Дополнение к методическим указаниям к лабораторной работе по курсу “Основы взаимодействия физических полей с биообъектом” Ч II. (Всякое)

Дополнение к методическим указаниям к лабораторной работе по курсу “Основы взаимодействия физических полей с биообъектом” Ч II.

Экспериментальное исследование пространственного распределения магнитного поля

Одним из основных каналов взаимодействия электромагнитных полей (ЭМП) с живыми системами является взаимодействие с вихревыми токами, индуцируемыми в биообъекте. Необходимо отметить, что магнитная составляющая ЭМП также порождает вихревые электрические токи в биологических тканях. Характерные размеры тела человека позволяют рассматривать действие электрической и магнитной составляющей раздельно. Отсюда вытекает необходимость оценки плотности индуцируемых токов, обусловленных магнитной составляющей с учетом схемы подключения индукторов (попарно встречно).

Для оценки Е имеется следующее соотношение:

, (1)

где E- поток индукции магнитного поля; ; ; ; ; - элемент контура в полярных координатах , тогда получаем:

(2)

или

(3)

Электрическое поле вызывает в сегменте конечности круговой ток плотностью :

(4)

Учитывая, что расчет напряженности магнитного поля для данной конфигурации воздействующей части и схемы подключения соленоидов требует громоздких вычислений и не обеспечивает необходимой точности, было проведено картирование магнитного поля, создаваемого разработанной воздействующей частью. Для этого используется генератор синусоидальных импульсов частотой 0.8 Гц. И усилитель с линейной характеристикой на этих частотах. Картирование производилось с помощью измерителя магнитной индукции Ш1-8. Датчик Холла был закреплен в координатном устройстве, позволяющем задавать перемещения в плоскости с шагом 5 мм. Схема экспериментального стенда и пространственные характеристики магнитного поля приведены на Рис. 1, из которого следует, что магнитное поле в центре воздействующей части за счет встречного включения соленоидов равно нулю. На основании выражения (4) с учетом данных по проводимости биологических тканей конечности, приведенных в приложениях к основной части методических указаний, плотность тока, индуцируемого в стенке кровеносного сосуда составила:

[А/м²]

1 конечность, 2- соленоид, 3- измеритель магнитной индукции Ш1-8, 4- датчик Холла, закрепленный в координатном устройстве

Рис 1. Исследование пространственного распределения магнитного поля, создаваемого разработанной воздействующей частью

Необходимо отметить, что данный расчет проводился для крайнего случая,- когда конечность располагается непосредственно у поверхности соленоида, что соответствует максимальному значению индукции магнитного поля.

Задание:

1. Рабочая часть располагается так, чтобы ось Z была параллельно длине соленоидов, а плоскость XY лежала перпендикулярно соленоидам. Начало координат XYZ располагается в геометрическом центре рабочей части. Длина соленоида 2L.

2. Исследовать неоднородность магнитного поля с помощью датчика Холла измерителя магнитной индукции Ш 1-8 для различных конструкций рабочих частей аппаратов электромагнитной терапии:

1. Для рабочей части из 4-х соленоидов.

2. Для рабочей части из 6-ти соленоидов.

1. Измерить изменение уровня магнитной индукции:

3.1 В начале координат.

3.2 По длине соленоида при X=Y=0.

3.3 По длине соленоида на поверхности соленоида.

3.4 В плоскости XY при Z=0 и Z=L.

4. Оценить неоднородность поля для помещенной в рабочую часть конечности (по индивидуальному заданию основной части методических указаний).

5. Оценить затухание поля вне рабочей части (вычислить эффективный радиус затухания).

6. Сравнить полученные экспериментально и теоретически оцененные зависимости, сделать вывод о применении метода расчета распределения компенсаторных токов внутри конечности.