Катушка Удина
Катушка Удена , также называемая генератором Удена или резонатором Удена , представляет собой схему резонансного трансформатора , которая генерирует (AC) очень высокого напряжения и высокой частоты электричество переменного тока при низких тока . уровнях [1] [2] [3] использовался в устаревших формах электротерапии на рубеже 20-го века. [4] Она очень похожа на катушку Теслы , с той разницей, что катушка Удина была подключена как автотрансформатор . [2] [5] Его изобрел в 1893 году французский врач Поль Мари Уден. [6] как модификация врача Жака Арсена д'Арсонваля . электротерапевтического оборудования [7] [8] и использовалась в медицинской диатермической терапии, а также в шарлатанской медицине , возможно, до 1940 года. Выходная клемма высокого напряжения катушки была подключена к изолированному портативному электроду , который производил светящиеся щеточные разряды , которые применялись к телу пациента для лечения различных заболеваний при электротерапии. . [4]
Как это работает
[ редактировать ]с воздушным сердечником с искровым возбуждением и двойной настройкой Катушки Удина и Теслы представляют собой трансформаторные схемы , которые используют резонанс для генерации очень высоких напряжений при малых токах . [9] [10] Они производят переменный ток в радиочастотном (РЧ) диапазоне. Медицинские катушки начала 20-го века создавали потенциалы от 50 000 до миллиона вольт на частотах от 200 кГц до 5 МГц. [4] Первичная образуют цепь катушки содержит Лейденской банки конденсаторы (С), которые в сочетании с первичной обмоткой катушки (L1) резонансный контур (настроенный контур). [4] В медицинских катушках в целях безопасности обычно использовались два конденсатора, по одному на каждой стороне первичной цепи, чтобы полностью изолировать пациента от потенциально смертельного низкочастотного первичного тока. Первичная цепь также имеет искровой разрядник (SG) , который действует как переключатель для возбуждения колебаний в первичной обмотке. Первичная цепь питается от высоковольтного трансформатора или индукционной катушки. [4] (Т) при потенциале 2 – 15 кВ. Трансформатор многократно заряжает конденсаторы, которые затем разряжаются через искровой промежуток и первичную обмотку (подробное описание рабочего цикла в статье об катушке Тесла относится и к катушке Удена). Этот цикл повторяется много раз в секунду. Во время каждой искры заряд быстро перемещается вперед и назад между пластинами конденсатора через первичную катушку, создавая затухающий радиочастотный колебательный ток в первичной настроенной цепи, который индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке.
Вторичная обмотка (L2) разомкнута и подключена к выходному электроду устройства. В катушке Удина одна сторона первичной обмотки (L1) заземлена, а другая сторона подключена к вторичной обмотке, поэтому первичная и вторичная обмотки соединены последовательно. Существовало две версии катушки Удина: [3] [11] [12]
- В более ранних схемах Удена две катушки были отдельными, не связанными магнитно, с небольшой горизонтальной первичной катушкой «Д'Арсонваля» (L1) на 20-40 витков с отводом, соединенным с большим вертикальным вторичным «резонатором Удена» (L2) с много витков тонкой проволоки (400 – 600 в больших бухтах, 100 – 300 в маленьких), [2] подключен к клемме высокого напряжения сверху. В этой схеме высокое напряжение генерировалось полностью за счет собственного резонанса во вторичной обмотке с высокой добротностью . Добавление катушки «резонатора» к катушке «Д'Арсонваля» было вкладом Удена; остальная часть схемы была изобретена Жаком Д'Арсонвалем . [3]
- В более поздних схемах Удена катушки были магнитно связаны, образуя автотрансформатор , поэтому первичная обмотка индуцирует ЭДС во вторичной обмотке за счет электромагнитной индукции . Обе катушки обычно наматывались по одной и той же форме, причем первичная обмотка состояла из относительно небольшого количества витков толстого провода внизу с регулируемым отводом, соединенным со вторичной обмоткой, состоящей из множества витков тонкой проволоки. [3] Уден обнаружил, что эта схема выдает более высокое напряжение из-за большого коэффициента трансформации трансформатора.
не содержит конденсатора, Хотя вторичная обмотка она также представляет собой резонансный контур (электрический резонатор ); паразитная емкость между концами вторичной обмотки резонирует с большой индуктивностью вторичной обмотки на определенной резонансной частоте . Когда он возбуждается на этой частоте первичной обмоткой, во вторичной обмотке индуцируются большие колебательные напряжения. Число витков первичной обмотки и, следовательно, резонансную частоту первичной обмотки можно было регулировать с помощью отвода катушки. Когда две настроенные цепи настроены так, чтобы резонировать на одной и той же частоте, большой коэффициент витков катушки, чему способствует высокая добротность настроенных цепей, увеличивает первичное напряжение до сотен тысяч или миллионов вольт во вторичной обмотке.
Вторичная обмотка напрямую подключена к первичной цепи, по которой от силового трансформатора проходят смертоносные низкочастотные токи частотой 50/60 Гц и напряжением в тысячи вольт. Поскольку катушка Удена была медицинским устройством, в котором вторичный ток подавался непосредственно на тело человека, в целях безопасности схема Удена имеет два конденсатора (С) , по одному в каждой ножке первичной обмотки, чтобы полностью изолировать катушку и выходной электрод от питающий трансформатор на частоте сети. [13] Поскольку два одинаковых конденсатора, соединенных последовательно, имеют емкость вдвое меньшую, чем одиночный конденсатор, резонансная частота контура Удена равна
Использовать
[ редактировать ]
Вывод высокого напряжения катушки был прикреплен проводом к различным типам ручных электродов, которые врач использовал для подачи высокого напряжения на тело пациента. Лечение не было болезненным для пациента, поскольку переменный ток в радиочастотном (РЧ) диапазоне с частотой выше 10 кГц обычно не вызывает ощущения поражения электрическим током . Катушка Удена представляла собой «униполярный» генератор с заземленным нижним концом катушки, поэтому иногда к пациенту прикладывался только один электрод, а обратный путь токов проходил через землю. Однако обычно использовался заземляющий провод снизу катушки; прикреплен к заземляющему электроду, который держал пациент. Недостатком катушки Удена было то, что движение электрода и провода во время использования изменяло емкость верхнего вывода вторичной катушки и, следовательно, ее резонансную частоту . [14] Это привело к выходу вторичной обмотки из резонанса с первичной, что привело к снижению напряжения. Таким образом, точку отвода первичной катушки приходилось постоянно регулировать во время использования, чтобы первичная и вторичная обмотки были «настроены» (как показано на левом изображении выше) .
Для подачи тока к различным частям тела пациента использовалось множество специализированных типов электродов. Обычно они делятся на два типа. Для нанесения кистевых разрядов (так называемых « выбросов ») на внешнюю поверхность тела пациента использовались электроды, состоящие из одной или нескольких металлических точек на изолирующей ручке. Необходимо было позаботиться о том, чтобы держать их достаточно далеко от тела, чтобы предотвратить возникновение непрерывной дуги на коже, которая могла бы вызвать болезненные радиочастотные ожоги. Для подачи тока непосредственно на поверхность тела, а также к тканям внутри тела пациента через рот, прямую кишку или влагалище использовался вакуумный трубчатый «конденсирующий» электрод. Он представлял собой частично вакуумированную стеклянную трубку различной формы с запечатанным внутри электродом, прикрепленную к проводу высокого напряжения. При подаче питания это вызывало драматическое фиолетовое свечение. Стеклянная оболочка трубки образовывала с телом пациента конденсатор, через который должен был проходить ток, ограничивая его безопасными значениями.
Для подачи тока на все тело использовалась «конденсационная кушетка». Это была кровать или кушетка с металлической спинкой под матрасом, соединенная проводом с клеммой высокого напряжения. Металлические электроды-подставки по бокам, за которые пациент держался во время лечения, служили «заземляющим» обратным путем и крепились к нижней части катушки. Таким образом, кушетка образовывала конденсатор, а тело пациента служило одним электродом.
История
[ редактировать ]В 1800-х годах эксперименты по применению электрического тока к человеческому телу превратились в медицинскую область викторианской эпохи , отчасти законную экспериментальную медицину, отчасти шарлатанскую медицину , называемую электротерапией , в которой токи применялись для лечения многих заболеваний. Открытие радиоволн Генрихом Герцем в 1886 году и последующее развитие радио Оливером Лоджем , Гульельмо Маркони вызвали интерес к радиочастотным токам и схемам для их генерации. Под «высокочастотными» токами подразумевалась любая частота выше звукового диапазона, > 20 кГц, а генерирующие их резонансные катушки обычно назывались «трансформаторами колебаний». В 1890-х годах врачи начали экспериментировать с применением этих токов высокого напряжения и высокой частоты к человеческому телу (этические стандарты в медицинской профессии тогда были более мягкими, и врачи могли экспериментировать на своих пациентах). В 1890 году французский врач Жак Арсен д'Арсонваль основал область высокочастотной электротерапии, проведя первые эксперименты с применением токов высокой частоты к человеческому телу. Он обнаружил, что токи частотой выше 10 кГц не вызывают сокращения мышц и не активируют нервы, вызывая ощущение поражение электрическим током , так что к пациенту можно было подавать чрезвычайно высокое напряжение без дискомфорта. В 1891 году в Америке инженер Никола Тесла то же самое самостоятельно открыл . Использовались три типа аппаратов, разработанные тремя пионерами в этой области: Д'Арсонвалем, Теслой и Уденом, и вокруг них выросли отдельные корпуса клинической техники: [3] [4]
- Аппарат Д'Арсонваля - Д'Арсонваль впервые применил высокочастотный генератор переменного тока , но это устройство не могло производить частоты выше 10 кГц. Для достижения более высоких частот он разработал схему (см. иллюстрацию) , состоящую из одной настроенной схемы , состоящей из двух конденсаторов лейденской банки и небольшой катушки из относительно небольшого количества, от 10 до 30 витков толстого провода, с индукционной катушкой и искровым разрядником для возбуждения. колебания. Это напоминало схему Теслы без вторичной обмотки. Схема производила относительно низкое напряжение (около 30 кВ) и сильноточное электричество, называемое «токами Д'Арсонваля». Схема была «биполярной»: два провода с противоположных концов катушки подключались к электродам в разных местах тела пациента. Токи высокой частоты могут вызывать нагревание тела пациента, подобно работе микроволновой печи; это называлось диатермией (Бехари). Также использовались другие названия, такие как термофарадизм и термопроникновение, в зависимости от того, использовался ли он для терапии или для разрушительного воздействия в хирургии (Бехари).
- Резонатор Удена - французский врач Поль Мари Уден в 1893 году модифицировал схему Д'Арсонваля, добавив вторую большую катушку «резонатора», сделанную из множества витков тонкой проволоки, к отводу маленькой катушки Д'Арсонваля. Регулируя точку отвода, он мог привести вторую катушку в резонанс с настроенной цепью, генерируя более высокие напряжения при меньших токах, аналогично схеме Теслы. В ранних аппаратах «резонатор Удена» две катушки разделены и не связаны магнитно. Позже Уден обнаружил, что эффективность можно повысить за счет магнитной связи катушек, сделав маленькую катушку первичной обмоткой для большой катушки. [11] Резонатор Удена генерировал электричество очень высокого напряжения и слабого тока. Это была «униполярная» схема с одним заземленным концом и одной выходной клеммой.
- Аппарат Теслы-Томсона - сербско-американский инженер Никола Тесла был пионером в области высоковольтных радиочастотных резонансных трансформаторов, изобретая цепь катушки Теслы в 1891 году. Он и Элиху Томсон экспериментировали с подачей высокого напряжения на свои тела. Хотя Тесла изобрел множество различных схем резонансных трансформаторов, схема электротерапии, носящая его имя, представляла собой «биполярную» схему, состоящую из настроенной первичной катушки с искровым возбуждением из нескольких витков, окружающей центр симметричной биполярной вторичной катушки из многих витков тонкой проволоки. с выходными клеммами на каждом конце.
Аппараты Д'Арсонваля и Удена стали популярны в Европе, а аппарат Теслы-Томпсона преимущественно использовался в Америке. В течение первых десятилетий 20-го века между этими лагерями существовало соперничество, и в медицинской литературе обсуждались споры о том, что лучше для различных условий: «токи Теслы» или «токи Удена». К 1920 году стало понятно, что течения очень похожи. Поскольку схемы были очень похожими, поставщики медицинских услуг продавали комбинированные «высокочастотные» устройства, которые можно было настроить для терапии Тесла, Дарсонваля или Удена, часто также в сочетании с рентгеновскими лучами (рентгеновскими лучами).
После того, как Уден объединил первичную катушку и «резонаторную» катушку в одной форме, превратив их в автотрансформатор с воздушным сердечником , единственной существенной разницей между аппаратами Теслы и Удена было то, что медицинская катушка Теслы была «биполярной», а катушка Удена — «биполярной». однополярный», с заземленным одним концом. Со временем значение терминов изменилось, пока (возможно, к 1920 году) термин « катушка Теслы» не означал «биполярную» катушку; любая катушка высокого напряжения с незаземленной сбалансированной вторичной обмоткой с двумя выходными клеммами, тогда как термин « катушка Удена» означал «униполярную» катушку; любая катушка с заземленной вторичной обмоткой и одной выходной клеммой. [11]
Примерно в 1930-х годах ламповые генераторы заменили цепи искрового возбуждения в высокочастотном медицинском оборудовании. Область электротерапии была заменена современной областью диатермии , а катушка Удина устарела. По иронии судьбы современные конструкции катушек Теслы униполярны, с одной клеммой высокого напряжения, поэтому их иногда называют катушками Удина. [11] [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стронг, Фредерик Финч (1908). Токи высокой частоты . Компания Ребман. п. 41.
- ^ Jump up to: а б с Кертис, Томас Стэнли (1916). Высокочастотная аппаратура: ее конструкция и практическое применение . Нью-Йорк: Everyday Mechanics Co. Inc., стр. 45–47 .
Катушка Удина.
- ^ Jump up to: а б с д и Мартин, Джеймс М. (1912). Практическая электротерапия и рентгенотерапия . CV Mosby Co., стр. 187–192 .
Катушка Удина.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Стронг, Фредерик Финч (1918). Основы современной электротерапии (2-е изд.). Нью-Йорк: Rebman Co., стр. 73–75 .
Удин.
- ^ Хикман, Берт (30 ноября 2000 г.). «Re: Катушки Удина против Теслы» . Список рассылки катушек Тесла . Сайт Чипа Аткинсона . Проверено 2 декабря 2014 г.
- ^ Мандерс, Гораций (1 августа 1902 г.). «Некоторые явления токов высокой частоты» . Журнал физической терапии . 3 (1). Лондон: Джон Бэйл, Сыновья и Дэниэлссон, Лтд.: 226 . Проверено 2 декабря 2014 г.
- ^ Филингери, В.; Граванте, Г.; Кассиса, Д. (2005). «Физика радиочастот в проктологии» (PDF) . Европейский обзор медицинских и фармакологических наук . 9 (6): 349 . Проверено 11 апреля 2015 г.
- ^ Эберхарт, Ноубл Мюррей (1919). Рабочее руководство по токам высокой частоты (5-е изд.). Чикаго: Издательство New Medicine Publishing Co., стр. 40 .
Резонатор Удина.
- ^ Брюстер, Фрэнк (июнь 1914 г.). «Аппарат высокочастотного тока. Глава 5: Высокочастотный трансформатор» . Современная электрика и магнетика . 28 (6). Нью-Йорк: Modern Publishing Co.: 762–764 . Проверено 2 декабря 2014 г.
- ^ Найду, М.С.; Камараджу, В. (2009). Техника высокого напряжения . Индия: Образование Таты МакГроу-Хилл. п. 170. ИСБН 978-0070669284 .
- ^ Jump up to: а б с д Бехари, Джефф (1 июля 2007 г.). «Re: Катушка Удина» . Список Tesla (список рассылки) . Проверено 10 апреля 2015 г.
- ^ Таузи, Синклер (1921). Медицинское электричество, Рентгеновские лучи и радий, 3-е изд . WB Saunders Co., стр. 541, 548–550.
- ^ Мандерс, 1902, Некоторые явления токов высокой частоты , с. 220-221
- ^ Мандерс, 1902, Некоторые явления токов высокой частоты , с. 223
- ^ Скелтон, Кен. «Осциллятор Удина» . Общественное понимание науки . Кафедра физики и астрономии, Univ. Глазго. Архивировано из оригинала 4 апреля 2005 года . Проверено 10 апреля 2015 г.
