Ультразвуковой излучатель медицинский - прошу совета

[Alex9797]

1.

Резонанс системы без сердечника около 80кГц, с сердечником -чуть больше 30

Это пример обычного электрического резонанса. При этом совершенно не принимается во внимание частота собственного механического резонанса излучателя. А ведь именно об этом высказано столько противоположных мнений - надо ли настраивать частоту генератора под механический резонанс?

2.

Когда система разрегулирована (выведена из резонанса) - амплитуда колебаний на излучателе примерно равна напряжению питания

Еще бы! Было бы странно получить другой результат.

3.

На частотах близких к резонансу амплитуда возрастает в несколько раз. Если быть конкректным более 60в при питающем 5в

Снова замечу, что в данном примере речь идет об обычном электрическом резонансе. Который зависит не от механических особенностей излучателя, а от параметров индуктивности, и от эквивалентной емкости излучателя. Смысл в этом резонансе только один - получить большое напряжение на излучателе, используя низковольтный источник питания. Ровно тот же результат можно получить, подавая на излучатель те же 60 вольт непосредственно от генератора, который способен выдать на выходе такое напряжение. Зато при этом можно было бы менять частоту генератора в любых пределах, не заботясь о положении сердечника дросселя. Более того, дроссель выбрать заведомо такой индуктивности, чтобы во всем рабочем диапазоне частот эта система не входила в резонанс. То есть, излучатель колебался бы принудительно, без права на свободу. И это было бы правильно для данного применения. Потому что такой вариант давал бы возможность настраивать именно ту частоту, которая нужна для максимального эффекта. Ведь и ежу понятно, что не могут все жировые клетки так строго реагировать именно на 40 килогерц. Может оптимальная частота будет зависеть от каких-то индивидуальных особенностей несчастного. Например, от возраста, пола, от толщины жира, от соотношения жир/жидкость в клетках, от солевого состава, и тд, и тп. Может те же ощущения жжения правильнее было бы добиваться не увеличением мощности, а сначала погонять частоту в некоторых пределах. И если при изменении частоты начнут возникать резонансные явления, то грош цена этим пробам. Ведь тогда никто не сможет однозначно определить, каковы параметры проводимой процедуры. А без этого невозможно говорить о повторяемости, и о каких либо методиках.
А если сделать так, как я здесь написал, то есть не гоняться за резонансом, а подавать непосредственно на излучатель синус с заданной амплитудой, то можно однозначно задавать любую нужную частоту, при этом амплитуда колебаний однозначно определялась бы только подводимым напряжением, и можно было бы даже заводить разговор о метрологии.

4.

Резонанса можно было достич как изменением частоты, так и изменением индуктивности (вводом сердечника). Вобщем то, что я хотел увидеть - увидел

Слова кончились. Так получилось, что все уже сказано выше.

5.

Поскольку излучатель можно считать емкостной нагрузкой, то увеличение амплитуды напряжения приведет к пропорциональному увеличению мощности

Это чистейшей воды софистика.
Нагрузка не емкостная, а комплексная. При работе излучателя вхолостую, без заметного отбора мощности, его емкостная составляющая преобладает. Но с увеличением отбора мощности начинается рост резистивной составляющей характеристики датчика. При этом и эквивалентная емкость изменяется, что приводит к уходу резонансной частоты системы (что приводит к уменьшению амплитуды), и резко падает добротность системы (что тоже приводит к уменьшению амплитуды).
Из сказанного следует, что рост амплитуды при резонансе не приводит к пропорциональному росту мощности. А наоборот - рост амплитуды свидетельствует о том, что добротность излучателя достаточно высока, что означает, что отбора мощности от излучателя нет, или он небольшой. С увеличением отбора мощности амплитуда пропорционально будет падать.

P.S. Прошу прощения за огрехи в стилистике, и в возможных повторах. Пишу в антисанитарных условиях, нет возможности красиво строить фразы.

[astral5]

Смысл в этом резонансе только один - получить большое напряжение на излучателе, используя низковольтный источник питания. Ровно тот же результат можно получить, подавая на излучатель те же 60 вольт непосредственно от генератора, который способен выдать на выходе такое напряжение. Зато при этом можно было бы менять частоту генератора в любых пределах, не заботясь о положении сердечника дросселя. Более того, дроссель выбрать заведомо такой индуктивности, чтобы во всем рабочем диапазоне частот эта система не входила в резонанс. То есть, излучатель колебался бы принудительно, без права на свободу. И это было бы правильно для данного применения. Потому что такой вариант давал бы возможность настраивать именно ту частоту, которая нужна для максимального эффекта.

Я тоже более склоняюсь к такому варианту схемотехники. Во-первых, сведем к минимуму возможную девиацию частоты, которая не только паразитная в нашем случае, но даже вредна (нужно придерживаться строго 37-41 кГц - стандарт), также сведем к минимуму девиацию добротности, которая тоже мешает системе нормально работать. И таким образом уберем девиацию мощности, из-за которой возможны неравномерности обработки зоны. Таким образом получим максимально стабильную систему при некотором усложнении схемы. Мне это больше импонирует, посколько при стабильности появляется какая-то прогнозируемость и легче находить ошибки. А так - непонятно, то-ли из-за неправильной частоты эффект слабый, то-ли из-за мощности от отсутствия резонанса из-за плохого контакта с гелем, в общем - крайняя нестабильность системы. Че-то делаю, а что - неизвестно)) А так хоть ясно будет - прикладываю твердых и независимых N ватт, и в зависимости от контакта получаю эффект = уравнение с одним неизвестным! Так уже можно работать!

[Alex9797]

Таким образом получим максимально стабильную систему при некотором усложнении схемы.

Наоборот - при некотором упрощении схемы. Отпадает необходимость во всяческих обратных связях, и прочих следящих устройствах, для поддержания ненужного резонанса. Остается только обычный задающий генератор, с возможностью регулировки частоты в нужных пределах, обеспечивающий требуемую стабильность заданной частоты. А выходной каскад усиления мощности питать от источника с регулируемым напряжением. При этом совсем не обязательно, чтобы это напряжение было каким-то высоким. Можно тупо повысить напряжение на выходе до нужной величины при помощи трансформатора, или автотрансформатора.

прикладываю твердых и независимых N ватт

Если уж быть точным, то прикладываются твердые не ватты, а амплитуда колебаний. А ватты при этом могут быть от нуля до номинала. Все зависит от того, будет ли где им выделяться. Основное достоинство в том, что амплитуда будет слабо зависеть от отдаваемой мощности. Так же, как напряжение в розетке, при хорошей проводке, при включенном двухкиловаттном чайнике равно 220 вольт, и если чайник отключить, то напряжение не подскочит на радостях до 300...500 вольт, а так и останется на уровне 220. При этом слабенькое зарядное для мобилки в соседней розетке не умрет от перенапряжения, а будет жить дальше.

Примерно то же самое и в данном случае. Если амплитуда колебаний излучателя будет заметно зависеть от нагрузки, и при малой нагрузке может в разы увеличиться, то это может повредить поверхность кожи "животного", если вдруг по какой-то причине ослабеет контакт излучателя с телом. Например, при шевелении туловища или излучателя.

[astral5]

Сообщение от astral5
прикладываю твердых и независимых N ватт
Если уж быть точным, то прикладываются твердые не ватты, а амплитуда колебаний. А ватты при этом могут быть от нуля до номинала. Все зависит от того, будет ли где им выделяться. Основное достоинство в том, что амплитуда будет слабо зависеть от отдаваемой мощности.

Нуу, да, я это и имел в виду, в принципе... Некорректно упаковал мысль... Естесственно, мощность будет зависеть от нагрузки, и при полном контакте с "Животным" будет увеличиваться нагрузка на излучателе, что поведет к увеличению потребляемого тока и, как следствие, увеличению выходной мощности Абсолютно согласен!

Если амплитуда колебаний излучателя будет заметно зависеть от нагрузки, и при малой нагрузке может в разы увеличиться, то это может повредить поверхность кожи "животного", если вдруг по какой-то причине ослабеет контакт излучателя с телом. Например, при шевелении туловища или излучателя.

Вот-вот! Этого как раз и хочется избежать! А то в резонансных системах получается два варианта - либо Пан, либо пропал!

[mikaleus]

1. Proskit - тайваньская, а не китайская компания, можно ожидать, что сделано по уму, с системами ОС по мощности.
2. В дешёвых УЗ ваннах была именно полумостовая схема, ООС была, но плохая. Поэтому не рекомендовали включать без нагрузки.
3. Если дроссель выбрать такой, чтобы система не входила в резонанс, то излучатель будет работать на нескольких частотах (одна из которых будет резонансной).
Поэтому, необходимо выбрать дроссель, такой, чтобы загнать систему в резонанс, соответствующий механическому!!! Далее ставиться ООС по напряжению, которая будет стабилизировать амплитуду в зависимости от нагрузки. Как это сделать? Несколько вариантов: самый простой - аналоговый стабилизатор напряжения (если нужно подогревать воду, можно сделать с водяным охлаждением), чуть сложнее импульсный понижающий стабилизатор, с частотой преобразования равной или кратной рабочей частоте преобразователя, только в качестве напряжения ОС для сравнения можно завести амплитудное значение с выхода (или входа) пьезоэлемента.

[Evgen69]

Alex9797,-
В общем, частично согласен. Разогнать велосипедный тандем до одинаковой скорости может один хороший спортсмен или несколько обычных людей. Пардон, за возможно не удачную аллегорию. Но результата конечно можно достич и просто поднимая напряжение, но вы не учитываете тот факт, что на системе выведеной из резонанса присутствует масса паразитных гармоник, амплитуда которых может значительно превышать амплитуду "полезных" колебаний. Отсюда (самое элементарное) - опасность электр. пробоя, возрастание нагрузки на вых. каскад и источник питания. Причем "размазывание" спектра излучения приводит к ОЧЕНЬ большим потерям. Простой пример: для подавления передатчика мощностью 1ватт, военные используют широкополосную станцию помех мощностью десятки КИЛОватт.
Ну и по поводу стабильности. Об этом писал mikaleus несколько выше. Все обосновано и доходчиво. Не буду повторятся, добавлю - на хорошо настроеную систему внешние факторы оказывают меньше влияния.

Это чистейшей воды софистика.
Нагрузка не емкостная, а комплексная. При работе излучателя вхолостую, без заметного отбора мощности, его емкостная составляющая преобладает. Но с увеличением отбора мощности начинается рост резистивной составляющей характеристики датчика. При этом и эквивалентная емкость изменяется, что приводит к уходу резонансной частоты системы (что приводит к уменьшению амплитуды), и резко падает добротность системы (что тоже приводит к уменьшению амплитуды).

Думаю, что термин софистика, как раз применим к этой цитате. Обьясните, что вы имеете ввиду под "работа вхолостую" и "увеличением отбора мощности"?
Предпологается некий "краник" который позволяет излучателю отдавать больше или меньше колебаний? Если Вы думаете, что изменяя силу прижима излучателя к "салу" - измените отдаваемую им мощность, мне кажется, Вы ошибаетесь. Аргументируйте.
Что касается самого подхода - увеличение мощности методом простого поднятия напряжения - конечно он верен.
С оговорками... (см. выше.)

[Alex9797]

на системе выведеной из резонанса присутствует масса паразитных гармоник, амплитуда которых может значительно превышать амплитуду "полезных" колебаний. Отсюда (самое элементарное) - опасность электр. пробоя, возрастание нагрузки на вых. каскад и источник питания

Возьмем для примера обычный динамик в звуковой колонке, или в наушниках. Он работает на частотах, далеких от резонансных. При этом массы паразитных гармоник не присутствует.

Конечно, многое зависит от схемы выходного каскада усилителя мощности, и от режима его работы. Вернее, от формы выходных импульсов. Если это прямоугольники, то конечно, каждый крутой фронт действует на излучатель, как удар, и это сопровождается "звоном" на частоте механического резонанса. Но если это синусоида, или хотя бы те же прямоугольники, но прошедшие через ФНЧ, подавляющий высшие гармоники, то звенеть там нечему и не от чего.
А схема выходного каскада - чем мощнее выход, и чем сильнее связь выхода с излучателем, тем меньше свободы излучателю на всякие там

масса паразитных гармоник, амплитуда которых может значительно превышать амплитуду "полезных" колебаний

[Alex9797]

Обьясните, что вы имеете ввиду под "работа вхолостую" и "увеличением отбора мощности"?

Я думал, что это не нуждается в пояснениях.

Представим автомобиль, двигатель которого способен развивать некую номинальную мощность. Но если не включена ни одна скорость в коробке передач, то как бы двигатель не пыжился, он сможет только менять скорость вращения, но мощность отдавать не будет вообще. Не считая, конечно же ту, что расходуется на него самого.

Если же скорость включена, но ведущие колеса подняты над землей, они так и будут крутиться в воздухе, а мощность отдаваться не будет. А если постепенно приводить колеса в соприкосновение с дорогой, то начнется отбор мощности от двигателя.

С ультразвуковым излучателем - все точно так же.

[Evgen69]

Вобщем Вы сам провели удачное сравнение. Динамики изготавливаются с желанием получить макс. линейность мощности звук. волны. И то получается в определенном диапазоне. Конечно, гипотетически!! можно из низкочастотного бубна выдавить звук 20кгц, но чтобы получить его таким же эффективным (мощным) как из "пищалки" нужно приложить к нему мощность...... вах! Вопрос - куда денется остальное? и почему пищалке столько не нужно? ответ - резонанс пищалки значительно выше чем у бубна, и при низкой добротности (специально для динамика) размазывается на определенный диапазон выс. частот. Для этого и ставятся кроссоверы, чтобы напрасно не накачивать бестолку в него мощность, все равно выход будет....

[Evgen69]

С ДВС все понятно. Где коробка передач на УЗ излучателе??

Если вы засунете лампу накаливания в ящик - это не значит, что она будет меньше излучать света или потреблять меньше енергии.