УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНГАЛЯТОР

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым аэрозольным аппаратам, и предназначена для лечения и профилактики органов дыхания лекарственными препаратами (эфирными маслами (ароматерапия), антибиотиками, настоями трав, минеральной водой и др.) как в домашних условиях, так и в медицинских учреждениях.
Из уровня техники известен сверхзвуковой распылитель волны, содержащий пьезоэлектрический вибратор в форме диска, у которого есть пара поверхностей, одна из которых определена как поверхность действия. Тонкая пластина с множеством отверстий расположена близко к поверхности действия так, чтобы промежуток или тонкая водная или жидкая пленка были распределены между пластиной и поверхностью действия. После возбуждения вибратора с высокой частотой водная пленка преобразуется в туман (US 5312281, 17.05.1994).
Известен ультразвуковой аэрозольный аппарат, содержащий корпус, ультразвуковой распылитель, включающий емкость для жидкости с пьезокерамическим излучателем для распыления и вывода аэрозоля, соединенным с генератором высокочастотных колебаний, сетевой блок питания, в том числе адаптер, блок управления (RU 22879, 10.05.2002).
Известен ультразвуковой ингалятор, содержащий распылительную камеру с встроенным пьезоэлектрическим преобразователем, транзистор, дроссель, фазосдвигающую цепь, включающую резистор, трансформатор, и конденсатор, образующий с первичной обмоткой трансформатора параллельный колебательный контур. Вторичная обмотка трансформатора соединена с базой транзистора через частотно-стабилизирующий пьезоэлемент, а первичная обмотка через разделительный конденсатор подключена к эмиттеру транзистора. Ингалятор содержит также цепь согласования, образованную конденсатором, дросселем и автотрансформатором, цепь подачи напряжения смешения, конденсатор, включенный между базой и эмиттером транзистора (RU 1771758, 30.10.1992).
Наиболее близкой к предложенной полезной модели является устройство для ультразвукового распыления жидких сред, содержащее генератор электрических колебаний, состоящий из связанных цепью положительной обратной связи усилительного элемента и пьезоэлемента испарителя жидкости, находящегося в акустическом контакте с распыляемой жидкостью и образующего, при этом связанные колебательные контуры, совместная резонансная характеристика которых задает режим колебаний генератора. В качестве генератора электрических колебаний использована схема, содержащая пьезоэлемент, включенный между базой и коллектором транзистора, первый конденсатор, включенный между коллектором и эммитером этого транзистора, второй конденсатор, включенный между базой и эммитером транзистора, при этом пьезоэлемент зашунтирован первым резистором, а второй резистор включен между базой транзистора и третьим резистором, который включен в цепь эммитера транзистора, и шунтирован третьим конденсатором, причем третий резистор через катушку индуктивности соединен с первым выходом блока питания, второй выход которого связан с коллектором транзистора, образуя общую точку схемы, кроме того, выходы блока питания зашунтированы четвертым конденсатором, а к третьему конденсатору подключен пятый конденсатор, который соединен с общей точкой первого и второго диода, при этом последовательно соединенные первый диод, четвертый резистор и светодиод включены между пятым конденсатором и общей точкой схемы, а четвертый резистор и светодиод зашунтированы шестым конденсатором, причем второй диод подключен к общей точке схемы (RU 30628, 10.07.2003).
К недостаткам данных конструкций относятся громоздкость и сложность конструкций, неудобство в использовании и малая надежность в эксплуатации.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании ультразвукового ингалятора, который исключал бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении эксплуатационной надежности и долговечности ингалятора и эффективности лечения, а также снижение шума при работе ингалятора за счет отсутствия механически движущихся деталей, малых рабочих токов и высокой частоты работы пьезокристалла.
Указанный технический результат достигается в ультразвуковом ингаляторе на основе блокинг-генератора, содержащем: - генератор высокочастотных колебаний, включающий в себя трансформатор с тремя обмотками, в котором:
первый вывод первой обмотки подключен ко второму выводу четвертого конденсатора;
второй вывод первой обмотки подключен к эмиттеру первого транзистора, второму выводу первого конденсатора, первому выводу третьего конденсатора, первому выводу второго резистора;
первый вывод второй обмотки подключен к первому выводу первого резистора, к первому выводу первого конденсатора, к первому выводу второго конденсатора, первому выводу дросселя и первой шине питания;
второй вывод второй обмотки подключен ко второму выводу второго конденсатора и коллектору первого транзистора, в котором база соединена с первым выводом четвертого конденсатора и вторым выводом первого резистора;
первый вывод третьей обмотки соединен с эмиттером второго транзистора;
второй вывод третьей обмотки соединен со вторым выводом второго резистора, вторым выводом третьего конденсатора, второй клеммой подключения нагрузки и второй шиной питания;
- усилитель мощности высокочастотных колебаний, включающий в себя второй транзистор, в котором база соединена с шиной питания; коллектор соединен со вторым выводом дросселя и первой выходной клеммой для подключения нагрузки, в том числе пьезокерамического излучателя;
распылительную камеру, в которую встроен пьезокерамический излучатель в котором первый выход подключен к первой клемме подключения нагрузки, а второй выход ко второй клемме подключения нагрузки.
Дополнительно содержит блок дополнительного сервиса, содержащий полевой переключательный транзистор, цифровую КМОП микросхему (комплиментарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник), тактовую кнопку, два светодиода.
Дополнительно содержит адаптер, в корпусе которого отдельным блоком размещен блок питания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена электрическая схема ультразвукового ингалятора.
Принятые обозначения:
1 - блок генератора;
2 - усилитель мощности;
3 - Пьезоэлемент;
4 - Блок дополнительного сервиса;
5 - Фильтр помех;
6 - Блок питания;
C1-C11, CZ - конденсаторы;
R1-R11, RZ - резисторы;
T1 - трансформатор;
VT1-VT3 - транзистор;
HL1-HL2 - индикаторы или светодиоды;
L1-L2 - дроссели;
IC1 - D-триггер технологии КМОП;
Q1 - кнопка тактовая;
Х1-Х6 - контакты разъемов.
Ультразвуковой ингалятор содержит распылительную камеру с пьезокерамическим излучателем (пьезоэлементом) 3, емкостью для лекарственного средства (не показаны) и плату управления, состоящей из каскадов блокинг-генератора 1 и усилителя мощности 2, блока дополнительного сервиса 4, каскада фильтра помех 5 и блока питания 6.
Задающий генератор синусоидального напряжения ультразвуковой частоты выполнен на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1 с тремя обмотками по схеме блокинг-генератора. Транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Схема с ОЭ позволяет получить лучшую форму генерируемых импульсов (меньшую длительность фронта) по сравнению со схемой с общей базой (ОБ). Частотозадающей является цепь колебательного контура, образованного обмоткой I трансформатора Т1 и конденсатором C2.
Работу блокинг-генератора можно разделить на две стадии. В первой стадии, занимающей большую часть периода колебаний, транзистор VT1 закрыт, а во второй - транзистор VT1 открыт и происходит формирование импульса. Закрытое состояние транзистора VT1 в первой стадии поддерживается напряжением на конденсаторе C4, заряженным током базы во время генерации предыдущего импульса. В первой стадии конденсатор C4 медленно разряжается через большое сопротивление резистора R1, создавая близкий к нулевому потенциал на базе транзистора VT1 и он остается закрытым.
Когда напряжение на базе транзистора VT1 достигнет порога открывания, он открывается и через коллекторную обмотку I трансформатора T1 начинает протекать ток. При этом в базовой обмотке II индуктируется напряжение, полярность которого должна быть такой, чтобы оно создавало положительный потенциал на базе. Положительное напряжение, возникшее в базовой обмотке II, приведет к дальнейшему увеличению тока коллектора и тем самым - к дальнейшему увеличению положительного напряжения на базе и т.д. Развивается лавинообразный процесс увеличения коллекторного тока и напряжения на базе транзистора VT1. При увеличении коллекторного тока происходит резкое падение напряжения на коллекторе. Лавинообразный процесс открывания транзистора VT1, называющийся прямым блокинг-процессом, происходит очень быстро, и поэтому во время его протекания напряжение на конденсаторе C4 и энергия магнитного поля в сердечнике трансформатора T1 практически не изменяются. В ходе этого процесса формируется фронт импульса.
Процесс заканчивается переходом транзистора VT1 в режим насыщения, в котором транзистор утрачивает свои усилительные свойства, и в результате положительная обратная связь нарушается. Начинается этап формирования вершины импульса, во время которого рассасываются неосновные носители, накопленные в базе, и конденсатор C4 заряжается базовым током.
Когда напряжение на базе постепенно приблизится к нулевому потенциалу, транзистор VT1 выходит из режима насыщения, и тогда восстанавливаются его усилительные свойства. Уменьшение тока базы вызывает уменьшение тока коллектора. При этом в базовой обмотке трансформатора Т1 индуктируется напряжение, отрицательное относительно базы, что вызывает еще большее уменьшение тока коллектора и т.д. Образуется лавинообразный процесс, называемый обратным блокинг-процессом, в результате которого транзистор VT1 закрывается. Во время этого процесса формируется срез импульса.
После всех этих процессов происходит восстановление схемы в исходное состояние. Это и будет промежуток между импульсами. Процесс восстановления заключается в медленном разряде конденсатора C4 через резистор R1. Напряжение на базе транзистора VT1 при этом медленно растет, пока не достигнет порога открывания и процесс работы блокинг-генератора повторяется.
С обмотки III трансформатора T1 сигнал поступает на эмиттер транзистора VT2, включенного по схеме с общей базой, на котором выполнен усилитель мощности 2, нагрузкой которого является пьезоэлемент 3.
Ультразвуковой ингалятор может содержать блок дополнительного сервиса 4(БДС).
В настоящее время в радиоэлектронной аппаратуре применяют электронные выключатели, в которых одной кнопкой можно осуществлять и включение и выключение. Сделать такой выключатель мощным, экономичным и малогабаритным можно, если применить полевой переключательный транзистор и цифровую КМОП микросхему (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник).
Функции БДС.
Транзистор VT3 выполняет функции электронного ключа, а триггер IC1 им управляет. Устройство постоянно подключено к источнику питания и потребляет небольшой ток - единицы-десятки микроампер. Если на прямом выходе триггера высокий логический уровень, то транзистор закрыт, нагрузка обесточена. При замыкании контактов кнопки Q1 триггер переключится в противоположное состояние, на его выходе появится низкий логический уровень. Транзистор VT3 откроется, и напряжение поступит на нагрузку. В таком состоянии устройство будет находиться до тех пор, пока снова не окажутся замкнутыми контакты кнопки. Тогда транзистор закроется, нагрузка обесточится.
Индикатор HL1 визуально отображает включение прибора в работу.
Индикатор HL2 сигнализирует о подаче напряжения питания на плату управления, через контакты разъема X5.
На дросселе L2 собран фильтр помех 5.
Блок питания 6 собран отдельным блоком, в корпусе адаптера, который непосредственно включается в электрическую сеть.
В электронной схеме применены СМД-компоненты: резисторы, конденсаторы, транзисторы для поверхностного монтажа. Их достоинством является малые размеры и то, что они оптимизированы для автоматического монтажа на плату. Конденсаторы и резисторы применены типоразмера 0805(2,0×1,2×0,4 мм). Транзисторы VT1 с корпусом SОT89, VT3 - SOT23. Для повышения стабильности работы задающего генератора с частотой 2,64 МГц применены конденсаторы с повышенной термостабильностью - с ТКЕ (температурный коэффициент емкости) равным «0».
При использовании ультразвукового ингалятора достигается лечебный эффект, за счет вдыхания лекарственных препаратов, показанных врачом, в виде мелкодисперсного аэрозоля. Аэрозоль образуется за счет распыления жидкого лекарственного препарата, помещенного в распылительную камеру в специальной емкости (стаканчике), ультразвуковыми колебаниями, частотой 2,64 МГц, генерируемыми пьезоэлементом (пьезоэлектрическим элементом), конструктивно входящим в состав ингалятора. За пределы ингалятора ультразвуковые колебания не распространяются, поэтому прибор безопасен для пользователя. Электронная схема ингалятора питается постоянным током напряжением 12 В. Это делает прибор электробезопасным. В комплекте прибора состоит блок питания, преобразующий переменный ток напряжением 220 В в постоянный 12 В. Мощность, потребляемая прибором - 1 А. Вес ингалятора без блока питания составляет не более 280 г, корпус влагозащищенный, изготовлен из прочного пластика, не содержащего вредных для человека веществ, не вступающего в реакцию с лекарствами, моющими веществами. Прибор прост в обращении, не требует специальной подготовки перед применением. Может быть дезинфицирован в домашних условиях. Это позволяет использовать прибор в быту, при наличии сети электроснабжения 220 В±22 В.
Вибрация пьезоэлемента достигается подачей на него сигнала высокой частоты 2,64 MHz. Получение такого сигнала обеспечивается за счет применения современных электронных элементов. Это позволяет снизить энергопотребление до 10 Вт, уменьшить габариты, снизить вес, сократить себестоимость.
Однородность состава аэрозоля и постоянство размеров частиц обусловлены применением современных высокостабильных электронных элементов, которые сохраняют свои рабочие параметры неизменными во время всего рабочего цикла.