seam final tronaru

8/16/2019 Seam Final Tronaru

1/23

Sisteme de execu ie pentru aparatură medicalăț

~ Temă finală ~

Facultatea de Inginerie Medicala

Tronaru George Bogdan

Gr. 1443

Facultatea de Inginerie Medicala


2/23

Sisteme de executie pentru aparatura medicala

Cuprins

Cap1. Sistem de transmisie a energiei pentru o inima artificiala,folosind compensarea inductan ei de dispersie ațtransformatorului transcutanat;

Cap2. A) Variatiile inductantei mutuale in functie de intrefier side distanta de nealiniere (abaterea de coaxialitate;

Cap2. B) !tili"area feritelor in ca"ul sistemelor implantabile;

Cap3. Modelarea i simularea unei pompe sanguine dinșstructura unui sistem de asisten a a #entriculului st$ngț

Cap 1.

2


3/23

Sisteme de executie pentru aparatura medicala

Sistem de transmisie a energiei pentru o inima artificiala folosind

compensarea inductan ei de dispersie a transformatorului transcutanat ț

I. INTRODUCERE

%ispo"iti#ele electrice de asistenta circulatorie precum inima artificiala si asistenta#entriculara folosesc, in general, un motor de curent continuu fara perii pentru pompa& 'cesteaau ne#oie de )*+ - pentru a func iona si pot fi alimentate printr*un set de baterii portabile sițun con#ertor %C*%C&

In aceasta aplica ie, coeficientul de cupla. magnetic,ț ! , #aria"ă de la /, la /,0& 'cestlucru duce la uniformi"area din punct de #edere al ordinului de amplitudine a inductan elor dețdispersie, care sunt, de obicei, mai mari dec$t inductan a de magneti"are, iar o parte importantațdin curentul din primar #a trece prin inductan a de magneti"are&ț

II. Scheme propuse de transer transcutanat a! ener"#e#

1entru reali"area practica a transferului de energie prin transformatorul transcutanat esteesentiala o amplificare mare a tensiunii continue si un curent de circula ie redus este propusa oțmetoda de compensare a inductan elor de dispersie in primar si in secundar& In aceasta sc2ema, )țcondensatoare C si C) sunt adăugate in serie cu infasurarile transformatorului, cu scopul de acompensa reactan ele de dispersie pe ambele parti ale transformatorului&ț

3

Fig. 1. Circuitul simplifcat al

schemei

Fig. 2. Circuitul echivalent al


4/23

In Fig , sursa de tensiune dreptung2iulara, Vs, inductan a de magneti"are, 3m siținductan ele de dispersie, 3l si 3l) sunt #alorile ec2i#alente raportate la secundarulțtransformatorului& Caracteristicile amplificării in tensiune pentru #aria ia de frec#enta pot fi calculate prințaplicarea unei metode de aproximare& Sarcina, diodele redresoare si filtrul sunt modelate printr*ore"istenta ec2i#alenta simpla, 4e5, unde6

In Fig ),

unde " este o frec#enta de functionare a con#ertorului& Impedan ele 78, 79, 7: repre"intațimpedante in diferite puncte, asa cum se poate obser#a din Fig& )

%in Fig& ), amplificarea in tensiune este6

1entru un transformator transcutanat, ntrefierul poate #aria ntre < ) cm, nefiindconstant&


5/23

%atorită ntrefierului mare, inducti#ită=ile de dispersie sunt foarte mari, astfel nc$tcoeficientul de cupla. magnetic, ! > #m? #s @ /,0)&

Se consideră un con#ertor re"onant serie (con#ertor c&c& < c&c&, care utili"ea"ă re"onan=a pe partea secundarului ntruc$t partea secundară este mai compactă dec$t n ca"ul con#ertoruluire"onant paralel&

An acest mod, se pot compensa inducti#ită=ile de dispersie ale ambelor nfăBurări, prinnserierea condensatoarelor C Bi C)&Func=ia de transfer, (s, adică raportul tensiunilor de ieBire Bi de intrare, permite calculul

modulului acestei func=ii n raport cu frec#en=a&%eoarece coeficientul de cupla. magnetic #aria"ă n limite largi, este necesar să se

exprime $ n func=ie de frec#en=a n unită=i relati#e, #% f & f' de coeficientul de cupla., ! Bi defactorul de calitate6

4e"ulta expresia6

1entru condi=ii date ale parametrilor de circuit Bi limite de #aria=ie a curentului, se poatedetermina o frec#en=ă de func=ionare optimă, n condi=iile #erificării uneia dintre următoareleecua=ii, după cum urmea"ă6

Dbser#a=ie6 Se #erifică, prin ncercări, considerand pentru ( #alori din /, n /,,ndeplinirea uneia dintre rela=iile (+ < ( (pentru Earccos trebuie setat calculatorul n radiani&1entru #aloarea lui ( pentru care se #erifică cel mai bine egalită=ile mentionate, se poate calculafrec#en=a optimă nmul=ind #aloarea lui (optim cu f' > G/ H" (considerată ca frec#en=ă de

referin=ă&

%ate de intrare

H > /, /,/JKL;

!/ > V/ > )0 V;

!s > Vs > / KL NVO;


6/23

i/ > /, /,/JKL N'O;

3m > )/ /,0JKL NPO;

Factori de calitate6

Qmin > ; Qmax > ); pentru KL > 0Jn , n > /,,),+,0,,&Qmin > ); Qmax > 0; pentru KL > 0Jn ), n > /,,),+,0,,&

Qmin > 0; Qmax > G; pentru KL > 0Jn +, n > /,,),+,0,&

Qmin > G; Qmax > ; pentru KL > 0Jn 0, n > /,,),+,0,&

Corespun"ător fiecărei #alori a lui Q, din rela=ia ( re"ultă c$te o #aloare a 4ec2&

Cerin=e ale etapei 6 ob=inerea #alorilor inducti#ită=ilor de dispersie, a condensatoarelor C Bi C)Bi a frec#en=ei optime, precum Bi a #aria=iilor (R,H (rela=ia () pentru Qmin Bi Qmax&

%date initiale

N=19; %Numarul de la catalog

Qmin=4;

Qmax=8;

k=0.15+0.01*N

U0=4; NVOU!="0+N NVOi0=0.5+0.05*N N'O#m=$0+0.4*N*10&$'" [μH](0=80*10&) ,-

omega0=*i*(0

%calculul inducti/itatilor de di!er!ie

#l1=$$1'kk*#m %nductantele de di!er!ie #l1 !i #l !e

re!uun a (i acelea!i

%cand raortul de tran!(ormare a

tran!(ormatorului e!te unitar

#l=#l1 %2re!uunem identice con(iguratiile mie,ului

rimarului !i !ecundarului3

%inductantele rimarului !i !ecundarului au

aceea!i /aloare #!

%calculul conducti/itatilor

1=1$omega0&*#l1 m-

=1$omega0&*#l m-

6e7min=omega0*$#l1+#lQmin -6e7max=omega0*$#l1+#lQmax -

%calculul /alorii ale lui !i alegerea lui otim

(or niu=0:0.1:0.5

a = niu'$$i0*i4

end

(or niu=0.5:0.1:1.0

u0=$1k*$U0U!;


7/23

a=$i*i0$*niu;

= niu'i$*i'aco!$$u0*$1'a+1$a'1'u0+aco!$$u0*$a'

1+1$a'1+u0

end

(or niu=1:0.1:

u0=$1k*$U0U!;

a=$i*i0$*niu;

c = niu' $iaco!$$u0*$1+a+1$a+1+u0+aco!$$1'u0*$a+1

$a+1'u0

end

,=0.<

(otim=,*(0 ,-

%in re"ultatele obtinute se gaseste cea mai apropiata #aloare de /, adica cea mai mica eroare&erra >*&+GG*U/erra >*&/+GG*U/&erra >*/&+GG*U/&)erra >*/&G+GG*U/&+erra >*/&W+GG*U/&0erra > */&+GG*U/&

errb > */&)/ *U/&errb >*/&/ *U /&err$% &'(.(* '+ (.,

errb >/&/0 *U /&Gerrb > /&WW *U/&errb >/&+/ *U&/

errc >*/&G/errc > */&WW)errc >*/&G+errc >*/&0errc > *&/+0/errc >*&+errc >*&GGerrc > *&)Werrc > *&++errc > *&+Gerrc > *&0+/

In ca"ul meu, #aloarea cea mai mica este pentru niu>/&W


8/23

4eali"area graficului

#>/6/&6); min>&?(s5rt(((*H&?H&L(*(&?#&X)&X)(Qmin&L(#*&?#&L((*H&?()&LH&L(*&?#&X)&X); max>&?(s5rt(((*H&?H&L(*(&?#&X)&X)(Qmax&L(#*&?#&L((*H&?()&LH&L(*&?#&X)&X); plot (#,min, xlabel(Y#Y 2old on plot (#,max, YgY


9/23

Graficul functiei de transfer in funtie de factorii de calitate )min si )max *4 respecti+ ,-. Se

oser+a din grafic ca in functie de )min a+em o +aloare +arf pe grafic la /'., niu pe cand la

)max a+em un o scadere destul de rusca intre '.0'.,.


10/23

Cap 2a

ariatiile inductantei mutuale in functie de intrefier si de distanta de

nealiniere *aaterea de

coaxialitate-

Scop-

%eterminarea in Matlab a caracteristicii inductanta mutuala functie de distanta de nealiniere&

artea teortet#ca

!n transformator este un dispo"iti# construit din două sau mai multe bobine, una dintre

ele alimentată n curent alternati# ce induce o tensiune alternati#ă n cealaltă bobină& %acă a doua bobină este conectată la osarcină, puterea sursei de tensiune a primei bobine este cuplatăelectromagnetic la sarcina celei de a doua Inductan=a mutuală repre"intă situa=ia n care fluxurile magnetice a două sau a mai multe bobine sunt cuplate ntre ele, astfel nc$t există o tensiune indusă ntr*una dintre bobine direct propor=ională cu rata de#aria=ie a curentului n cealaltă&

%aca doua infasurari strabatute de curent electric sunt aduse una in #ecinatatea celeilalte,astfel incat sa existe un cupla. magnetic intre cele doua campuri, in ce*a de a doua infasurare se#a genera o tensiune electrica& 'cest efect se numeste inductanta mutuala6 aplicarea unei tensiuniasupra unei infasurari induce o tensiune in cealalta&

Inductanta mutuala pentru bobinele cu spira, poate fi determinata cu urmatoarea relatie6

Mi.*Inductanta mutuala

%*distanta intre centreZ(a?[(a < integrale eliptice\/*permeabilitatea relati#a in #id?aer (\r *permeabilitatea relati#a a mediului]

In figura urmatoare se poate compara fluxul magnetic intre o bobina con#entionala cumie" de aer si o bobina cu structura de circuit magnetic in bucla inc2isa&


11/23

artea pract#ca

%eterminarea caracteristicii Mi.>f(% a#and #alori intre / si / mm

N=19;

ri=10+0.1*N %mm-

r=1)+0.1*N %mm-

%a >eterminarea caracteri!ticii ?i = ($>

(or i=1:10

>$i=i;

al(a=*!7rt$ri*r$$ri+r&+>$i&

@$i3A$i-=ellike$al(a;

n$i=$*4*i$*10&$'10al(a*!7rt$ri*r*$$1'al(a&*@$i'A$i

end

>=1:1:10;

(igure$13 lot$>3n 3 xlael B>B3 Clael BnB3title Baracteri!tica ?i=D$>B


12/23

utem oser+a cum inductanta mutuala scade in functie de distanta dintre oine

*distanta creste inductanta scade-

b 1entru un diametru(d de mm, sa se repre"inte #ariatia inducti#itatii mutual Mfx infunctie de distanta (%

N=19;

ri=$10+0.1*N;%mm-

r=$1)+0.1*N;%mm-

(or i=1:10

d=5 %mm-

>1$i=i

rm$i=$4*ri*$r+>1$i$$ri+r+>1$i.&+d&

@1$i3A1$i-=ellike$rm$i

g$i=$$$rm$i'rm$i*@1$i'rm$i*A1$i

m$i=$4*i$*10&$'10*ri*r$!7rt$ri*$r+>1$i*g$i

end


13/23

delta=1:1:10;

(igure$3lot$delta3m3 xlael BdeltaB3 Clael BmB3title B/ariatia

inducti/itatii mutuale ?(!=D$deltaB

In grafic este repre5entata caracteristica inductantei mutual in functie de distanta de descentrare

*nealiniere- distanta ia +alori de la '1' mm oser+anduse o scadere a inducti+itatii mutual

cand distanta de descentrare creste.

c 1entru distanta (%>/, sa se efectue"e calculele succesi# pentru un diametru cuprins intre si /mm& Sa se repre"inte #ariatia inducti#itatii mutual Mfx in functie de diametru&N=19;

ri=$10+0.1*N;%mm-

r=$1)+0.1*N;%mm-

d=5*10&');

(or i=5:10

d=5; %mm-

>1$i=i;


14/23

rm$i=$4*ri*$r+>1$i$$ri+r+>1$i.&+d&

@1$i3A1$i-=ellike$rm$i;

g$i=$$$rm$i'rm$i*@1$i'rm$i*A1$i

m$i=$4*i$*10&$'10*ri*r$!7rt$ri*$r+>1$i*g$i;

end

delta=1:1:10;

(igure$3lot$delta3m3 xlael BdeltaB3 Clael BmB3title B/ariatia

inducti/itatii mutuale ?(!=D$deltaB

In graficul de mai sus am considerat distanta de descentrare 6%' si am +ariat distanta intre

oine intrefierul de la 7 la 1'. Sa conostatat ca inductanta mutual scade odata cu cresterea

distantei dintre oine.


15/23

Cap 2

8tili5area feritelor in ca5ul sistemelor implantaile

artea teoretica

Feritele sunt caracteri"ate prin pierderi foarte mici n fier la fre#en=e nalte Bi prin for=ecoerciti#e moderate& TotuBi, induc=ia magnetică de satura=ie este considerată mai redusă c2iardec$t 1ermallo^ G/& Feritele sunt alcătuite din alia.e de oxid de fier combinate cu alte metale, ca"inc sau magne"iu& Materialul este reali"at dintr*o pudră fină cu un oxid i"olant, care este

modelat Bi sinteti"at la presiune mare& 1re"en=a oxi"ilor măreBte re"isti#itatea feritelor la un ni#elmai mare dec$t alte materiale magnetice& %eci, pierderile prin curen=i turbionari sunt foartescă"ute&

1entru alegerea conductorului trebuie a#ut in a#edere pierderile, care trebuie sa fie catmai mici, diametrul are o infuenta foarte mare asupra acestui lucru&

artea practica

1entru calcularea perderilor in mie" se foloseste urmatoarea calculatie6

1mie">Z pL_acnLf m

Z p* coeficientul pierderilor in mie"

_ac*#aloarea de #arf a inductiei magnetice de current alternati#e

f * frec#enta de functionare

m,n < coeficientii pentru _ac respecti#e f

Trebuia sa calculam frec#enta optima de functionare, in ca"ul meu foptim>niuoptimLf/,unde niuoptim>/&W iar f/> G/L/X+>///& Selectam din graficul urmator inter#alul defrec#enta, pentru H", ca"ul meu, este /*//H"&


16/23

Cerinte

a& %iametrul conductoruluì (/&/mm b& 1ierderile de putere pentru frec#enta optima

N=19; %numarul de la catalog

(=5"000; %,-

Eac=0.; %F-

niu0=4*i*10&$'=*delta %m-

%a!tre, con!tanta (rec/enta de 100@,

E1=000*10&$'4; %F-

E=1000*10&$'4; %F-

21=4*10&*10&$'); %Gcm&)-

2=


17/23

%a!tre, con!tanta /aloarea inductiei E=000Hau!!=0. F

(1=100000; %,-

(=50000; %,-

2)=4*10&*10&$'); %Gcm&)-

24=1.40*10&*10&$'); %Gcm&)-

m=$log$2)'log$24$log$(1'log$(

@=21$E1&n*(1&m

2mie,=@*Eac&n*(&m

Cap 3


18/23

Modelarea i simularea unei pompe sanguine din structura unui sistemș

de asisten a a +entriculului st9ng ț

%escrierea sistemului S'VS Ko#acor este reali"at pe ba"a unei pompe sanguine pulsatile& pre"intă principalele componente ale pompei si func iile lor in timpul unui ciclu de func ionare&ț țCiclul incepe cu umplerea pompei cu s$nge in timp ce electro#al#a este desc2isă (solenoidul estenealimentat& 3a inceputul pompării, electro#al#a se inc2ide rapid, de#iind arcurile in plăcutele pistoanelor pompei si exercit$nd o for ă pe suprafa a, de sus si .os, a sangelui din pompa& 3aț țsfar itul e.ec iei, pre"entată in, după ce resortul a eliberat o mare parte din energia stocată iș ț șre#ine la po"i ia ini ială, electro#al#ei i se opre te alimentarea (se desc2ide, iar pompa esteț ț șliberă să se umple cu s$nge pentru următorul ciclu de pompare&

D sc2emă electrică ec2i#alentă a pompei a fost creată pentru a facilita anali"a sistemului&

Scopul acestui model este să preconi"e"e presiunea din pompa, , pentru un #olum al pompeiinstantaneu,V, ba"at pe parametrii modelului matematic& 4ela iile presiune*#olum, 1(V,țrepre"ent$nd rigiditatea pompei au fost stabilite prin analogie cu un condensator cu o capacitate

#ariabilă in timp, (t &

Cer#nte


19/23

%Fema )

N=19;

6!0=0.0"+0.001*N;

#!0=0.01+0.001*N;

/ad=0.+0.004*N;

omegan=!7rt$1#!0*/ad;

,eta=6!0*omegan*#!0;

Num=omegan&- ;

>en=1 *,eta*omegan omegan&-;

A=t($Num3>en;

I=1:1:1000-;

(igure3ode$A3I;

Num=/ad 0-;

>en=0 6!0*/ad #!0*/ad+1-;

D=t($Num3>en

(igure3ode$D3I;

NCV'%O>ml?mmg


20/23

N4s/O>mmgLs?ml

N3s/O>mmgLs?ml

NomeganO>?sX)

NxiO>s


21/23

3a intrare a#em o presiune de /mmg iar iesirea este presiunea pompei in absenta efectelormecanice ale fluidelor&


22/23


23/23

Conclu"ii6

3a primul punct s*a obtinut un factor de amorti"are >/&)NsO, iar pulsatia proprieѠn>&G Ns)O;

In cel de*al doilea grafic este repre"entat raspunsul in timp al functiei de transfer (s sise poate obser#a o tentinta oscilatorie cu o amplitudine maxima de //mmg, urmata deo aplitudine minima de aproximati# 0/ mmg;

In graficul de la punctul patru este repre"entat raspunsul in timp al functiei de transfer(s si se poate obser#a ca aplitudinea maxima este de aproximati# /mmg, cutendinta de oscilare, aplitudinea minima a.ungand la o #aloare de aproximati# */mmg;

seam final tronaru

Documents