ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК A61B17/22 B22D29/00 B02C19/18 

Изобретение относится к импульсной технике, конкретно к гидроимпульсным устройствам, и предназначено для использования в различных технологических процессах в машиностроении, особенно в медицине - для разрушения почечных камней.

Известно электрогидроимпульсное устройство, содержащее заполненную жидкостью разрядную камеру и электроды -разрядники [1].

Наиболее близким по технической сущности является известное гидроимпульсное устройство, содержащее заполненную жидкостью камеру для инициирования ударных волн, имеющую оптическую ось и фокус, источник света в виде по меньшей мере одного импульсного лазера, последовательно соединенного через световод с фокусирующей системой, фокус которой совмещен с фокусом отражателя [2].

Недостатком известного устройства является его недостаточная эффективность работы.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет качественного формирования фронта ударных волн.

Для этого импульсное устройство, содержащее заполненную жидкостью камеру, выполненную в форме отражателя, имеющую оптическую ось и фокус, источник света в виде по меньшей мере одного импульсного лазера, последовательно соединенного через световод с фокусирующей системой, фокус которой совмещен с фокусом отражателя, лазер снабжен делителем светового потока, выходы которого через световоды связаны с фокусирующими системами.

Другим отличием является то, что оси фокусирующих систем расположены в различных плоскостях, проходящих через ось камеры, которая выполнена замкнутой, и выходное отверстие камеры закрыто мембраной, при этом камера снабжена патрубками с запорными кранами.

На фиг. 1 изображено импульсное устройство; на фиг. 2 - камера (продольный разрез); на фиг. 3 - 2-й вариант камеры; на фиг. 4 - 3-й вариант камеры; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 2.

Импульсное устройство состоит из камеры 1 для инициирования ударных волн, оснащенной фокусирующей системой (линзой) 2, к которой примыкает градиентный световод 3, присоединенный к выходной части лазера 4. Камера 1 заполнена водой или иной жидкостью 5, для подачи и удаления которой предусмотрены патрубки 6 и 7 с запорными кранами 8 и 9.

В варианте, показанном на фиг. 1, камера 1 выполнена замкнутой, на фиг. 2 и 3 - открытой, на фиг. 4 - выходное отверстие 10 закрыто съемной мембраной 11.

При наличии нескольких световодов и соответственно фокусирующих систем 2 последние размещаются в различных плоскостях, проходящих через оптическую ось 12 (фиг. 5). В случае камеры 1 эллипсоидной формы она обладает двумя фокусами 13 и 14, камера параболоидной формы - одним фокусом 15. Лучи ударных волн обозначены позицией 16, лучи света, фокусируемые системой 2, - позицией 17, обрабатываемое изделие - позицией 18.

Работа импульсного устройства основана на светогидравлическом эффекте 3, заключающемся в возникновении гидравлического ударного импульса при поглощении внутри жидкости светового луча квантового генератора.

Устройство работает следующим образом.

Заполняют камеру 1 жидкостью 5 (в случае применения замкнутой камеры - фиг. 1 и 4) и прикладывают к поверхности обрабатываемого изделия либо камеру 1 прикладывают к поверхности обрабатываемого изделия (в случае открытой камеры - фиг. 2 и 3) и непрерывно подают в камеру 1 жидкость 5 ,организовано удаляя ее по мере вытекания из камеры. От импульсного лазера 4 (квантового генератора) по световоду 3 подают на фокусирующую систему 2 импульсы светового потока большой мощности. Фокусирующая система 2 концентрирует в фокусе 13 камеры 1 энергию светового потока, при этом в жидкости 5 возникают гидравлические ударные импульсы. В зоне концентрации возникают микровзрывы, давление здесь доходит до 2000 000 атмосфер (2•10⁵ МПа). Из фокуса 13 распространяются сферические ударные волны, лучи 16 которых отражаются от поверхности эллипсоидной камеры 1 (фиг. 1, 2 и 4) и в силу оптических свойств эллипсоида проходят через фокус 14, вновь отражаются, проходят через фокусы 13 и т.д., все более приближаясь к оптической оси 12 камеры 1, пока наконец не выйдут через отверстие 10 непосредственно либо через мембрану 11.

При параболоидной форме камеры 1 (фиг. 3) лучи 16, распространившись из фокуса 15, отражаются от поверхности камеры 1 и параллельным потоком выходят через открытый конец камеры 1 либо также через мембрану (не показано).

По выходу из камеры 1 ударные волны (лучи 16) воздействуют на объект обработки 18, например, проходят через мягкие ткани тела и, встречаясь с почечными камнями, разрушают их.

Лазер, применяемый в устройстве, должен быть обязательно импульсным. При лазере, излучающем непрерывно, гидравлические ударные импульсы не возникают, кроме как в момент включения лазера.

В случае применения чрезмерно мощного лазера, создающего световой поток чрезмерно высокой плотности энергии, гидравлические ударные импульсы будут возникать не в фокусе 13 (или 15), а не доходя до него, что ухудшает формирование фронта ударных волн, и, следовательно, снижает эффект использования устройства (по законам нелинейной оптики при высокой плотности энергии светового потока жидкость становится непрозрачной для лучей этого потока).

В силу этого для повышения эффективности устройства целесообразно устройство оснащать несколькими световодами, (фиг. 5) и световой поток мощного лазера распределять между ними (с помощью делителей потока), либо световоды присоединятся к самостоятельным менее мощным импульсным лазерам. Эта мера обеспечивает концентрацию энергии именно в фокусе камеры.

Источники информации
1. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Амитан Г.Л., Байсупов И.А., Барон Ю.М. и др./Под общ. ред. В.А.Волосатова. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1988, с. 719, табл. 6.14 на с. 484.

2. EP, заявка 0192833, кл. A 61 B 17/22, 1986.

Импульсное устройство относится к импульсной технике, а именно к гидроимпульсным устройствам, и предназначено для использования в технологических процессах в машиностроении и в медицине - для разрушения почечных камней. От импульсного лазера, снабженного делителем светового потока, к фокусирующим системам по световодам идут импульсы светового потока. От фокусирующих систем поток подается в заполненную жидкостью камеру, выполненную в форме отражателя, которая может быть замкнутой, открытой или с выходным отверстием, закрытым съемочной мембраной. Камера содержит оптическую ось, фокус, совпадающий с фокусом фокусирующих систем, оси которых расположены в различных плоскостях, проходящих через ось камеры, и патрубки с запорными кранами. Данная конструкция устройства позволяет обеспечить качественное формирование фронта ударных волн. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

\ \\1 1. Импульсное устройство, содержащее заполненную жидкостью камеру, выполненную в форме отражателя, имеющую оптическую ось и фокус, источник света в виде по меньшей мере одного импульсного лазера, последовательно соединенного через световод с фокусирующей системой, фокус которого совмещен с фокусом отражателя, отличающееся тем, что лазер снабжен делителем светового потока, выходы которого через световоды связаны с фокусирующими системами. \\\2 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оси фиксирующих систем расположены в различных плоскостях, проходящих через ось камеры. \\\2 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера выполнена замкнутой. \\\2 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходное отверстие камеры закрыто мембраной. \\\2 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера снабжена патрубками с запорными кранами.