ОТЧЕТ О ПРОВЕРКЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
АППАРАТА ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО "ВИТАФОН"
ЦЕЛЬ работы - проверка физических основ работоспособности образца аппарата акустического ВИТАФОН, в дальнейшем, просто АППАРАТ.
Как утверждается в ТЕХНИЧЕСКОМ ПАСПОРТЕ И ИНСТРУКЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ (ТП, ИП), а также в рекламной информации, АППАРАТ в акустическом (звуковом) диапазоне частот создает контактным способом микровибрацию тканей тела. При этом, в зоне виброакустического воздействия увеличивается капиллярный кровоток благодаря снижению гидродинамического сопротивления сосудов на определенной частоте акустической волны.
Сообщается, что лечебное воздействие наблюдается в радиусе 7 см, а по крупным кровеносным сосудам распространяется еще на 5-7 см.
Изучению подвергся один серийный образец АППАРАТА, не имеющий заводского номера на корпусе, упаковке или в Техническом паспорте.
Упомянутый АППАРАТ состоит из электронного блока и присоединенных к нему 2-х спаренных преобразователей-виброфонов, питающихся от электрической сети 220 В через понижающий трансформатор и выпрямитель.
Электронный блок содержит генератор непрерывно изменяющегося по частоте гармонического сигнала в диапазоне 30 Гц-12 кГц. Этот сигнал после усиления поступает на виброфоны, приводя в движение соприкасающиеся с их мембранами части тела.
Электронный блок содержит 3 сопротивления, 5 конденсаторов, 2 микросхемы, выпрямительный мост и понижающий трансформатор.
1. ПРОВЕРКА ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ УСТРОЙСТВОМ ОТ СЕТИ
(ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЙ)
Из раздела Технические данные ТП следует, что АППАРАТ потребляет от источника питания полную электрическую мощность не более Рэл.полн.= 8 ВА.
При напряжения сети 225 В измеренный потребляемый АППАРАТОМ от сети ток I изменялся от 0,015 mA на самой высокой частоте излучения (ВЧ) до 0,020 mA на самой низкой частоте (НЧ). При этом виброфоны не были механически нагружены.
Максимальная полная потребляемая АППАРАТОМ эл.мощность ненагруженных (без контакта с телом) виброфонов составила:
Рэл.полн.макс.=225*0.02=4.5 ВА.
2. ПРОВЕРКА МОЩНОСТИ, ОТДАВАЕМОЙ В НЕНАГРУЖЕННЫЕ ВИБРОФОНЫ (ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЙ)
Мощность Рэл.н., отдаваемая в нагрузку всегда меньше Рэл.полн. на величину КПД электронной схемы. При изменении частоты гармонического сигнала, напряженно Uн и ток Iн на подводящих проводниках к механически ненагруженным виброфонам непрерывно и плавно изменялись от своих минимальных до максимальных значений. По результатам измерений, эти пары величин напряжения и тока на высоких частотах (ВЧ) и низких частотах (ВЧ) составили:
на ВЧ: Uн.мин.=25 В и Iн.мин.=0.016 мА;
на НЧ: Рн.макс.=13 В и Iн.макс.=0.110 мА.
Таким образом, полезная эл.мощность на 2-х ненагруженных виброфонах изменялась от:
на ВЧ: Рэл.н.мин.=25*0.016=0.4 ВА, а) до
на НЧ: Рэл.н.макс.=13*0.110=1.43 ВА. б)
Из научно-технической литературы [1] (стр.285) известно, что КПД электроакустического преобразования для акустического излучателя электромагнитного типа, к которому относится виброфон, составляет около 5%.
С учетом КПД и максимальной мощности Рн.макс. на ВЧ, максимальная акустическая мощность Рак.макс. излучателя во всем диапазоне частот не превысит
Рак.макс.=1.43 ВА*0,05 =0.072 ВА.
3. ПРОВЕРКА МОЩНОСТИ, ОТДАВАЕМОЙ В НАГРУЖЕННЫЕ НА БЕСКОНЕЧНО БОЛЬШУЮ НАГРУЗКУ ВИБРОФОНЫ (ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЙ)
Для нагруженных на бесконечно большую нагрузку (с зажатой мембраной) виброфонов величины тока и напряжения сигнала изменяющейся частота в подводящих проводниках составили
на ВЧ: Uн.мин.=25 В и Iн.мин.=О.016 мА;
на НЧ: Uн.мин.=12.5 В и Iн.мин.=0.108 мА.
Таким образом, полезная эл.мощность Рэл.н. на 2-х нагруженных на бесконечную нагрузку (зажатых) виброфонах изменялась от:
на ВЧ: Рэл.н.мин.=25*0.016=0.4 ВА, в) до
на НЧ: Рэл.н.мин.=12.5*0.108 мА =1.35 ВА, г)
Полезная мощность Рак.макс , которую может создать виброфон, максимальна на НЧ составляет разность значений (а-в) и (б-г):
Рак.макс=1.43 ВА - 1.35 ВА = 0.07 ВА. (б - г)
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОВЕРОК
Сравнение результатов, полученных в разделах 2 и 3 двумя независимыми методами показывает, что расчет акустической мощности ВИБРОФОНОВ выполнен с достаточной точностью.
Из разделов 2 и 3 следует, что при изменении частоты сигнала происходит изменение тока Iн и напряжения Uн на виброфонах. Следовательно, виброфон является источником заданной частоты виброакустического сигнала в то время, как для поддержания постоянной амплитуды смещения он должен быть также и источником заданного тока, т.к. смещение мембраны пропорционально току через виброфоны.
Из разделов 1-3 следует, что АППАРАТ при полной потребляемой электрической мощности 4,5 ВА отдает в нагрузку не более ~0.07 ВА акустической мощности. КПД такого преобразователя мощности составляет всего 1.6%.
Как отмечается в главе "Установка виброфонов" на стр.14 ИП: "Не следует с чрезмерным усилием прижимать мембраны к телу: это приведет к прекращению микровибрации и, соответственно, лечебного воздействия". Никаких рекомендаций по нормированию силы прижатия ВИБРОФОНОВ к поверхности тела в ТП, ИП не приведено.
Измерения в разделе 2 показали, что даже на ненагруженных виброфонах максимальное смешение в 12.3 мкм на нижней границе частоты сигнала при достижении верхней граница частоты уменьшается (пропорционально падению тока Iн) в ~7 раз т.е. до 2.0 мкм. Любой контакт с телом дополнительно снижает амплитуду смещения на мембране виброфона.
АППАРАТ при своей работе создает значительный уровень звука, превышающий 80 дБА на средних частотах на расстоянии уже 0.2 м от одного из виброфонов, что нарушает Санитарные нормы [2] допустимых уровней шума на рабочих местах.
5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. АППАРАТ поддерживает указанные с ТД амплитуды микровибрации (смещения) только на самых низких частотах диапазона сигнала виброфонов. На верхнем пределе частоты сигнала амплитуда смещения уменьшается в ~7 раз.
2. Мощность микровибрации так мала, что контакт виброфонов с телом пациента приводит к резкому снижению амплитуды смещения на их поверхности.
3. Т.к. сила прижатия виброфонов к телу является для пациента трудно нормируемой величиной, а в ИП не дается рекомендаций, как это сделать, то действительная амплитуда создаваемой микровибрации тела может быть существенно (в десятки раз) меньше указанной в ТД.
4. Большая скорость изменения частоты микровибрации (около 600 Гц/с) приводит к сокращенному времени резонансного воздействия на кровеносные сосуды в то время, как это время должно быть возможно большим.
По-нашему мнению, после доработки ВИТАФОНА: повышении его акустической мощности, применении виброфонов другой конструкции с большим КПД, например, пьезокерамических, изменении спектра излучаемого акустического сигнала, разработке метода нормирования силы прижима виброфона к поверхности тела и некоторых других, ВИТАФОН найдет более широкое применение в медицине.
6. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
[1]. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Под ред.И.П.Голяминой, М., Изд-во "Советская энциклопедия", 1979 г.
[2]. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.18562-96 "Шум на рабочих местах в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки".
7. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
1. Измеритель вибрации типа 2511 Bruel & Kjaer (Дания);
2. Акселерометр типа 4332 В & K. Свидетельство о гос.поверке измерительных приборов №6582/441 РОСТЕСТ-МОСКВА. Действительно 1 год с 16.10.1998 г.
3. Узкополосный фильтр типа 1621 B & K. Свидетельство о гос.поверке измерительных приборов №6588/441 РОСТЕСТ-МОСКВА. Действительно 1 год с 16.10.1998 г.
Дата: 07.10.1999 г.
