CC BY
48
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
1976
Том 221
ДАТЧИК-МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ИНОРОДНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ТКАНЯХ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА
Д. к. АВДЕЕВА, И. Г. ЛЕЩЕНКО
(Представлена на\чно-техническим семинаром кафедры информационно-
измерительной техники)
В [1, 2, 3, 4] описаны металлоискатели, предназначенные для обнаружения инородных металлических тел в тканях живого организма. Задача точного определения местоположения инородных металлических включений в тканях живого организма, особенно в процессе хирургических операций, а также проблема повышения чувствительности датчи-ка-металлоискателя сохранила свою актуальность до настоящего времени. В [5] сообщаются результаты исследований чувствительности накладного токовихревого датчика к телам, попадание в организм которых является наиболее вероятным (стальные иглы, дробинки, пули и т. д.). Выбрана оптимальная геометрия катушки с сердечником и без него, получена максимальная чувствительность датчика к обнаруживаемым предметам. На основании применения датчика с оптимальными параметрами был разработан прибор «Металлоискатель токовихревой медицинский — МИТМ-1», который получил практическое применение в хирургических клиниках.
В данной работе сообщаются результаты экспериментальных исследований датчиков новой конструкции, которые имеют высокую точ-! ность определения местоположения инородного металлического тела и сохраняют при этом достаточно большую чувствительность и дальность действия. В обычном датчике, представляющем однослойную катушку с ферритовым сердечником, увеличение точности определения местоположения инородного металлического тела, связанное с уменьшением диаметра датчика, приводит к уменьшению дальности действия датчи-ка-металлоискателя.
Конструкция предлагаемого датчика представлена на рис. 1,а.
Датчик-металлоискатель представляет собой две коаксиальные, равные по длине, катушки I и II с совмещенными торцами, установленными таким образом, что витки внутренней катушки 1 непосредственно укладываются на ферритовый сердечник III, длина которого значительно больше диаметра. Наружная катушка II располагается над внутренней, образуя кольцевой воздушный зазор. Катушки включаются последовательно согласно в контур высокочастотного генератора.
Осевые характеристики датчиков определяются зависимостями относительной чувствительности датчиков —1 (AL — абсолютное изменено
ние индуктивности датчика при внесении металлического гйара в его поле вдоль оси датчика, Ь0 — начальная индуктивность датчика) от расстояния I (мм) между торцом датчика и шаром. Эксперименты проводились с помощью измерителя емкостей и индуктивностей Е 12-1.
Рис. 1
В качестве примера на рис. 1 изображены некоторые характерные зависимости чувствительности датчиков к медным шарам диаметром 5 мм (рис. 1,а) и 10 мм (рис. 1,6), геометрические размеры которых представлены в табл. 1. 78
На основании проведенных исследований (рис. 1 а, б) был сделан вывод, что датчик 3 имеет большую чувствительность как к малым, так и большим металлическим телам по сравнению с датчиком 1, имеющим одинаковый диаметр сердечника и несколько меньшую чувствительность к большим телам по сравнению с датчиком 2.
Таблица 1
№ пп. Диаметр сердечника Ос (мм) Диаметр внутренней катушки £>! (мм) Диаметр наружной катушки Б2 (мм) Длина внутренней и наружной катушек 1х = /2 (мм) Кол-во катушек Включение катушек
1 2,8 — 4 10 1 —
2 10 — 12 10 1 —
3 2,8 4 12 10 о последов, согласно
4 10 12 30 10 2 последов, согласно
С целью выявления локальности обнаружения датчиком металлических тел различных размеров проведены исследования диаграмм направленности датчиков. На рис. 2 приведен пример для трех датчиков применительно к медному шару диаметром 5 мм, расположенному на
Рис , 2
расстоянии 5 мм от торца датчика. В данном случае датчик 3 имеет лучшую направленность, чем датчик 2. В данном эксперименте диаграммы получены при смещении медного шара относительно оси симметрии датчика по радиусу через каждый миллиметр.
С целью определения оптимальных геометрических параметров датчиков с последовательно согласно включенными обмотками на рис. 3 и 4 а, б приведены результаты экспериментальных исследований
с датчиком 4. На рис. 3 изображены диаграммы направленности при различных диаметрах наружной катушки (Ь2) при постоянной длине внутренней (/1) и наружной (/2) катушки, равной 10 мм. Как видно из рис. 3, наиболее узкую диаграмму направленности имеет датчик с диаметром внешней катушки 30 мм. Диаграмма направленности 6 пока-
Рис. 3
;;ывает роль внутренней катушки и получена для датчика с наружным диаметром 30 мм при отсутствии внутренней катушки. Результаты исследований показывают, что благодаря наличию катушки 1 происходит перераспределение поля у торца датчика, вследствие чего увеличивается локальность датчика и повышается чувствительность его к малым инородным металлическим телам.
На рис. 4 представлены диаграммы направленности датчика и зависимости чувствительности его при данном расстоянии (й) между торцом датчика и шаром от длины внутренней и наружной катушек для оптимального диаметра внешней катушки, равного 30 мм. Наиболее узкую диаграмму направленности имеет датчик с Ь = мм, при
этом (рис. 4,6) чувствительность датчика мало отличается от максимальной. Смещение торцов катушек датчика относительно друг друга приводит к понижению чувствительности и расширению диаграмы направленности.
На основании полученных оптимальных геометрических размеров датчиков с последовательно согласно включенными обмотками на фер-ритовом сердечнике сконструирован универсальный металлоискатель, имеющий узкую диаграмму направленности и достаточно высокую чувствительность как к малым, так и большим металлическим телам, находящимся в тканях живого организма. В результате этого в процессе хирургических операций не будет возникать необходимость в смене датчиков и в дополнительной настройке аппаратуры. Кроме того, увеличение точности определения местоположения обнаруживаемого предмета значительно уменьшает степень травмирования тканей при опера-
циях по удалению инородных металлических тел из тканей живого организма.
12 44 16 19 20 22 24 26 29 30
Рис. 4 ЛИТЕРАТУРА
1. Р. Д. М и р о ш н и ч е н к о, А. Н. Головин. Авторское свидетельство № 103504. Бюллетень «Изобретения, промышленные образцы и товарные знаки», 8, 1956.
2. А. И. Д е р к а ч, А. Г. Л а б у р г, И. В. Филиппов. Авторское свидетельство № 65664. Бюллетень «Изобретения, ¡промышленные образцы и товарные знаки», 1, 1946.
3. А. И. Портнягин, В. Н. Шукетов, В. П. Л еман, Авторское свидетельство № 186081. Бюллетень «Изобретения, промышленные образцы и товарные знаки» 18, 1966.
4. Р. И. Я н у с и др. Авторское свидетельство № 200114. Бюллетень «Изобретения, промышленные образцы и товарные знаки», 16, 4967.
5. Д. К. А в д е е в а, И. Г. Л е щ е н к о, В. К. Жуков, Ю. К. Земляков. То-ковихревые датчики и прибор для обнаружения инородных металлических предметов в тканях живого организма. Сб. докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Современные методы и средства контроля материалов и изделий без разрушения», 18—20 ноября 1970, г. Минск.
0. Заказ 2609.
