Катушка Удина - Oudin coil

Катушка Удина, используемая для медицинской электротерапии, 1907 г., и принципиальная схема его схемы (оставили).

An Катушка Удина, также называемый Осциллятор Удина или же Резонатор Удина, это резонансный трансформатор схема, которая генерирует очень высокое напряжение, высокая частота переменный ток (AC) электричество на низком уровне Текущий уровни[1][2][3] используется в устаревшей медицине электротерапия на рубеже 20-го века.[4] Это очень похоже на Катушка Тесла, с той разницей, что катушка Удена была подключена как автотрансформатор.[2][5] Он был изобретен в 1893 году французским врачом. Поль Мари Уден[6] как модификация врача Жак Арсен д'Арсонваль электротерапевтическое оборудование[7][8] и используется в крякать медицина, возможно, до 1930 года. Выходной вывод высокого напряжения катушки был подключен к изолированному портативному устройству. электрод который произвел светящиеся кистевые выделения, которые наносились на тело пациента для лечения различных заболеваний в электротерапия.[4]

Как это устроено

Катушки Удина и Тесла имеют двойную настройку с воздушным сердечником с искровым возбуждением. трансформатор схемы, которые используют резонанс произвести очень высокое напряжение на низком уровне токи.[9][10] Они производят переменный ток в радиочастота (RF) диапазон. Медицинские катушки начала 20 века создавали потенциалы от 50 000 до миллиона вольт на частотах в диапазоне от 200 кГц до 5 МГц.[4] В начальный цепь катушки имеет лейденская банка конденсаторы (С) что в сочетании с первичная обмотка катушки (L1) делать резонансный контур (настроенная схема).[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. Первичный контур также имеет разрядник (SG) который действует как переключатель для возбуждения колебаний в первичной обмотке. Первичная цепь питается от трансформатора высокого напряжения или индукционная катушка[4] (Т) при потенциале 2 - 15 кВ. Трансформатор повторно заряжает конденсаторы, которые затем разряжаются через искровой промежуток и первичную обмотку (подробное описание рабочего цикла в Катушка Тесла статья 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.

В вторичная обмотка (L2) разомкнут и подключен к выходному электроду устройства. В катушке Удина одна сторона первичной обмотки (L1) заземлен, а другая сторона подключена к вторичной обмотке, поэтому первичная и вторичная обмотки включены последовательно. Было два варианта катушки Удина:[3][11][12]

Катушка Оудина раннего типа, около 1904 года, с отдельными первичной и вторичной обмотками. На чертеже первичный (L1) это небольшая горизонтальная катушка, видимая между лейденскими банками и большой вертикальной вторичной катушкой резонатора. Трансформатор (Т) который питает цепь, не показан.
  • В более ранних схемах Oudin две катушки были отдельными, без магнитной связи, с небольшой горизонтальной первичной катушкой "Д'Арсонваль". (L1) 20-40 витков с отводом, подключенным к большому вертикальному вторичному «резонатору Удина» (L2) с большим количеством витков тонкой проволоки (400-600 в больших катушках, 100-300 в маленьких),[2] подключен к высоковольтной клемме сверху. В этой цепи высокое напряжение было создано полностью за счет резонанса в высокий Q вторичная обмотка. Добавление «резонаторной» катушки к катушке «Д'Арсонваль» было вкладом Удена; остальная часть схемы была изобретена Жак Д'Арсонваль.[3]
Более поздний тип с первичной и вторичной обмоткой той же формы для создания автотрансформатора. Первица - это грубая обмотка внизу. На обеих картинках искровой разрядник (SG) заключен в небольшую коробку (S) справа, чтобы уменьшить шум.
  • В более поздних схемах Удина катушки были магнитно связаны, образуя автотрансформатор, поэтому первичная обмотка индуцирует ЭДС во вторичной за счет электромагнитная индукция. Обе катушки обычно были намотаны 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] Оудин обнаружил, что эта схема вырабатывает более высокие напряжения из-за большого отношения витков трансформатора.

Хотя он не включает конденсатор, вторичная обмотка также резонансный контур (электрические резонатор ); то паразитная емкость между концами вторичной обмотки резонирует с большим индуктивность вторичного в конкретном резонансная частота. Когда он возбуждается на этой частоте первичной обмоткой, во вторичной обмотке индуцируются большие колебательные напряжения. Количество витков в первичной обмотке и, следовательно, резонансная частота первичной обмотки, можно отрегулировать с помощью кран на катушке. Когда две настроенные схемы настроены так, чтобы резонировать на одной и той же частоте, большое отношение витков катушки, чему способствует высокий Q настроенных цепей, увеличивает первичное напряжение до сотен тысяч и миллионов вольт на вторичном.

Вторичная обмотка напрямую подключена к первичной цепи, которая несет смертоносные токи низкой частоты 50/60 Гц напряжением в тысячи вольт от силового трансформатора. Поскольку катушка Удина была медицинским устройством, а вторичный ток подавался непосредственно на тело человека, в целях безопасности в цепи Удина есть два конденсаторы (С)по одному на каждом плече первичной обмотки, чтобы полностью изолировать катушку и выходной электрод от питающего трансформатора на частоте сети.[13] Поскольку два идентичных конденсатора, соединенных последовательно, имеют половину емкости одного конденсатора, резонансная частота цепи Удина равна

Лечение эффлювиальным методом с использованием спирали Оудина, 1907 г. Изолированный электрод. (В), прикрепленная к вершине катушки, направлена ​​к колену. Пациент держит электрод заземления. (А) прикреплен к днищу катушки. Обратите внимание на другую руку врача (D) регулировочная катушка.
Аппарат для электротерапии Oudin. Включает катушку Oudin (правый задний), индукционная катушка, которая питает его (центральный задний), силовой щит с ртутным прерывателем (левый задний), и конденсирующий слой (передний план)
Лечение рака цитолизом спиралью Удина (слева от пациента). Индукционная катушка и прерыватель, питающие катушку Удина, находятся за головой пациента.
Еще одна катушка Удина раннего типа

Использовать

Электроды, используемые для электротерапии. Все прикрепить к черной изолирующей ручке (45, внизу) который подключен проводом к клемме Oudin.
Вакуумный электрод.

Высоковольтный вывод катушки был прикреплен с помощью провода к разным типам ручных электродов, которые врач использовал для подачи высокого напряжения на тело пациента. Лечение не было болезненным для пациента, так как переменный ток в радиочастота (RF) диапазон, выше 10 кГц в частота, обычно не вызывает ощущения поражение электрическим током. 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 резонансная частота.[14] Это привело к выходу вторичной катушки 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 «состоянии» (показано на левом изображении выше).

Для подачи тока на различные части тела пациента использовались многие специализированные типы электродов. Обычно они делятся на два типа. Применять кистевые выделения (называется "стоки") 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, подключенной проводом к высоковольтной клемме. Металлические электроды для рук по бокам, за которые пациент держался во время лечения, служили «заземляющим» обратным трактом и прикреплялись к нижней части катушки. Таким образом, кушетка образовывала конденсатор, в котором тело пациента служило одним электродом.

История

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 шарлатанское лекарство, называется электротерапия. Открытие радиоволны к Генрих Герц в 1886 г. и последующее развитие радио к Оливер Лодж, Гульельмо Маркони вызвал интерес к радиочастота токи и схемы для их генерации. «Высокочастотные» токи означают любую частоту выше звукового диапазона,> 20 кГц, а 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 г. 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 поражение электрическим током. В 1891 г. 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 корпуса 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'Арсонваля - Д'Арсонваль впервые использовал высокую частоту генератор, но это устройство не могло воспроизводить частоты выше 10 кГц. Для достижения более высоких частот он разработал схему, состоящую из одного настроенная схема, состоящий из двух лейденская банка конденсаторы и небольшая катушка из относительно небольшого количества, от 10 до 30 витков тяжелого провода, с индукционной катушкой и разрядник возбуждать 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 (Бехари). Также использовались другие имена, такие как Термофарадизм и Термопроницаемость в зависимости от того, использовался ли он для терапии или для разрушительного воздействия в хирургии (Бехари)
  • Резонатор Удина - французский врач Поль Мари Уден в 1893 г. 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 является пионером в области высоковольтных резонансных трансформаторов ВЧ. Он и Элиу Томсон экспериментировали с приложением высокого напряжения к их 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 Oudin объединил первичную и "резонаторную" катушки вместе в одной форме, сделав их воздушным сердечником автотрансформатор, единственное существенное различие между аппаратами Тесла и Удина состояло в том, что медицинская катушка Тесла была «биполярной», в то время как катушка Удина была «униполярной», с одним заземленным концом. Со временем значение терминов изменилось, пока (возможно, к 1920 г.) термин Катушка Тесла означало «биполярную» катушку; любая высоковольтная катушка с незаземленной сбалансированной вторичной обмоткой с двумя выходными клеммами, а термин Катушка Удина означало «униполярную» катушку; любая катушка с заземленной вторичной обмоткой и одной выходной клеммой.[11]

Примерно в 1930-е годы вакуумная труба генераторы заменил искровозбужденные цепи в высокочастотном медицинском оборудовании На смену электротерапии пришла современная диатермия, и катушка Удена устарела. По иронии судьбы, современные конструкции катушек Тесла являются униполярными, с одним высоковольтным выводом, поэтому их иногда называют катушками Удина.[11][15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Сильный, Фредерик Финч (1908). Токи высокой частоты. Компания Ребман. стр.41.
  2. ^ а б c Кертис, Томас Стэнли (1916). Высокочастотный аппарат: его конструкция и практическое применение. Нью-Йорк: Everyday Mechanics Co. Inc., стр.45 –47. Катушка Удина.
  3. ^ а б c d е Мартин, Джеймс М. (1912). Практическая электротерапия и рентгенотерапия. РЕЗЮМЕ. Mosby Co., стр.187 –192. Катушка Удина.
  4. ^ а б c d е ж Сильный, Фредерик Финч (1918). Основы современной электротерапии (2-е изд.). Нью-Йорк: Rebman Co., стр.73 –75. Oudin.
  5. ^ Хикман, Берт (30 ноября 2000 г.). «Re: Удин против катушек Тесла». Список рассылки Tesla Coil. Сайт Чипа Аткинсона. Получено 2 декабря, 2014.
  6. ^ Мандерс, Гораций (1 августа 1902 г.). «Некоторые явления токов высокой частоты». Журнал физиотерапии. Лондон: John Bale, Sons, and Danielsson, Ltd. 3 (1): 226. Получено 2 декабря, 2014.
  7. ^ Filingeri, V .; Gravante, G .; Кассиса, Д. (2005). «Физика радиочастоты в проктологии» (PDF). Европейский обзор медицинских и фармакологических наук. 9 (6): 349. Получено 11 апреля, 2015.
  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 магниты. Нью-Йорк: Modern Publishing Co. 28 (6): 762–764. Получено 2 декабря, 2014.
  10. ^ Naidu, M. S .; Камараджу, В. (2009). Техника высокого напряжения. Индия: Тата Макгроу-Хилл Образование. п. 170. ISBN  0070669287.
  11. ^ а б c d Бехари, Джефф (1 июля 2007 г.). "Re: Катушка Удина". Список Tesla (Список рассылки). Получено 10 апреля, 2015.
  12. ^ Тузи, Синклер (1921). Медицинское электричество Рентген-лучи и радий, 3-е изд.. W.B. Saunders Co., стр. 541, 548–550.
  13. ^ Мандерс, 1902 г., Некоторые явления токов высокой частоты, п. 220-221
  14. ^ Мандерс, 1902 г., Некоторые явления токов высокой частоты, п. 223
  15. ^ Скелтон, Кен. "Осциллятор Удена". Общественное понимание науки. Кафедра физики и астрономии Univ. Глазго. Архивировано из оригинал 4 апреля 2005 г.. Получено 10 апреля, 2015.