В снова становится выше потенциала в точке А и управляемый вентиль 6 переходит в непроводящее состояние и происходит замыкание цепи отрицательный выход источника питания 9 - транзисторный ключ 4 - индуктор 7 - шунт 8 - нулевой выход источника питания 9. При этом длительность управляющих импульсов блока управления 2 прямо пропорциональна разности уровней сигналов, поступающих на его входы с генератора 1 и шунта 8. Таким образом, в предлагаемом устройстве реализован принцип дискретного управления, который обеспечивает управление как инерционными, так и низкоинерционными объектами (индукторами с малой индуктивностью в данном случае), что позволяет расширить диапазон используемых индукторов в сравнении с известными. Кроме того, из описания работы предлагаемого устройства следует, что в нем полностью отсутствует неопределенность в командах блока управления 2 при малых или нулевых амплитудах сигнала генератора 1, поскольку при сколь угодно малых положительных значениях амплитуды сигнала генератора 1 блок управления 2 включает только транзисторный ключ 3 и управляемый вентиль 5, при сколь угодно малых отрицательных значениях амплитуды сигнала генератора 1 блок управления 2 включает только транзисторный ключ 4 и управляемый вентиль 6, а при нулевом уровне амплитуды сигнала генератора 1 управляющие сигналы с блока управления 2 вообще не поступают на элементы управления. Такое схемотехническое решение позволяет обеспечивать уверенную генерацию предлагаемым устройством колебаний МП крайне низкочастотного поля и произвольной амплитуды, сколь угодно малой - это позволяет расширить спектр и форму генерируемых устройством сигналов в сравнении с известными. В блоке управления 2 в суммирующем усилителе 10 происходит суммирование сигналов, поступающих на входы 1 и 2 с генератора 1, с сигналом, инвертированным дифференциальным усилителем 11 и поступающим с шунта 8 на входы 3 и 4 блока управления 2. Усиленный просуммированный сигнал с выхода суммирующего усилителя 10 поступает на входы ШИМов 12, 13 и формирователя 14 (и соответственно компараторов нулевого уровня 15 и 16). ШИМ 12 преобразует мгновенные значения амплитуды просуммированного сигнала положительной полярности в импульсы пропорциональной длительности и подает их на управляющий вход ключа 3, а компаратор нулевого уровня 15 включает управляемый вентиль 5(ключ 4 и вентиль 6 при этом полностью отключены). ШИМ 13 преобразует мгновенные амплитуды просуммированного сигнала отрицательной полярности в импульсы пропорциональной длительности и подает их на управляющий вход ключа 4, а компаратор нулевого уровня 16 включает управляемый вентиль 6 (ключ 3 и вентиль 5 при этом полностью отключены). При нулевом уровне просуммированного сигнала ШИМы 12,13 и формирователь 14 отключаются, и с блока управления 2 никаких сигналов в устройство не поступает. При этом каждый из ШИМов 12 и 13 вырабатывает строго заранее выставленную частоту преобразования,намного превышающую по величине верхнюю граничную частоту сигнала, генерируемого генератором 1. Таким образом, в предлагаемом устройстве полностью исключена вероятность генерации случайных сигналов. Такое исполнение блока управления полностью исключает какую-либо неоднозначность в командах, поступающих на ключевые элементы с платы управления, что позволяет работать со сколь угодно малыми по амплитуде сигналами и (или) имеющими нулевой уровень часть времени колебаний сигнала МП. Поскольку МП, излучаемое индуктором 7, однозначно определяется током, протекающим через его обмотку, а предлагаемое устройство представляет собой систему автоматического управления, в которой сигнал с генератора формы магнитного поля 1 преобразуется в ток, протекающий через индуктор 7, и роль пет 4 3242 1 ли отрицательной обратной связи выполняют шунт 8 и дифференциальный усилитель 11, то МП, излучаемое индуктором 7, однозначно повторяет по времени форму сигнала, поступающего с генератора 1. На фиг. 3 представлены временные диаграммы выходных сигналов соответствующих узлов устройства,где а - выходное напряжение генератора формы МП 1 б - выходное напряжение суммирующего усилителя 10 в - выходное напряжение дифференциального усилителя 11 г - выходное напряжение ШИМа 12 д - выходное напряжение ШИМа 13 е - выходное напряжение компаратора нулевого уровня 15 ж - выходное напряжение компаратора нулевого уровня 16 з - ток, протекающий через транзисторный ключ 3 и - ток, протекающий через управляемый вентиль 5 к - ток, протекающий через транзисторный ключ 4 л - ток,протекающий через управляемый вентиль 6 м - ток, протекающий через индуктор 7 и шунт 8. Таким образом, по сравнению с известными предлагаемое устройство позволяет расширить спектр и форму генерируемых сигналов и обеспечить безопасную и точную генерацию магнитных полей при использовании индукторов различных типов. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.