Генератор фокусированных ударных волн

0086 С п 9) 61 В 17/22, В 06 В 1/02 оссийской Федерации м и товарным знакам Комитет по пате ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТ ЫХ(57) Использование: в медицинскствах для лечения методами удавых воздействий, Сущность:содержит однозеркальный рефэлектроразрядный излучатель 3,накопитель 5 и управляемый ра их устрой- но-волноенератор лектор 1, мкостный рядник 6,2000086 работы устройства увеличивается минимальное рабочее напряжение, в результате сужается динамический диапазон генериру. емых амплитуд ударных волн. Также в изве. стном устройстве значительная доля энергии разряда излучается в секторе видимости выходного отверстия из зоны разряда. Это излучение не фокусируется эллиптическим рефлектором, что снижает КПД устройства.Целью изобретения является повышение долговечности. стабильности и КПД генератора, а также расширение диапазона генерируемых амплитуд давлений ударной волны.Цель достигается тем, что в генераторе фокусированных ударных волн, содержащем однозеркальный рефлектор, электро- разрядный излучатель. емкостный накопитель и управляемый разрядник, предлагается рефлектор выполнить с разрезом в плоскости, проходящей через ось рефлектора, в разрезе установить плоскую диэлектрическую перегородку, толщина которой в зоне контакта с частями рефлектора равна толщине разреза, и в которой выполнено отверстие в зоне формирования разряда, при этом рефлектор заполнен раствором электролита, электроды излучателя размещены по разные стороны перегородки, выходное отверстие рефлектора закрыто акустически прозрачной диэлектрической заглушкой. исключающей электрический контакт между электродами через электролит, а только через отверстие в перегородке.Предлагается выполнить отверстие вперегородке цилиндрическим, а рефлектор - эллиптическим. Рефлектор 1 выполнен с разрезом, в котором установлена перегородка 2 с отверстием в зоне формирования разряда. Полость рефлектора заполнена электролитом и перекрыта акустически прозрачной диэлектрической заглушкой 4, Электроды излучателя размещены по разные стороны перегородки, выполнены в виде плоских металлических пластин с отверстием, совпадающим с отверстием в перегородке, и могут быть расположены вдоль оси рефлектора либо перпендикулярно оси,либо выполнены в виде двух полосковых линий, выведенных с противоположных сторон рефлектора перпендикулярно его оси, при этом каждая полосковая линия подключена к отдельному Изобретение относится к технике преобразования электрической энергии в энергию звуковых импульсов, в частности ударных волн, и может найти применение в биологии, медицине, океанологии, сейсморазведке и т,д.Известны генераторы фокусированных ударных волн, содержащие рефлектор, выполненный в виде параболоида вращения, и цилиндрический излучатель,В этих устройствах звуковой импульс формируется ма гнитострикционным излучателем, поэтому они не могут быть использованы там, где требуются короткие импульсы ударных волн длительностью менее 1 мкс с амплитудой до тысячи атмосфер, например в литотрипторах.Известен также генератор фокусированных у 1 арных волн. содержащий одно- зеркальный рефлектор, электроразрядный излучатель, емкостный накопитель и управляемый разрядник,Основными недостатками известного устройства являются невысокая долговечность электродов излучателя, необходимость использования деионизованной воды для заполнения рефлектора и низкая воспроизводимость импульсов давления от разряда к разряду. Невысокая долговечность электродов обусловлена тем, что в устройстве используются острийные электроды, которые быстро разрушаются из-за электроэроэии. Кроме того, конструкция электродов достаточно сложна, т,к. необходимо обеспечить точную установку разрядНого промежутка в фокусе эллиптического рефлектора и возможность быстрой замены разрядного излучателя. По мере увеличения зазора между электродами в процессе 5 10 15 2025 30 35 разрядному контуру, или в виде трех полосковых линий, одна из которых выведена вдоль оси рефлектора, а две другие расположены в перпендикулярном оси направлении в плоскости перегородки, В разрядный контур может быть включен импульсный трансформатор, к первичной обмотке которого подключены последовательно емкостный накопитель и управляемый разрядник, а вторичная обмотка подключена к электродам излучателя, Технический результат; повышение стабильности и КПД генератора при расширении диапазона генерируемых амплитуд давлений ударной волны. 10 з.п.флы, 8 ил.Предлагается отверстие в перегородкевыполнить в виде щели, ориентированнойвдоль оси рефлектора, который выполнен ввиде параболоида,Предлагается рефлектор выполнить металлическим и подключить две его части,полученные при разрезании, к разрядномуконтуру, состоящему из емкостного накопителя и управляемого разрядника.Предлагается электроды электроразрядного источника выполнить в виде плоских металлических пластин с отверстием иукрепить их в плоскости перегородки с противоположных сторон так, чтобы отверстияв пластинах совпадали с отверстием в перегородке, В этом случае рефлектор можновыполнить из диэлектрического материала,например керамики.Предлагается выводы электродов излучателя выполнить в виде полосковой линии,размещенной вдоль оси рефлектора.Предлагается выводы электродов излучателя выполнить в виде полосковой линии,ориентированной перпендикулярно оси рефлектора. В этом случае полосковая линияможет быть выведена с двух боковых сторонрефлектора и к каждому концу может бытьподключен разрядный контур.Предлагается электроды излучателя вывести в виде трех полосковых линий - однавдоль Оси рефлектора, а две другие в перпендикулярном оси направлении в плоскости перегородки, при этом к каждойполосковой линии подключается отдельныйразрядный контур,Предлагаетсл в разрядный контур включить импульсный трансформатор, к первичной обмотке которого подключеныпоследовательно емкостный накопитель иуправляемый разрядник, а вторичная обмотка подключена к электродам излучателя.На фиг. 1 и 2 показана конструктивнаясхема и редл ожен ного генератора: на фиг.3-8 - варианты. 4Генератор фокусированных ударныхволн состоит из рефлектора 1, диэлектрической перегородки 2, электродов 3 электроразрядного излучателя, диэлектрическойакустически прозрачной заглушки 4, емкостного накопителя 5, управляемого разрядника 6, импульсного трансформатора, Вдиэлектрической перегородке выполненоотверстие 8, цилиндрическое либо в видещели, Полость рефлектора заполнена раствором электролита 9, Электроды источникаподключаются к разрядному контуру полосковыми линиями 10.Генератор работает следующим образом,Емкостный накопитель заряжается донапряжения О от источника постоянного напряжения. При подаче запускающего импульса на управляющий электрод 5 разрядника 6 он пробивается и емкостныйнакопитель 5 начинает разряжаться по цепи; электроды 3 излучателя (на фиг. 1-4 электродами излучателя являются части разрезанного в одной плоскости рефлекто ра, выполненного из металла) - растворэлектролита 9 - отверстие 8 в диэлектрической перегородке 2. Заглушка 4 исключает контакт между объемами электролита, которые разделены диэлектрической перего родкой 2, кроме как через отверстие 8 вперегородке 2. В результате электрический ток, протекающ й в разрядной цепи, концентрируетсл в отверстии Г. Большая плотность тока в Области отверстил 8 приводит 20 к интенсивному нагреву раствора электролита и его взрывнол(у испарению, Образу 1 О- щийсл в Отверстии 8 пар разрывает электрическу 1 О цепь, и гсе напрлже 11 ие на ел(костном накопителе оклзываетсл прило женным к Отвсрс 1 ио, заполненол(у паром(падением напряжения на электродах излучателя и рас(воре электролита при его достаточно боль шдй про води л 10 сти л 1 ожно пренебречь). При досга(очО большой на пряжености электрического поля в зазоре,образованО 1 Отверстиел(, гозниает электрический пробой пара в Отверстии, Образуется плазменный каал и плонп,1 ь тока в канале резко ООзрастает. Ого присОдит к 35 резкому возрастаию 1 е.(пс; гпуры и давленич плазмы в каале, Расширл(ие илазл(ы приводит к форм;1 рованию ударной голны в растворе элетролига. с 11 орл(а ударной волны определяется геометрическими разме рами Отверстия. В случае достаточномаленького цилиндрического Отверстия формируется сферическая расходящаяся ударнал волна, которая фокусируетсл эллиптическим рефлекторол 1, В случае щеле - 5 вогО Отвсрст 11 л формируетсяцилиндрическая расходлгдалсл ударнал волна, которал фокусируетсл рефлсхтсро 1, выг(олненным в и де парабалои;.;,э (с;1. (1, 3 и ). Чтобы искл,очить разы 1 т 1 а фокуса 0 из-за конечных размерол плазмеогО канала в направле 111 и, Г 1 е 7 пенди кул л .11 ол 1 Ос 1 рефлектора, толщина диэлектрическпй перегородки должна быть как моя но меньше.Длл искл 1 очения нежелательных по гель 5 энергии на нагрев всей массы электрол 11 гацелесообразно исключить протеаие то э через весь электролит. Поэтому эл 1 (роль излучателя выполняются в виде плоских металлических плэстин с отверст 1 е 1, совмещенным с отверстием в диэлектрическойперегородке. Пластины размещаются на плоскостях перегородки с противоположных сторон и жестко закрепляются на ней, например, клеем или эпоксидным компаундом. В этом случае электроды излучателя образуют полосковую линию, обладающую малой индуктивносгью и небольшим волновым сопротивлением, что позволяет получать большую амплитуду тока при разряде и высокое значение амплитуды ударной волны при минимальной длительности импульса, Такая конструкция показана на фиг. 5. В этом варианте рефлектор можно выполнить как металлическим, так и из диэлектрика с подходящими акустическими свойствами, например из керамики. В.конструкции на фиг, 5 разрядньй ток через электролит протекает лишь через отверстие в электродах и в диэлектрической перегородке, поэтому обеспечивается более высокий КПД. Отметим, что в предлагаемой конструкции по сравнению с конструкцией прототипа площадь контакта электродов с плазмой разряда значительно больше, чем у заостренных электродов излучателя прототипа, поэтому они в меньшей степени подэержены разрушению из-за электроэрозии, При разряде в электролите легко реализовать формирование однородного плазменного канала большой длины о поперечном направлении (щелевой разряд). Это позволяет использовать такой разряд в совокупности с параболическим рефлектором, При этом исключается проблема точной установки электродов в фокусе, существенная для эллиптического рефлектора. Это упрощает конструкцию, повышает ее надежность и долговечность, т.к. для получения одинаковой амплитуды ударной волны в эллиптическом рефлекторе и параболическом рефлекторе при одинаковом энерговкладе в разряд удельная мощность, приходящаяся на единицу площади электродов. будет меньше в случае параболического рефлектора с излучателем на основе щелевого разряда, В результате электроды будут подвержены меньшему разрушению и долговечность и надежность излучателя будут выше. Следует заметить, что разряд в электролите по сравнению с разрядом в чистой воде отличается значительно более высокой стабильностью, Влияние изменений параметров среды на параметры разряда легко устраняется прокачкой электролита, при этом требуется весьма маленькая скорость прокачки.Использование диафрагменного разряда в генераторах фокусированных ударных волн позволяет легко реализовать новые режимы в литотрипсии генерацию парных или10 скольку релаксация в электролите происходит быстрее, чем в воде, воэбужде ние двух последовательных разрядов в 40 20 25 30 35 45 50 строенных импульсов с регулируемой задержкой между импульсами для повышения эффективности разрушающего воздействия ударных волн на конкременты, Такие режимы реализуются в конструкциях,показанных на фиг. 6 и 7, На фиг. 6 выводы электродов излучателя, выполненные в виде полосковой линии, ориентированы перпендикулярно оси рефлектора и каждая полосковая линия подключена к отдельному разрядному контуру. Разряд в контурах инициируется с регулируемой задержкой, поэлектролите можно осуществить через время, значительно меньшее, чем в воде, Экспериментально установлено, что для двух-трех последовательных разрядов это время составляет несколько микросекунд, что совпадает по порядку величины с временем прохождения ударной волны через камень с характерным размером 1 см.На фиг, 7 электроды излучателя выведены из рефлектора в виде трех полосковых линий - одна вдоль оси рефлектора, а две другие перпендикулярно его оси, при этом к каждой полосковой линии подключается отдельный разрядный контур, Отметим, что на фиг. 6 и 7 электроды излучателя и полосковой линии показаны при виде сверху, поэтому виден лишь один электрод, а второй находится под ним, Подключение емкостного накопителя и управляемого разрядника к полосковым линиям показано схематически.Такие схемы позволяют значительно снизить постоянное высокое напряжение в схеме медицинской установки, что упрощает ее техническое обслуживание и повышает электробезопасность, Схема включения импульсного трансформатора в разрядный контур показана на фиг. 8.Формуга изобретения 1. Генератор фокусированных ударных волн, содержащий однозеркальный рефлектор, электрораэрядный излучатель и разрядный контур, состоящий из емкостного накопителя и управляемого разрядника, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что рефлектор выполнен с разрезом в плоскости, проходящей через ось рефлектора. в разрезе установлена плоская диэлектрическая перегородка. толщина которой в зоне контакта с частями рефлектора равна толщине разреза и в которой выполнено отверстие в зоне формирования разряда, при этом полость рефлектора заполнена раствором электролита, электроды излучателя размещены по разные сторпни перегородки, авыходное отверстие рефлектора закрытоакустически прозрачной диэлектрическойзаглушкой, при этом электрический контактмежду электродами осуществлен через отверстие в перегородке, 52, Генератор поп.1, отл ича ющийс я тем, что отверстие в перегородке выполнено цилиндрическим. а поверхность рефлектора выполнена в виде эллипсоида.3, Генератор по и. 1, отл и ча ющи йс я тем, что отверстие в перегородке выполнено в виде щели вдоль оси рефлектора, аповерхность рефлектора выполнена в видепараболоида,4, Генератор попп.1-3, отличающ и й с я тем, что рефлектор выполненметаллическим, а его части подключены кразрядному контуру.5. Генератор по пп, 1-3, о т л и ч а ющ и й с я тем, что электроды электроразрядного излучателя выполнена в виде плоскихметаллических пластин с отверстием, укрепленных на поверхностях перегородки спротивоположных сторон, при этом отверстия в пластинах совпадают с отверстием в 25перегородке.6. Генератор по и. 5, отл и ч а ю щ и йс я тем, что рефлектор выполнен иэ диэлектрического материала, например керамики,7. Генератор попп,5 и 6, отл ичающ 30и й с я тем, что выводы электродов излучателя выполнены в виде полосковой линии, размещенной вдоль оси рефлектора, .8, Генератор по пп. 5 и 6, о т л и ч а ющ и й с я тем, что выводы электродов излучателя выполнены в виде полосковой линии, размещенной перпендикулярно оси рефлектора.9, Генератор по пп. 5 и 6. о т л и ч а ющ и й с я тем, что выводы электродов излучателя выполнены в виде двух полосковых линий, выведенных с противоположных боковых сторон рефлектора перпендикулярно его оси, при этом каждая полосковая линия подключена к отдельному разрядному контуру10. Генератор по пп. 5 и 6, о т л и ч а ющ и й с я тем, что выводы электродов излучателя выполнены в виде трех полосковых линий, одна из которых выведена вдоль оси рефлектора, а две другие расположены в перпендикулярном оси направлении в плоскости перегородки, при этом к каждой полосковой линии подключен отдельный разрядный контур.11. Генератор по пп, 1 - 10, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в разрядный контур включен импульсный трансформатор. к первичной обмотке которого подключены последовательно емкостной накопитель и управляемый разрядник, а вторичная обмотка подключена к электродам излучателя.2000086 г Р 7 Составитель Ю.ЯндрияновТехред М.Моргентап Корректор рушева дактор А.Купрякова ТиражПодписно НПО "Поиск" Роспатента"035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4/5 Заказ 305 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101