ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ

Полезная модель относится к медицине, а именно, к устройствам для диагностики путем регистрации биоэлектрических сигналов организма и его частей, а так же к устройствам для исследования материала путем обнаружения и исследования магнитных полей рассеяния.
Известен индуктивный датчик близости Шпинева И.Н., содержащий корпус, размещенный в корпусе броневой сердечник из магнитного материала и расположенную в плоскости сердечника измерительную катушку индуктивности, намотанную на центральный выступ сердечника (RU, патент №1837153, G 01 B 7/00, Н 03 К 18/945, 30.08.93.).
Недостаток известного устройства состоит в том, что в электромагнитом поле (ЭМП) такого датчика содержится в основном магнитная составляющая, изменение которой относительно равномерно и воздействие на такое поле из вне (например, появление в зоне ЭМП какого - либо предмета) вызывает незначительные изменения в его структуре. Это снижает информативность результатов измерения, обуславливает снижение чувствительности датчика. В результате снижается достоверность полученной информации.
Наиболее близким к предлагаемому является измерительная катушка индуктивности, содержащая сердечник из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, и катушку индуктивности, которая намотана на сердечник и выполнена многослойной. Толщина намотки катушки близка или равна толщине кольца сердечника, а длина
катушки близка или равна высоте кольца сердечника (RU, патент №2107964, H 01 F 17/04, 5/00, 27.03.98.).
Недостаток известного устройства состоит в следующем. В известном устройстве катушка намотана по окружности на наружную поверхность сердечника, имеющего форму плоского кольца. В результате у такой катушки ЭМП сосредотачивается в виде сферы по наружной поверхности измерителя. Это не позволяет минимизировать площадь контролируемой зоны вокруг контролируемой точки. В результате при измерении биосигнала известной катушкой в контролируемой точке захватываются соседние участки ткани, что вносит в результат измерений информацию, не относящуюся к информации о биосигнале в исследуемой точке. Это снижает достоверность информации о ЭМП в исследуемой точке.
Таким образом, выявленные в результате патентного поиска конструкции измерительных катушек индуктивности при осуществлении не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности полученной информации при измерении электромагнитного поля в исследуемой точке.
Предлагаемая полезная модель «Измерительная катушка индуктивности» решает задачу создания измерительной катушки индуктивности, осуществление которой обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности полученной информации при измерении электромагнитного поля в исследуемой точке.
Сущность полезной модели «Измерительная катушка индуктивности» заключается в том, что в измерительной катушке индуктивности, содержащей сердечник из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, и катушку индуктивности, которая намотана на сердечник и выполнена многослойной, новым является то,
что сердечник представляет собой цилиндрический пруток, переходящий в усеченный конус, при этом на цилиндрическом конце прутка размещена обмотка катушки индуктивности, а конец конусообразной части прутка выполнен прямым или изогнутым под углом, при этом в переделах погрешности измерительного прибора длина прутка равна пяти максимальным диаметрам прутка, длина катушки равна максимальному диаметру прутка, а толщина намотки катушки - 0,4 максимального диаметра прутка.
Технический результат достигается следующим образом.
Благодаря тому, что обмотка катушки индуктивности размещена на цилиндрическом конце прутка, длина катушки равна максимальному диаметру прутка, а толщина намотки катушки - 0,4 максимального диаметра прутка, наводимое в катушке ЭМП имеет вытянутую форму, снаружи прижатую к обмотке катушки, и сконцентрировано внутри катушки.
Известно, что изменение в ЭМП магнитной составляющей поля сердечника приводит к изменению электрической составляющей поля обмотки катушки индуктивности. При взаимодействии сердечника катушки с исследуемым объектом изменяется магнитная составляющая ЭМП. Благодаря тому, что ЭМП поле сконцентрировано внутри катушки, а сердечник выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью, что позволяет работать со слабыми магнитными полями за счет снижения гестерезиса, любые изменения в МП сердечника приводят к заметным изменениям электрической составляющей ЭМП катушки, что повышает достоверность информации при измерении ЭМП в точке.
Таким образом, в основе действия измерительной катушки лежит изменение магнитной составляющей, формируемой МП полем сердечника, при взаимодействии сердечника катушки с ЭМП объекта
исследования. Изменение магнитной составляющей вызывает изменения электрического тока, что эквивалентно изменению емкостной составляющей в комплексном сопротивлении эквивалентного колебательного контура катушки индуктивности, который имеет вполне определенное резонансное сопротивление. Поскольку катушка индуктивности выполнена многослойной, что увеличивает ее собственную емкость и снижает добротность катушки индуктивности, это способствует возникновению свободных колебаний в эквивалентном колебательном контуре катушки индуктивности даже при фиксации слабого ЭМП при взаимодействии с исследуемыми источниками электромагнитного поля. В результате повышается чувствительность измерительной катушки и информативность полученных результатов исследования, а, следовательно, достоверность.
Кроме того, эквивалентная схема многослойной катушки индуктивности в загрубленном виде представляет собой параллельный колебательный LC-контур, электрические колебания в котором имеют вид затухающих периодических колебаний, которые имеют полигармонический спектр. Наличие большого числа гармонических составляющих позволяет фиксировать даже незначительные изменения в параметрах колебательного контура катушки индуктивности, что повышает как чувствительность устройства, так и информативность и достоверность результатов исследования.
Выполнение прутка в виде цилиндра, переходящего в усеченный конус, а так же выбор конструктивных параметров катушки индуктивности, при которых ЭМП имеет вытянутую форму и максимально внутри катушки, обеспечивает возможность оптимальной фокусировки магнитной составляющей поля в исследуемой точке объекта, т.е. позволяет минимизировать площадь контролируемой зоны вокруг исследуемой точки. Это обеспечивает хорошую различимость
результатов измерений, уверенную дискретизацию результатов измерений, а, следовательно, повышает достоверность информации об изменении параметров ЭМП в исследуемой точке.
Выбор длины прутка, равной пяти максимальным диаметрам прутка, является оптимальным и обеспечивает получение максимальной чувствительности на изменение магнитной составляющей поля. При этом обеспечивается всегда постоянное расстояние между контролируемой поверхностью объекта и обмоткой катушки индуктивности. Катушка так же воспринимает от исследуемой точки ЭМ сигнал. Поскольку форма наводимого в катушке ЭМП вытянута, расстояние между контролируемой поверхностью объекта и обмоткой катушки индуктивности постоянное, а измеряют площадкой конуса прутка, то, в отличие от прототипа, измерительная катушка принимает сигнал практически от точечного источника, что позволяет минимизировать площадь контролируемой зоны вокруг исследуемой точки.
Выполнение конца конусообразной части прутка прямым или изогнутым под углом обеспечивает доступность непосредственно к объекту исследования, даже в труднодоступных точках. При этом катушка всегда находится на одинаковом расстоянии от поверхности объекта исследования при установке штырька в исследуемую точку, что повышает достоверность полученной информации об изменении параметров ЭМП в исследуемой точке.
Поскольку допуск на отклонение геометрических размеров частей устройства определяется в пределах погрешности измерительного прибора, то при измерении одним и тем же прибором погрешность одинакова, что всегда позволяет выполнить условие: длина прутка равна пяти максимальным диаметрам прутка, длина катушки равна максимальному диаметру прутка, а толщина намотки катушки - 0,4 максимального диаметра прутка, а, следовательно, позволяет
сформировать требуемую форму электромагнитного поля, что обеспечивает достижение достоверности результатов исследований.
Таким образом, заявленная измерительная катушка индуктивности, при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности полученной информации при измерении электромагнитного поля в исследуемой точке.
На фиг.1а изображена измерительная катушка индуктивности с прямым, а на фиг.1б - с изогнутым под углом сердечником (вертикальный разрез). Поскольку реально катушка имеет малые размеры, то для удобства описания ее конструкции катушка изображена утрированно без соблюдения пропорций по формуле изобретения.
Измерительная катушка индуктивности содержит сердечник 1 из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, и катушку индуктивности 2 с выводами 3 и 4, которая намотана на сердечник 1 и выполнена многослойной. Сердечник 1 представляет собой цилиндрический пруток, переходящий в усеченный конус, при этом на цилиндрическом конце прутка размещена обмотка 5 катушки 2 индуктивности, а конец 6 конусообразной части прутка выполнен прямым (фиг.1а) или изогнутым под углом (фиг.1б). При этом в переделах погрешности измерительного прибора длина прутка равна пяти максимальным диаметрам прутка, длина катушки равна максимальному диаметру прутка, а толщина намотки катушки - 0,4 максимального диаметра прутка.
Заявленная измерительная катушка индуктивности может быть использована, например, совместно с устройством для определения биоэлектромагнитной реактивности живых тканей органа, блок-схема которого описана в литературе: Баньков В.И. и др. "Низкочастотные импульсные сложномодулированные поля в медицине и биологии", г.Екатеринбург: издательство Уральского университета, 1992, с.39, рис.8.
Устройство предусматривает наличие датчика, который прикладывают к поверхности исследуемой ткани, балансный демодулятор, генератор импульсного сложномодулированного электромагнитного поля (ИСМ ЭМП), корректор, детектор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и индицирующее устройство. В качестве датчика в устройстве может быть применена заявленная измерительная катушка индуктивности.
Датчик входит в состав измерительного открытого колебательного контура, настроенного на импульсный сложномодулированный режим работы. В измерительный колебательный контур помимо датчика входят генератор ИСМ ЭМП, балансный демодулятор, детектор и корректор. Возбуждение колебательного контура осуществляется в момент прикосновения датчика к поверхности живой ткани.
В настоящее время устройство реализовано в экспертно-диагностическом приборе "Лира-100", разработанном и изготовленном в отделе медицинской кибернетики центральной научной научно-исследовательской лаборатории и кафедре нормальной физиологии Уральской государственной академии. Прибор регулярно демонстрировался с 1997 года на Всероссийской выставке производителей медицинского оборудования и средств медицинского назначения и неоднократно награжден Дипломами министерства здравоохранения и соцразвития области и Российской Федерации. Прибор защищен патентами Российской Федерации: патент №2107964, приоритет 28.04.95.; №96121429/07 (028062), приоритет 28.04.95.; патент №2080820, приоритет 01.08.94.
Прибор содержит датчик ЭМП, преобразователь, усилитель-фильтр, микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь и регистратор-индикатор. В качестве датчика ЭМП может быть использована заявленная измерительная катушка индуктивности. Датчик
обеспечивает регистрацию ЭМП живых тканей в виде относительных значений индексов БЭМР, которые высвечиваются на экране индикатора.
Была изготовлена измерительная катушка индуктивности с геометрическими размерами: максимальный диаметр прутка 5 мм, длина прутка 25, длина катушки 5 мм, а толщина намотки катушки 2 мм. Угол изгиба конца конусообразной части прутка 30°. Диаметр рабочей поверхности конца конусообразной части прутка 2 мм, что, как показал опыт, является оптимальным. Диаметр намоточного провода определяется электрическими параметрами устройства, с которым работает датчик. В нашем случае диаметр намоточного провода составил 0,18 мм.
Измерения проводили в полости рта на слизистой оболочке протезного. Пациента усаживают в кресло и предлагают ему открыть рот. Конец 6 конусообразной части прутка-сердечника 1 измерительной катушки 2 индуктивности, прикладывают в контролируемой точке поверхности слизистой оболочки без нажатия (близко к касанию), чтобы спонтанно не увеличить местную микроциркуляцию. Контакт сердечника 1 катушки 2 с поверхностью живой ткани приводит к изменению магнитной составляющей, формируемой МП полем сердечника. При этом в эквивалентный колебательный контур катушки индуктивности 2, имеющем вполне определенное резонансное сопротивление, вносится сопротивление емкостного характера, что приводит к возбуждению в эквивалентном контуре катушки электрических колебаний, адекватных зафиксированному электромагнитному полю, формируемому слизистой оболочкой в контролируемой точке. Формируемые в катушке 2 электрические колебания фиксирует измерительный прибор.
Не снимая конец 6 конусообразной части прутка с исследуемой точки, фиксируют результат измерения индекса БЭМР.
В этих же точках измеряли индексы БЭМР с давлением на слизистую оболочку в измеряемой точке.
Пример. 1. Пациент Сосновских В.И. Обратился по поводу изготовления полного съемного протеза на верхнюю челюсть.
Были проведены измерения индексов БЭМР на слизистой оболочке полости рта на верхней челюсти в семи точках:
1 - в области правой крылочеслюстной выемки; 2 - по линии «А» на середине расстояния между крылочеслюстной выемкой и серединной линией верхней челюсти справа; 3 - по линии «А» на средине расстояния между крылочеслюстной выемкой и срединной линией верхней челюсти слева; 4 - на вершине альвеолаярного отростка в области 25 зуба; 5 - на середине сагиттального шва; 6 - на месте перехода альвеолярного отростка в твердое небо (буферная зона) в проекции 16 зуба; на вершине альвеолярного отростка в области 15 зуба.
Результаты измерений индексов БЭМР сведены в таблицу.
№ точки
Индекс БЭМР без давления
Индекс БЭМР с давлением
1
1,506
1,600
2
2,141
2,376
3
2,306
2,400
4
1,812
1,835
5
1,835
1,859
6
2,259
2,471
7
2,353
2,376