Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Катушка Удина, использованная для медицинской электротерапии, 1907 г., и принципиальная схема ее цепи (слева) .

Oudin катушки , также называемый генератор Уден или Oudin резонатор , является резонансный трансформатор цепи , который генерирует очень высокое напряжение , высокочастотный переменный ток (AC) электроэнергии на низких текущих уровнях, [1] [2] [3] используется в устаревшей медицинская область электротерапии на рубеже 20-го века. [4] Это очень похоже на катушку Тесла , с той разницей, что катушка Оудина была подключена как автотрансформатор . [2] [5] Он был изобретен в 1893 году французским врачом Полем Мари Уденом [6] как модификация электротерапевтического оборудования врача Жака Арсена д'Арсонваля [7] [8] и использовался в шарлатанской медицине, вероятно, до 1930 года. Катушка была подключена к изолированному переносному электроду, который производил светящиеся щеточные разряды , которые прикладывались к телу пациента для лечения различных заболеваний с помощью электротерапии . [4]

Как это работает [ править ]

Катушки Оудина и Тесла представляют собой схемы двойного настроенного трансформатора с воздушным сердечником и искровым возбуждением, которые используют резонанс для генерации очень высоких напряжений при малых токах . [9] [10] Они производят переменный ток в радиочастотном (RF) диапазоне. Медицинские катушки начала 20 века создавали потенциалы от 50 000 до миллиона вольт на частотах в диапазоне от 200 кГц до 5 МГц. [4] первичная цепь катушки имеет Лейден банка конденсаторы (C) , которые в сочетании с первичной обмоткой катушки (L1) , Внестирезонансный контур (настроенный контур). [4] В медицинских катушках для безопасности обычно использовались два конденсатора, по одному с каждой стороны первичной цепи, чтобы полностью изолировать пациента от потенциально смертельного первичного тока низкой частоты. 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] (T) с потенциалом 2-15 кВ. Трансформатор многократно заряжает конденсаторы, которые затем разряжаются через искровой промежуток и первичную обмотку (подробное описание рабочего цикла в катушке Тесластатья также относится к катушке Oudin). 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 колебательный ток RF в первичной настроенной цепи, который индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке.

Вторичная обмотка (L2) , открыто накоротко, и соединено с выходными электрода устройства. В катушке Оудина одна сторона первичной обмотки (L1) заземлена, а другая сторона подключена ко вторичной, поэтому первичная и вторичная обмотки включены последовательно. Существовали две версии катушки Удена: [3] [11] [12]

Катушка Удина раннего типа, около 1904 года, с отдельными первичной и вторичной обмотками. На чертеже первичная обмотка (L1) - это маленькая горизонтальная катушка, видимая между лейденскими банками и большой вертикальной вторичной катушкой резонатора. Трансформатор (T), питающий цепь, не показан.
  • В более ранних схемах Удина две катушки были отдельными, без магнитной связи, с небольшой горизонтальной первичной катушкой «Д'Арсонваля» (L1) на 20-40 витков с отводом, подключенным к большому вертикальному вторичному «резонатору Удина» (L2) с много витков тонкого провода (400-600 в больших катушках, 100-300 в маленьких), [2] подключенных к высоковольтной клемме сверху. В этой цепи высокое напряжение было создано полностью за счет резонанса во вторичной катушке с высокой добротностью . Добавление «резонаторной» катушки к катушке «Д'Арсонваль» было вкладом Удена; остальная часть схемы была изобретена Жаком Д'Арсонваль . [3]
Более поздний тип с первичной и вторичной обмоткой той же формы для создания автотрансформатора. Первичная обмотка - это грубая обмотка внизу. На обоих изображениях искровой разрядник (SG) заключен в небольшую коробку (S) справа для уменьшения шума.
  • В более поздних схемах Удина катушки были магнитно связаны, образуя автотрансформатор , поэтому первичная обмотка индуцирует ЭДС во вторичной за счет электромагнитной индукции . Обе катушки обычно наматывались на одну и ту же катушку, причем первичная обмотка состояла из относительно небольшого числа витков тяжелого провода внизу с регулируемым отводом, соединенного со вторичной обмоткой, состоящей из множества витков тонкой проволоки. [3] Удин обнаружил, что эта схема вырабатывает более высокое напряжение из-за большого отношения витков трансформатора.

Хотя в нем нет конденсатора, вторичная обмотка также является резонансным контуром (электрическим резонатором ); паразитная емкость между концами вторичной обмоткой резонирует с большой индуктивностью вторичного при определенной резонансной частоте . Когда он возбуждается на этой частоте первичной обмоткой, во вторичной обмотке индуцируются большие колебательные напряжения. Число витков первичной обмотки и, следовательно, резонансная частота первичной обмотки, можно регулировать с помощью отвода.на катушке. Когда две настроенные схемы настроены так, чтобы резонировать на одной и той же частоте, большое отношение витков катушки, чему способствует высокая добротность настроенных схем, увеличивает первичное напряжение до сотен тысяч и миллионов вольт на вторичной.

Вторичная обмотка напрямую подключена к первичной цепи, по которой от силового трансформатора проходят смертельные токи низкой частоты 50/60 Гц напряжением в несколько тысяч вольт. Поскольку катушка Оудина была медицинским устройством, а вторичный ток подавался непосредственно на тело человека, в целях безопасности в цепи Оудина есть два конденсатора (C) , по одному в каждой ветви первичной обмотки, чтобы полностью изолировать катушку и выходной электрод от трансформатор питания на частоту сети. [13] Поскольку два идентичных конденсатора, соединенных последовательно, имеют половину емкости одного конденсатора, резонансная частота цепи Удина равна

Лечение методом эффлювии с использованием катушки Оудина, 1907. Изолированный электрод (В) , прикрепленный к верхней части катушки, направлен на колено. Пациент держит заземляющий электрод (А), прикрепленный к дну катушки. Обратите внимание на регулировочную катушку другой руки (D) врача .
Аппарат для электротерапии Oudin. Включает катушку Удина (справа сзади) , индукционную катушку, которая питает ее (в центре сзади) , силовую панель с ртутным прерывателем (слева сзади) и конденсаторный слой (на переднем плане)
Лечение рака цитолизом спиралью Оудина (слева от пациента) . Индукционная катушка и прерыватель, питающие катушку Удина, находятся за головой пациента.
Еще одна катушка Удина раннего типа

Используйте [ редактировать ]

Электроды, используемые для электротерапии. Все они прикрепляются к черной изолирующей ручке (45, внизу), которая соединена проводом с клеммой Oudin.
Вакуумный электрод.

Высоковольтный вывод катушки был прикреплен с помощью провода к ручным электродам различных типов, которые врач использовал для подачи высокого напряжения на тело пациента. Лечение не было болезненным для пациента, так как переменный ток в радиочастотах (РЧ) диапазон, выше 10 кЦа в частоте , как правило , не вызывает ощущение удара электрического тока. Катушка Оудина была «униполярным» генератором с заземленным нижним концом, поэтому иногда к пациенту прикладывали только один электрод, а обратный путь для токов проходил через землю. Однако обычно использовался заземляющий провод снизу катушки; прикреплен к заземляющему электроду, который держал пациент. Недостатком катушки Оудина было то, что движение электрода и провода во время использования изменяло емкость верхнего вывода вторичной катушки и, следовательно, ее резонансную частоту . [14] Это вывело вторичную катушку из резонанса с первичной, что привело к снижению напряжения. Таким образом, точку ответвления на первичной катушке приходилось постоянно регулировать во время использования, чтобы первичная и вторичная обмотки оставались в «настроении» (показано на левом изображении выше)..

Для подачи тока на различные части тела пациента использовались многие специализированные типы электродов. Обычно они делятся на два типа. Для применения кистевых выделений (так называемых « сточных вод»).") снаружи тела пациента использовались электроды, состоящие из одной или нескольких металлических точек на изолирующей рукоятке. Необходимо было соблюдать осторожность, чтобы держать их достаточно далеко от тела, чтобы предотвратить дугу на коже, которая может вызвать болезненные ощущения. Радиочастотные ожоги. Для подачи тока непосредственно на поверхность тела, а также на ткани внутри тела пациента через рот, прямую кишку или влагалище использовался «конденсирующий» электрод с вакуумной трубкой. Он представлял собой частично вакуумированную стеклянную трубку различного назначения. формы, с запаянным внутри электродом, прикрепленным к проводу высокого напряжения. Это создавало драматическое фиолетовое свечение при подаче напряжения. Стеклянная оболочка трубки образовывала конденсатор с телом пациента, через который должен был проходить ток, ограничивая его до безопасных значений .

Для подачи тока на все тело использовалась «конденсационная кушетка». Это была кровать или диван с металлической спинкой под матрасом, соединенной проводом с высоковольтным выводом. Металлические электроды для рук по бокам, за которые пациент держался во время лечения, служили «заземляющим» обратным путем и прикреплялись к нижней части катушки. Таким образом, кушетка образовывала конденсатор, в котором тело пациента служило одним электродом.

История [ править ]

В течение 1800-х годов эксперименты по применению электрического тока к человеческому телу переросли в область медицины викторианской эпохи, частично законную экспериментальную медицину и частично шарлатанскую медицину , называемую электротерапией . Открытие радиоволн по Герца в 1886 году и последующее развитие радио на Оливера Лоджа , Гульельмо Маркони вызвал интерес к радиочастотетоки и схемы для их генерации. «Высокочастотные» токи означают любую частоту выше звукового диапазона,> 20 кГц, и резонансные катушки, которые их генерируют, обычно называются «преобразователями колебаний». В 1890-х годах врачи начали экспериментировать с применением этих высоковольтных и высокочастотных токов к человеческому телу (этические стандарты в медицинской профессии тогда были более свободными, и врачи могли экспериментировать со своими пациентами). В 1890 году французский врач Жак Арсен д'Арсонваль основал область высокочастотной электротерапии, выполнив первые эксперименты с применением высокочастотных токов к человеческому телу. Он обнаружил, что токи выше 10 кГц не вызывают сокращения мышц и не активируют нервы, чтобы вызвать ощущение электрического шока.. В 1891 году в Америке инженер Никола Тесла независимо открыл то же самое. Использовались три типа аппаратов, разработанные тремя пионерами в этой области, Д'Арсонвалем, Теслой и Уденом, и вокруг них выросли отдельные группы клинической техники: [3] [4]

Аппарат Д'Арсонваля
Малая медицинская катушка Тесла. Катушка погружена в масло для обеспечения изоляции. В отличие от Удина, катушка Тесла биполярна.
  • Аппарат Д'Арсонваль - Д'Арсонваль сначала использовал высокочастотный генератор переменного тока , но это устройство не могло производить частоты выше 10 кГц. Для достижения более высоких частот он разработал схему, состоящую из одной настроенной схемы , состоящей из двух конденсаторов лейденской банки и небольшой катушки с относительно небольшим количеством витков тяжелого провода, от 10 до 30 витков, с индукционной катушкой и разрядникомвозбуждать колебания. Он напоминал схему Тесла без вторичной обмотки. Схема вырабатывала относительно низкое напряжение (возможно, 30 кВ), сильноточное электричество, называемое «токами Д'Арсонваля». Схема была «биполярной» с двумя проводами с противоположных концов катушки, подключенными к электродам в разных местах на теле пациента. Высокочастотные токи могут вызывать тепло в теле пациента, подобно работе микроволновой печи; это называлось Диатермия (Behary). Другие названия были также использованы такие как Thermo-Faradism и Thermo-Проникновение в зависимости от того, был ли он использован для лечения или для разрушительных эффектов в хирургии (Behary)
  • Резонатор Удена - французский врач Поль Мари Уден в 1893 году модифицировал схему Д'Арсонваля, добавив вторую большую «резонаторную» катушку, состоящую из множества витков тонкой проволоки, к отводу на маленькой катушке Д'Арсонваля. Регулируя точку ответвления, он мог привести вторую катушку в резонанс с настроенной схемой, генерируя более высокие напряжения при более низких токах, аналогично схеме Тесла. В ранних устройствах «резонатор Удина» две катушки были раздельными и не связаны магнитным полем. Позже Оудин обнаружил, что эффективность можно повысить за счет магнитного соединения 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 Тесла-Томсона - сербско-американский инженер Никола Тесла был пионером в области высоковольтных резонансных трансформаторов ВЧ. Он и Элиу Томсон экспериментировали с приложением высокого напряжения к своим телам. Хотя Тесла изобрел множество различных схем резонансного трансформатора, схема электротерапии, носящая его имя, была «биполярной» схемой, состоящей из настроенной первичной катушки с искровым возбуждением, состоящей из нескольких витков, окружающих центр симметричной биполярной вторичной катушки из множества витков тонкой проволоки. с выходными клеммами на каждом конце.

Аппарат Д'Арсонваля и Оудена стал популярным в Европе, а аппарат Тесла-Томпсона в основном использовался в Америке. В течение первых десятилетий 20-го века между этими лагерями существовало соперничество, и в медицинской литературе велись споры о том, лучше ли «токи Тесла» или «токи Удина» для различных условий. К 1920 году стало ясно, что токи очень похожи. Поскольку схемы были настолько похожи, медицинские поставщики продавали комбинированные «высокочастотные» устройства, которые можно было настроить для терапии Тесла, Д'Арсонваля или Удина, часто также в сочетании с рентгеновским излучением (рентген).

После того, как Удин объединил первичную и «резонаторную» катушки вместе в одной и той же форме, сделав их автотрансформатором с воздушным сердечником , единственное существенное различие между аппаратами Теслы и Удина состояло в том, что медицинская катушка Тесла была «биполярной», а катушка Удина - униполярный », с заземленным одним концом. Со временем значение терминов изменилось, пока (возможно, к 1920 г.) термин катушка Тесла не означал «биполярную» катушку; любая высоковольтная катушка с незаземленной сбалансированной вторичной обмоткой с двумя выходными клеммами, тогда как термин « катушка Оудина» означал «униполярную» катушку; любая катушка с заземленной вторичной обмоткой и одной выходной клеммой. [11]

Примерно в 30-е годы прошлого века ламповые генераторы заменили схемы с искровым возбуждением в высокочастотном медицинском оборудовании. На смену электротерапии пришла современная диатермия , а катушка Удена устарела. По иронии судьбы современные конструкции катушек Тесла униполярны, с одним высоковольтным выводом, поэтому их иногда называют катушками Удина. [11] [15]

См. Также [ править ]

  • Фиолетовая палочка

Ссылки [ править ]

  1. ^ Сильный, Фредерик Финч (1908). Токи высокой частоты . Компания Ребман. С.  41 .
  2. ^ a b c Кертис, Томас Стэнли (1916). Высокочастотный аппарат: его конструкция и практическое применение . Нью - Йорк:. Каждодневный Mechanics Co. Inc. С.  45 -47. Катушка Удина.
  3. ^ a b c d e Мартин, Джеймс М. (1912). Практическая электролечение и лучевая терапия . CV Мосби Co. стр.  187 -192. Катушка Удина.
  4. ^ a b c d e f Сильный, Фредерик Финч (1918). Основы современной электротерапии (2-е изд.). Нью - Йорк:. Rebman Co. С.  73 -75. Oudin.
  5. ↑ Хикман, Берт (30 ноября 2000 г.). «Re: Удин против катушек Тесла» . Список рассылки Tesla Coil . Сайт Чипа Аткинсона . Проверено 2 декабря 2014 года .
  6. ^ Manders, Гораций (1 августа 1902). «Некоторые явления токов высокой частоты» . Журнал физиотерапии . Лондон: John Bale, Sons, and Danielsson, Ltd. 3 (1): 226 . Проверено 2 декабря 2014 года .
  7. ^ Filingeri, V .; Gravante, G .; Кассиса, Д. (2005). «Физика радиочастоты в проктологии» (PDF) . Европейский обзор медицинских и фармакологических наук . 9 (6): 349 . Проверено 11 апреля 2015 года .
  8. ^ Эберхарт, Благородный Мюррей (1919). Рабочее руководство по токам высокой частоты (5-е изд.). Чикаго: New Medicine Publishing Co., стр.  40 . Резонатор Удина.
  9. ↑ Брюстер, Франк (июнь 1914 г.). "Аппарат для высокочастотного тока, глава 5: Высокочастотный трансформатор" . Современная электрика и магнетизм . Нью-Йорк: Modern Publishing Co. 28 (6): 762–764 . Проверено 2 декабря 2014 года .
  10. ^ Найду, MS; Камараджу, В. (2009). Техника высокого напряжения . Индия: Тата Макгроу-Хилл Образование. п. 170. ISBN 0070669287.
  11. ^ a b c d Бехари, Джефф (1 июля 2007 г.). "Re: Катушка Удина" . Список Tesla (список рассылки) . Проверено 10 апреля 2015 года .
  12. ^ Туси, Sinclair (1921). Медицинское электричество Рентгеновые лучи и радий, 3-е изд . WB Saunders Co., стр. 541, 548–550.
  13. ^ Manders, 1902, Некоторые явления токов высокой частоты , стр. 220-221
  14. ^ Manders, 1902, Некоторые явления токов высокой частоты , стр. 223
  15. ^ Скелтон, Кен. «Осциллятор Удена» . Общественное понимание науки . Кафедра физики и астрономии Univ. Глазго. Архивировано из оригинала на 4 апреля 2005 года . Проверено 10 апреля 2015 года .