TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN AFDELING DERELEKTROTECHNIEK. VAKGROEP Theoretische Elektrotechniek. Karakteristieken van een botgroeistimulator

Transcriptie

1 TECHNSCHE HOGESCHOOL ENDHOVEN AFDELNG DERELEKTROTECHNEK VAKGROEP Theoretische Elektrotechniek Karakteristieken van een botgroeistimulator meet rapport door J.J.T.C. Verhoeks ET-1-84 Eindhoven, 5 januari 1984

2 -1- DOEL VAN DE METNGEN Bij niet invasieve botgroeistimulatie kan gebruik wordengemaakt van elektromagnetische velden,opgewekt door spoelen. ' Het doel van de gedane meting is het bepalen van het frekwentiespektrum van de stroom door de spoelen Het is niet de bedoeling de absolute sterkte vande verschillende frekwentie komponenten te bepalen, maar na te gaan welke frekwentie komponent(en) dominant is (zijn). ANALYSE Omdateen spektrum analyzer alleeneen spanning als ingangssignaal accepteert, is de spanning over een kleine weerstand gemeten. Deze spanning is immers evenredig met de stroom door die weerstand. Allereerst wordt het frekwentiespektrum van de ampl:itude van de azimuthale magnetische veldkomponent (H) bepaald (zie figuur 1). meetprobe / --,z z Y x X meetprob J./ =' / / \ meetprobe y z Y. Figuur Plaatsing van de meetprobe in het magnetische veld tusser!. de twee spolen

3 -2- Daarna wordt in het circuit van de botgroeistimulator een weerstand van 0.1 ohm (3 watt) aangebracht en wordt via de spanning hetfrekwentiespektrum van de stroom door de weerstand bepaald. Hierbijis tevens nagegaan of (na het aanbrengen van de weerstand) het frekwentiespektrum van het magnetische veld tussen de spoelen veranderde. Dit frekwentiespektrum-bleek niet signifikant te veranderen. Qn deze reden is ondersteld dat deweerstand geensignifikante ivloed op het amplitude spektrum van de stroom heeft. MEETOPSTELLNG EN MEETPROCEDURE Gebruikte apparatuur: lit - Spektrum analyzer: Hewlett Packard 3580 A (spektrum van 0 tot 50 khz). - X-Y Recorder Philips PM Universal Counter: Hewlett Packard 5302 A (frekwentie teller tot - Oscilloscoop - Wave analyzer 50 MHz). Philips PM Hewlett Packard 310 A (voor frekwenties tot 1.5 MHz). Meetopstelling: Zie figuur 2. Meetprocedure: Allereerst wordt met de meetprobe (1) het tijddiagram van H op de oscilloscoop (2) zichtbaar gemaakt. Schakelaar 81 in stand B en schakelaar 82 in stand C. Daarna wordt het frekwentiespektrum van de amplitude van H met de spektrumanalyzer (3) bepaald. 8chakelaar 81 in stand B en schakelaar 82 in stand A. Met de X-Yschrijver (4) wordt dit spektrumgetekend. Als laatste wordt met de wave analyzer (5) bepaald tot welke frekwenties er nog komponenten inhet signaal aanwezig zijn. Schakelaar 81 in stand B en schakelaar 82 in stand B. Defrekwentie teller (6) dient om de frekwentie komponenten in het spektrum na:uwkeuriger te kunnen bepahm. Na hetaanbrengen van de meetweerstand (7) in het circuit wordt voor het bepalenvan het amplitude spektrum van de stroom een zelfde procedure toegepast" waarbij schakelaar 81 in stand A geplaatst wardt. J

4 GENERATOR SPEKTRUM 3 X-y SCHRJVER 4 ANALYZER MEETWEERSTAN t A A B B p,c OS CLLOS COO P 2 WAVE 5 ANALYZER MEETPROBE W.. J, FREKWENTE TELLER 6 Figuur 2 Blokschema van de meetopstelling

5 -4- RESULTATEN. Deresultaten van de metingen aan het magnetische veld, zijn weergegeven in grafiek 1 tot en met 4. Grafiek 1 tot en met 3 geven het frekwentiespektrum (lineairen lagaritmisch) vaar het geval er geem weerstand in het circuit is ingebauwd. Grafiek 4 geeft het frekwentiespektrum (lineair en logaritmisch) als de meetwerstand in het circuit is ingbouwd. De resultaten van de metingenaan het frekwentiespektrum van de stroom zijn weergegevenin grafiek 5 tot en met 7. Grafiek 8is een weergave vanhet tijddiagram van H zoals dat op de oscillascoop zichtbaar werd gemaakt. Grafiek 9 is een weergave van het tijddiagram van de stroom. KONKLUSES. Uit de metingen blijkt dat een frekwentie van ca. 4 3 khz en Zl.Jn harmonischen de grootste bijdragen leveren in het frekwentiespektrum van de stroom en datvan het magnetische veld. De vierde sttoamharmonische is in sterkte 12 db lager dan de grondharmonische. n het frekwentiespektrum blijken komponenten tat 1 MHz voor te kamen. Hetblijkt uit de grafieken dat naast de frekwentie komponenten van 4.3'kHz ook komponenten van ca. 200 Hz en 15 Hz aanwezig zijn. Dit is geheel in overeenstemming met de tijddiagrammen...

6 GRAFEK 1 Amplitude spektrtim (lineair en logaritmisch) van de magnetische veldsterkte, gemeten volgens de meetopstelling van figuur 2.' Frekwenties tot 50 khz. 13 december 1983!, ", ',, " ' 11 N!Hi o 10 4 l;t:l-l*++l-' +''H+H+HH,;:HH+W 1 : ' j. :",,,.,' i! FREKWENTE, Hz

7 GRAFEK 2 Amplitude spektrum (lineair en logaritmisch) van demagnetische veldsterkte, gemeten vol gens de meetopstelling van figuur 2. Frekwenties tot 10kHz. 13 december 1983 FREKWENTE, Hz

8 GRAFEK 3,! Amplit::udespekt::rum (lineair en logarit:: misch) van de magnetische veldsterkte, gemeten volgens de meet::opstelling van figuur 2. Frekwenties tot 500 Hz. 13 december 1983 FREKWENTE, Hz

9 GRAFEK 4 Amplitude spektrum (lineair en logaritmisch) van de magnetische veldsterkte, gemeten volgens de meetopstelling van figuur 2. Frekwenties tot 50 khz. 13 december 1983 ltl 'd 0.c: B ,...; Ul -30 g;: Ul H i... 'M C\l (\l 1=1.-4,...; CP 1 FREKWENTE, Hz...

10 GRAFEK 5 i i! Amplitude spektrum (lineair en logaritmisch) van de stroomsterkte, gemeten volgens de meetopstelling van figuur 2. Frekwenties tot 50 khz. 13 december 1983 \.0 FREKWENTE, Hz.. L"::

11 GRAFEK 6 Amplitude spektrum (lineair en logaritmisch) van de stroomsterkte, gemeten volgens de meetopstelling van figuur 2. Frekwenties tot 10 khz. 13 december 1983 '" H -30 o.-i -40. mmmmnttmm 4l!R til;' o Eo< Ul FREKWENTE, Hz

12 GRAFEK 7 Amplitude spektrum (lineair en logaritmisch) van de stroomsterkte, gemeten volgens de meeetopstelling van figuur 2. Frekwenties tot 500 Hz. 13 december 1983 >Q "0..c () (f) 'O +J.,-j -20 b.o E- til.1.,-j til Q) t::.,-j iii!!! ili:!i\l:l FREKWENTE, Hz

13 5 ms 66ms ri -11.r_ f ---? t GRAFEK 8 Tijddiagram van H, f- 5 ms 66 ms -Wtu :... : /....., /( r GRAFEK 9 Tijddiagram van de stroom, ;---_._ ' J2- "._,--0-