МЕДИЦИНСКИЙ ОТСАСЫВАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК A61M1/00 

Описание патента на изобретение RU2157248C1

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к отсасывателям, используемым, например, в хирургии, гинекологии, физиолечении для отсасывания жидкостей из полостей органов.

Известен отсасыватель, содержащий последовательно соединенные задатчик разрежения, контактный прибор, реле времени, электродвигатель, вакуум-насос, ресивер, сосуд для сбора жидкости, а также датчик разрежения, связывающий выход вакуум-насоса со вторым входом контактного прибора.

Недостатком устройства является большая амплитуда пульсаций величины разрежения в режиме стабилизации малых заданных величин, что снижает функциональные возможности и, кроме того, обуславливает использование значительных по объему ресиверов для сглаживания вышеуказанных пульсаций, приводящих к увеличению габаритов отсасывателя. Указанные пульсации обусловлены релейным характером регулирования разрежения, осуществляемым контактным прибором. При этом электродвигатель все время включается на полное напряжение и отключается от него, что приводит к большим броскам тока. Последнее обуславливает значительные пульсации движущего момента электродвигателя, которые приводят к динамическим ударам и к быстрому износу движущихся частей вакуум-насоса и механической передачи, соединяющей выходной вал электродвигателя с входом вакуум-насоса. Отсюда следует, что следующими недостатками известного устройства являются пониженный ресурс работы и повышенный уровень шума. Кроме того, указанные выше броски тока вызывают дополнительный нагрев электродвигателя, что приводит к необходимости использования электродвигателя повышенной мощности с большими массой и габаритами.

Изобретение направлено на уменьшение амплитуды пульсаций величины разрежения и расширение функциональных возможностей, увеличение ресурса работы и уменьшение уровня шума, уменьшение габаритов и массы.

Это достигается тем, что в отсасыватель, содержащий последовательно соединенные электродвигатель, вакуум-насос, ресивер, магистраль для подключения емкости для сбора жидкости, а также задатчик разрежения и датчик разрежения, вход которого соединен с выходом вакуум-насоса, введены регулятор разрежения, функциональный преобразователь, сумматор, широтно-импульсный преобразователь, усилитель мощности, датчик тока и активный фильтр, причем первый вход регулятора разрежения соединен с выходом задатчика разрежения, второй вход регулятора разрежения соединен с выходом датчика разрежения, третий вход регулятора разрежения соединен с выходом функционального преобразователя, выход регулятора разрежения соединен с входом функционального преобразователя и с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом широтно-импульсного преобразователя, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности подсоединен к электродвигателю, вход датчика тока подключен к цепи питания усилителя мощности, а выход датчика тока соединен с входом активного фильтра, выход которого подсоединен ко второму входу сумматора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого отсасывателя; на фиг. 2 - формы тока в обмотке электродвигателя и в цепи питания усилителя мощности; на фиг. 3 - функциональная зависимость напряжения на выходе активного фильтра от тока двигателя; на фиг. 4 - фиг. 7 - осциллограммы зависимостей разрежения отсасывателя и тока электродвигателя от времени, показывающие эффективность заявляемых решений.

Устройство содержит задатчик 1 разрежения, регулятор 2 разрежения, функциональный преобразователь 3, сумматор 4, широтно-импульсный преобразователь 5, усилитель 6 мощности, электродвигатель 7, вакуум-насос 8, ресивер 9, магистраль 10 для подключения емкости для сбора жидкости, датчик 11 разрежения, датчик 12 тока, активный фильтр 13.

Устройство работает следующим образом. Сигнал задания разрежения подается с выхода задатчика 1 разрежения в виде напряжения постоянного тока на первый вход регулятора 2 разрежения. На второй вход регулятора 2 разрежения подается сигнал с датчика 11 разрежения о разрежении, создаваемом вакуум-насосом 8. Регулятор 2 разрежения представляет собой пропорционально-интегральный регулятор с первым суммирующим входом, со вторым вычитающим входом и третьим входом, позволяющим включать и выключать интегральную составляющую регулятора. Регулятор 2 может быть реализован, например, на операционном усилителе с суммирующим и вычитающим входами, охваченным отрицательной обратной связью на RC-цепочке. Если сигнал с датчика 11 разрежения меньше сигнала с задатчика 1 разрежения, то на выходе регулятора 2 разрежения появляется напряжение, которое через сумматор 4 передается на широтно-импульсный модулятор 5 и уже в виде широтно-импульсного сигнала поступает на усилитель 6 мощности. Сигнал на выходе усилителя 6 мощности приводит в движение электродвигатель 7. Вакуум-насос 8 начинает создавать разрежение в ресивере 9 и в магистрали 10 для подключения емкости для сбора жидкости. На выходе датчика 11 разрежения, а значит и на втором входе регулятора 2 сигнал начинает увеличиваться, что приводит к уменьшению сигнала на выходе регулятора 2 разрежения а, значит, в конечном счете, и скорости вращения вала двигателя, что приводит к снижению производительности вакуум-насоса 8. Процесс продолжается до тех пор, пока сигнал с датчика 11 разрежения не сравняется с сигналом задатчика 1 разрежения. При этом на выходе пропорционально-интегрального регулятора 2 разрежения установится напряжение, величина которого определяется скоростью отсоса жидкости. Так, если трубка, идущая от пациента в емкость для сбора жидкости, полностью перекрыта, то вышеупомянутое напряжение равно нулю. Если имеется какой-то расход, то есть жидкость отсасывается, то напряжение на выходе регулятора 2 разрежения установится таким, чтобы поддерживать этот расход. Но в обоих рассматриваемых случаях в установившемся режиме сигналы с выхода задатчика 1 разрежения и датчика 11 разрежения будут равны. Если в результате воздействия какого-либо дестабилизирующего фактора (изменение напряжения питания, попадание сгустка в трубку, идущую от пациента в емкость для сбора жидкости) разрежение изменится, например, увеличится, то увеличится сигнал с датчика 11 разрежения и уменьшится сигнал на выходе регулятора 2 разрежения. В результате электродвигатель 7 будет вращаться с меньшей скоростью, а вакуум-насос 8 будет выдавать меньшую величину разрежения. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока сигналы с задатчика 1 разрежения и датчика 11 разрежения не выравняются.

Отсасыватель представляет собой динамическую систему, параметры которой меняются в зависимости от заполнения емкости для сбора жидкости и величины разрежения, создаваемого вакуум-насосом 8. Для получения переходных процессов практически без перерегулирования во всем диапазоне изменения вышеуказанных параметров введен функциональный преобразователь 3. Он может быть реализован, например, на диоде, подключенном катодом к третьему входу регулятора 2 разрежения, а анодом через делитель напряжения к выходу регулятора 2 разрежения. При больших сигналах рассогласования между сигналом задатчика 1 разрежения и датчиком 11 разрежения, то есть при больших сигналах на выходе регулятора 2 разрежения, функциональный преобразователь 3 шунтирует интегральную составляющую регулятора, который работает как пропорциональный регулятор. При малых сигналах рассогласования функциональный преобразователь 3 включает интегральную составляющую регулятора 2 разрежения, которая начинает работать с нулевых начальных условий, без накопленного сигнала при работе на больших рассогласованиях. Поэтому перерегулирование в переходных процессах практически отсутствует. В то же время в установившемся режиме интегральная составляющая регулятора 2 разрежения позволяет получать высокую точность поддержания заданной величины разрежения.

При регулировании величины разрежения в широких пределах в нижней части диапазона регулирования, двигатель должен вращаться с очень малой скоростью, часто останавливаясь, затем, вновь трогаясь, чтобы поддерживать на выходе вакуум-насоса 8 малую величину заданного разрежения. Как и большинство механизмов, вакуум-насос (с механическим редуктором при необходимости) имеет трение покоя больше, чем трение движения. Для преодоления трения покоя регулятору 2 разрежения необходимо накопить большее напряжение, чем то, которое необходимо для дальнейшего движения. Поэтому в процессе отсасывания могут возникать пульсации разрежения, обусловленные вышеуказанным характером трения. Для снижения амплитуды этих пульсаций введены датчик 12 тока и активный фильтр 13. С выхода датчика 12 тока снимается сигнал, пропорциональный току, протекающему по цепи питания усилителя 6 мощности в виде широтно-модулированного напряжения, скважность которого определяется широтно-импульсным модулятором 5, а амплитуда - током электродвигателя 7. Активный фильтр 13 выделяет среднее значение широтно-модулированного сигнала, идущего с датчика 12 тока.

На фиг. 2а представлена зависимость тока Iдв в обмотке электродвигателя 7 от времени при широтно-импульсном управлении. В интервале t1-t2 на обмотку электродвигателя 7 подается импульс напряжения, и ток Iдв растет. В интервале t2-t3 характер изменения тока определяет ЭДС самоиндукции обмотки электродвигателя 7 и ток Iдв падает. Среднее значение тока Iдвср определяет его движущий момент. На фиг. 2б изображена форма тока, протекающего по цепи питания усилителя 6 мощности, который протекает через датчик 12 тока. Среднее значение тока Iдтср, протекающего через датчик 12 тока, будет меньше среднего значения тока Iдвср электродвигателя 7, и только при подаче полного напряжения на электродвигатель эти значения будут равны. Таким образом, сигнал на выходе активного фильтра 13, пропорциональный среднему значению тока Iдвср, протекающего через датчик 12 тока, является нелинейной функцией среднего значения тока электродвигателя. Вид этой функции представлен на фиг. 3, где обозначено: U и Umax - соответственно текущее и максимальное значения напряжения на выходе активного фильтра 13; Iдвср - среднее значение тока, протекающего по обмотке электродвигателя; Iдвном - номинальное значение тока электродвигателя. Для сравнения на фиг. 3 пунктирной линией показана зависимость сигнала на выходе активного фильтра 13 от тока электродвигателя, если бы датчик 12 тока был включен непосредственно в обмотку электродвигателя. Таким образом датчик 12 тока и активный фильтр 13 образуют нелинейную обратную связь по току, которая работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени электродвигатель 7 неподвижен, а с регулятора 2 разрежения через сумматор 4, широтно-импульсный преобразователь 5 на усилитель 6 мощности подается небольшой электрический сигнал. При этом по обмоткам электродвигателя 7, подключенного к усилителю 6 мощности, протекает ток, создающий движущий момент, который не может преодолеть момент трения покоя. По цепи положительной обратной связи, образуемой датчиком 12 тока и активным фильтром 13, на второй вход сумматора 4 подается сигнал, пропорциональный среднему значению тока в усилителе 6 мощности. Это приводит к увеличению сигнала на выходе сумматора 4, широтно-импульсного преобразователя 5 и, в конечном счете, к увеличению тока электродвигателя 7. Процесс продолжается до тех пор, пока ток электродвигателя 7 не вырастет до величины, которая создаст движущий момент, способный преодолеть момент трения покоя. Электродвигатель 7 начнет вращаться и действующий на него момент нагрузки, обусловленный моментом трения движения, уменьшится. Уменьшится и ток электродвигателя 7, а значит и ток в нулевой шине усилителя 6 мощности. Сигнал, приходящий на второй вход сумматора 4, тоже уменьшится, что приведет к уменьшению сигнала на выходе сумматора 4 и, в конечном счете, к уменьшению тока электродвигателя 7. Нелинейный характер зависимости сигнала на выходе активного фильтра 13 от тока электродвигателя 7 позволяет с наибольшей эффективностью осуществить переход электродвигателя 7 от режима покоя к режиму движения, так как сигнал положительной обратной связи резко возрастает при увеличении момента трения в покое и резко уменьшается при уменьшении момента трения в движении. Таким образом, введение нелинейной положительной обратной связи, образованной датчиком 12 тока и активным фильтром 13, обуславливает плавное движение с малой скоростью, без скачков при переходе электродвигателя 7 от режима покоя к режиму движения.

На фиг. 4 и фиг. 6 изображены осциллограммы выхода на режим стабилизации заданного разрежения 10 кПа (Р) и изменения при этом тока (I) электродвигателя 7 при диаметре всасывающей трубки 7 мм и 0,7 мм соответственно отсасывателя, построенного по принципам, изложенным в АС СССР N 483115. На фиг. 5, фиг. 7 изображены осциллограммы P(t) и I(t) при выходе на тот же режим стабилизации заявляемого устройства при диаметре всасывающей трубки соответственно 7 мм и 0,7 мм. Из осциллограмм видно, что величина пульсаций разрежения и тока электродвигателя у заявляемого устройства значительно ниже, что подтверждает эффективность работы и преимущества заявляемого устройства.

Источник информации
Авторское свидетельство СССР N 483115, кл. A 61 M 1/00.

Похожие патенты RU2157248C1

название год авторы номер документа
Аспиратор медицинский портативный 2021
  • Мамджян Гарегин Григорьевич
  • Павлов Александр Викторович
  • Касаткина Елена Алексеевна
  • Тюрин Илья Романович
RU2777251C1
ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 2007
  • Гончаров Александр Сергеевич
  • Кузнецов Эрнст Георгиевич
  • Миронов Сергей Михайлович
  • Романов Василий Васильевич
RU2366069C1
БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА 2006
  • Гончаров Александр Сергеевич
  • Кузнецов Эрнст Георгиевич
  • Миронов Сергей Михайлович
  • Романов Василий Васильевич
RU2331963C1
МЕДИЦИНСКИЙ ОТСАСЫВАТЕЛЬ 2003
  • Гончаров А.С.
  • Кузнецов Э.Г.
  • Миронов С.М.
RU2245166C1
СЛЕДЯЩИЙ РУЛЕВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 2009
  • Булатов Александр Валентинович
  • Гончаров Александр Сергеевич
  • Романов Василий Васильевич
  • Миронов Сергей Михайлович
  • Попов Антон Игоревич
RU2399017C1
Реверсивный асинхронный электропривод 1988
  • Дмитриев Владимир Николаевич
  • Иванов Владимир Михайлович
  • Кислицин Анатолий Леонидович
  • Марага Сергей Михайлович
SU1539951A1
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 2008
  • Александров Евгений Васильевич
  • Александров Никита Евгеньевич
  • Лагун Вячеслав Владимирович
  • Климов Геннадий Георгиевич
RU2401502C2
Аспиратор портативный 2023
  • Антипова Юлия Олеговна
  • Рыбальченко Ирина Ефимовна
  • Чупраков Алексей Сергеевич
  • Маров Игорь Анатольевич
RU2813050C1
Вентильный электродвигатель 1989
  • Микеров Александр Геннадьевич
  • Яковлев Александр Владимирович
  • Яковлев Андрей Михайлович
SU1767638A1
ОДНОФАЗНЫЙ АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР 2015
  • Бортник Денис Валерьевич
  • Орлов Александр Игоревич
RU2670961C9

Иллюстрации к изобретению RU 2 157 248 C1

Реферат патента 2000 года МЕДИЦИНСКИЙ ОТСАСЫВАТЕЛЬ

Изобретение используется в медицине для отсасывания жидкостей из полостей органов. Согласно изобретению в отсасыватель введены регулятор разрежения, функциональный преобразователь, сумматор, широтно-импульсный преобразователь, усилитель мощности, датчик тока и активный фильтр. Сигнал с задатчика разрежения поступает на пропорционально-интегральный регулятор разрежения, охваченный через функциональный преобразователь нелинейной обратной связью. Сигнал с выхода регулятора подается на сумматор, на другой вход которого подается сигнал коррекции в виде положительной нелинейной обратной связи по току, реализуемой датчиком тока и активным фильтром. Сигнал с выхода сумматора преобразуется широтно-импульсным преобразователем, усиливается усилителем мощности и подается на электродвигатель, приводящий в действие вакуум-насос. Отрицательная обратная связь по разрежению реализуется датчиком разрежения, выход которого связан с другим входом регулятора разрежения. Построение схемы устройства обеспечивает снижение амплитуды пульсаций разрежения. 7 ил.

Формула изобретения RU 2 157 248 C1

Медицинский отсасыватель, содержащий задатчик разрежения, датчик разрежения, а также последовательно соединенные электродвигатель, вакуум-насос, ресивер, магистраль для подключения емкости для сбора жидкости, причем вход датчика разрежения соединен с выходом вакуум-насоса, отличающийся тем, что в него введены регулятор разрежения, функциональный преобразователь, сумматор, широтно-импульсный преобразователь, усилитель мощности, датчик тока и активный фильтр, причем первый вход регулятора разрежения подключен к выходу задатчика разрежения, второй - к выходу датчика разрежения, третий - к выходу функционального преобразователя, а выход - к входу функционального преобразователя и первому входу сумматора, выход сумматора подключен к входу широтно-импульсного преобразователя, выход которого подключен к входу усилителя мощности, выход усилителя мощности подключен к электродвигателю, вход датчика тока подключен к цепи питания усилителя мощности, а выход - к входу активного фильтра, а выход фильтра ко второму входу сумматора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2157248C1

Переносной отсасывающий аппарат 1973
  • Семенов Виктор Николаевич
  • Бурханов Альберт Мазгарович
  • Ремнев Юрий Алексеевич
SU483115A1

RU 2 157 248 C1

Авторы

Гончаров А.С.

Миронов С.М.

Кузнецов Э.Г.

Дмитриев О.А.

Даты

2000-10-10Публикация

1999-06-01Подача