Устройство для электромагнитной обработки объектов индуцированными полями

Полезная модель относится к устройствам электромагнитной обработки, например жидкостей или твердых тел, например, при проведении исследований и др.
Известно устройство для электромагнитной обработки объектов, например, воды, содержащее последовательно включенные источник питающего напряжения, генераторный блок и антенну, выполненную в виде соленоида со свободным концом, закрепленным на трубе с водой, а генераторный блок содержит двухфазный генератор электрических колебаний, сигналы которого сложной формы проходят в антенну-соленоид и воздействуют на воду, протекающую через трубу (см. патент GB №2312635, кл. C02F 1/48, опубл. 05.11.1997).
Однако данное устройство недостаточно эффективно обрабатывает воду электромагнитным воздействием при применении на трубопроводах из магнитных материалов (металла). Электромагнитное поле, сформированное излучателем обмоточного типа вызывает паразитное намагничивание трубопровода и имеет низкое проникающее действие в обрабатываемую жидкость.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для электромагнитной обработки объектов индуцированными полями, содержащее электрический контур, включающий в себя блок питания, подключенный к электрическому контуру задатчик воздействия, а также излучатель электромагнитной энергии (см. патент RU №2089513, кл. C02F 1/48, опубл. 10.09.1997).
Однако в этом устройстве сформированное электромагнитное поле обладает низким проникающим действием с узкой полосой пропускания, что ограничивает область использования данного устройства.
Известен материал и способ получения металл-полимерных композитных материалов на основе наноразмерных частиц, предназначенных для применения в радиотехнической аппаратуре. В качестве полимера выбирают полиэтилен или полипропилен и т.п., а в качестве металлсодержащих соединений выбирают металлов (RU 2506224, В32В 27/00).
Технический результат заключается в том, что достигается возможность усиления проникающего действия излучения за счет обеспечения воздействия строго в пределах полосы пропускания (эффективно передаваемая полоса частот ЭППЧ). Это обеспечивается тем, что не нужен подбор параметров, а сразу выставляется один из оптимизированных режимов.
Различают при этом абсолютную полосу пропускания: 2Δω=Sa и относительную полосу пропускания: 2Δω/ωo=So. В настоящем техническом решении речь идет об абсолютной.
Технический результат достигается полезной моделью за счет того, что автономное устройство для электромагнитной обработки объектов индуцированными полями, содержит размещенный в многослойном защитном корпусе из полимер-металлического композиционного материала работающий на аккумуляторе электрический контур, включающий, излучатель электромагнитной энергии, выполненный в виде антенны и катушек индуктивности, подключенный выходом к микроконтроллеру с индикатором выбора режима и блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), соединенный с задатчиком воздействия, выполненным с возможностью регистрации выходных сигналов объектов и подключенным к микроконтроллеру с возможностью обмена и передачи информации микроконтроллера и ПЗУ, при этом микроконтроллер выходом подключен к блоку генерирования сигналов, который своим выходом подключен к излучателю электромагнитной энергии.
Существенное отличие этого прибора - его автономность (использование аккумулятора) и отсутствие измерительного канала, за счет добавления оптимизированных режимов работы. Из которых пользователь может выбрать то, что ему надо. Все это не просто делает прибор компактным, а главное - отсутствие измерительного канала и добавление подключения оптимальных режимов увеличивает проникающую способность заданного излучения (причем допускает использование человеком без дополнительных навыков измерения).
При работе полезной модели воздействие проводят в пределах того известного диапазона частот, где амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) заявленного радиотехнического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигналов без существенного искажения формы. Данный эффект связан с тем известным из уровня техники фактом, что в ЭППЧ сосредоточена основная энергия сигнала (не менее 90%). Этот диапазон частот устанавливается для каждого сигнала заявленного устройства экспериментально простым подбором на рабочем месте оператора.
Ширина полосы пропускания (ГОСТ 23611-79 Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная) выражается в единицах частоты (например, в герцах). Поскольку в радиосвязи и устройствах передачи информации расширение полосы пропускания позволяет передать большее количество информации
Неравномерность АЧХ характеризует степень ее отклонения от прямой, параллельной оси частот и выражается в децибелах. Ослабление неравномерности АЧХ в полосе улучшает воспроизведение формы передаваемого сигнала.
Важное влияние оказывает выбор материала на вышеуказанные характеристики: так, композиты с металлической матрицей, например, наполненные тонкодисперсными частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные композиты) дополнительно стабилизируют характеристики контура, а также дают возможность существенно сократить массу стыковочных элементов конструкций благодаря большей прочности металлической матрицы по сравнению, например, с полимерной, и технологичностью обработки композитов с такой матрицей (возможность использования резьбовых соединений и т.д.).
Пример работы устройства
Для используемой в полезной модели антенны с геометрией золотого сечения полоса пропускания (как известно эта полоса зависит от типа антенны и ее геометрии) - диапазон частот, при которых эта антенна работает эффективно - окрестность центральной (резонансной) частоты. Поэтому на практике полоса пропускания обычно была установлена по заданному уровню коэффициента стоячей волны равному 2.
В заявленной полезной модели образуется колебательный контур, т.к. во время передачи тех или иных сигналов ток высокой частоты в антенне состоит из нескольких токов различной частоты. Такой же сложный характер имеют электромагнитные волны, распространяющиеся от антенны.
При этом важным является и выбор материала для корпуса всего устройства. Известно, что обычно для производства корпусов электронных устройств используется сразу несколько различных материалов:
Пластик + металл
Пластик + стекло
Пластик + керамика
Пластик + резина
и т.д.
Однако, авторами проведены необходимые расчеты, компьютерный анализ и последующее моделирование с учетом происходящих процессов воздействия на объекты (в том числе живые организмы), которое позволило оптимизировать конструкцию устройства и корпус с учетом характеристик выбранного материала. В качестве такого материла возможен выбор композита на основе полимера (полиэтилен, полипропилен, фенопласт, фторопласт, полиуретан) с добавкой металлов или их соединений, принятых в данных изделиях, т.к. полимеры широко используются в электротехнике, электронных приборах, в различном оборудовании, где очень важно иметь материалы с определенными электрическими характеристиками. К таким характеристикам, значение которых бывает необходимо регулировать, относятся электропроводность, электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость.
Каких-либо ограничений для применения полимеров в качестве связующего при создании электропроводных полимерных материалов не существует. Это могут быть жесткие термо- и реактопласты с постоянной формой изделия или резиноподобные материалы с изменяющейся при нагружении формой, т.е. материалы, способные к большим обратимым деформациям.
-7
В качестве наполнителей используют порошки железа, меди, алюминия, никеля, олова, висмута, кадмия, палладия, а в некоторых случаях -серебра и золота. Размер частиц металла составляет (1-3)×10 м. Механизм электропроводимости полимеров зависит от содержания металлических частиц, которое может доходить до 90% по объему.
Дополнительно возможно использование технического углерода и графита, как в виде порошков, так и в виде волокон и тканей. В последнем случае получают электропроводные материалы с высокой прочностью, обладающие анизотропными свойствами.
Выбор полосы определен таким образом: при воздействии на контур электродвижущих сил (эдс) различной частоты наиболее сильные колебания получаются в случае, когда эдс имеет резонансную частоту или частоту, близкую к ней. А при значительном отклонении частоты внешней эдс от резонансного значения, т.е. когда контур расстроен относительно частоты внешней эдс, амплитуда колебаний получается сравнительно малой.
Можно сказать, что каждый контур хорошо пропускает колебания в пределах некоторой полосы частот, располагающейся по обе стороны от резонансной частоты. Это и есть заданная полоса пропускания контура Ппр, которую условно определяют по резонансной кривой на уровне 0,7 от максимального значения тока или напряжения, соответствующего резонансной частоте.
Иначе говоря, считают, что контур хорошо пропускает колебания тогда, когда их амплитуда уменьшается не более, чем на 30% по сравнению с амплитудой при резонансе.
Пример.
Заявленное устройство имеет контур, настроенный на определенную частоту.
Элементная база устройства:
микроконтроллер нового поколения, с большой скоростью обработки и предоставления данных,
аккумулятор, что делает прибор автономным,
индикатор, позволяющий выбрать один из нескольких оптимизированных режимов, так как используются уже готовые режимы, что позволяет сделать прибор компактным,
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство- микросхема, в памяти которой хранятся записанные сигналы.
Пользователь на индикаторе выбирает режим работы приборы, которому соответствует перечень хранимых сигналов.
Эти сигналы вычитываются из микросхемы памяти и подаются на излучатель (антенна формы «золотое сечение» и катушки индуктивности образуют собой излучатель электромагнитной энергии). Золотое сечение -антенна, изготовлена на печатной плате.
При включении происходит воздействие электромагнитного импульса при генерировании управляемых сигналов формы треугольник. При воздействии с частотой fo=2000 кГц и затуханием контура 0,01, и тогда, исходя из вышеуказанных технических сведений в уровне техники, указанную полосу пропускания определяют как 0,01 * 2000 кГц = 20 кГц. Выполнение корпуса из композита пластик с металлическими добавками обеспечивает положительное влияние на поддержание стабильной полосы пропускания, контролируется при воздействии воздействии микроконтроллером с отражением показателей на индикаторе возможностью внесения коррективов в оказываемое воздействие управляемыми сигнала в зависимости от степени воздействия.
На фиг. 1 представлена схема устройства для электромагнитной обработки объектов индуцированными полями, на фиг. 2 - принципиальная схема устройства.
На фигуре 1 показаны:
1. Индикатор с кнопками доступных оптимизированных режимов. С помощью кнопок автоматически выставляется выбранный рабочий режим.
2. Контроллер, анализирующий выбранный и установленный режим работы, считывает необходимые сигналы с ПЗУ и с помощью генераторов сигналов выдает сигнал на излучатель электормагнитной энергии.
3. ПЗУ - постоянное запоминающее устройство. Это микросхема, в памяти которой хранятся записанные сигналы.
4. Катушки индуктивности
5. Антенна (золотое сечение), изготовлена на печатной плате, которая совместно с катушкой индуктивности образуют излучатель электромагнитной энергии
На фигуре 2 показана принципиальная схема, где указаны те же элементы:
1. Индикатор
2. Контроллер
3. ПЗУ
4. Катушки индуктивности
5. Антенна
Устройство работает следующим образом Индикатор 1, отображает все доступные режимы работы, подключен к контроллеру 2, который обладает возможностью выбора сигналов с ПЗУ 3 в зависимости от выбранного режима. При этом контроллер 2 выходом подключен к блоку генерирующих сигналов, который своим выходом подключен к излучателю электромагнитной энергии, выполненному в виде катушек индуктивности 4 и антенны (золотого сечения) 5. Воздействие осуществляли на воду, иные жидкости (растворы солевые, расплавы металлов - ртуть, олово и расплавы термопластов- полистирол и полипропилен) а также иные объекты, включая биологические (растения -циперус, млекопитающее - Cyprinus carpio, Mus musculus), в случае необходимости такого воздействии или проведения исследования влияния внешних воздействий.
Устройство работает от аккумулятора.
Существует возможность подключения к ПК (персональный компьютер на чертеже не показан), для обновления программы контроллера 2.
В ПЗУ 3 хранятся записанные сигналы, а контроллер 2 осуществляет чтение из ПЗУ 3 в зависимости от выбранного режима работы устройства, определяемого оператором с помощью индикатора 1.
На блок генерирующих сигналов передается команда от контроллера 2 и в зависимости от выбранного режима генерируются сигналы заданной формы: синусоидальные, пилообразные и другие с требуемой частотой и амплитудой.
Посредством катушки индуктивности 4 и антенны (золотого сечения) 5 осуществляют воздействие.