осветительное устройство для эндоскопической техники

Формула изобретения

Осветительное устройство для эндоскопической техники, содержащее силовой трансформатор с дополнительной вторичной обмоткой, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения к сети переменного тока, начало первой вторичной обмотки силового трансформатора соединено через управляемый ключ переменного тока с лампой накаливания, а конец – со свободным выводом лампы накаливания, датчик напряжения, конец первой вторичной обмотки трансформатора подключен к положительному полюсу выпрямителя и к одному из управляющих входов ключа постоянного тока, выход датчика напряжения соединен с первым входом усилителя, второй вход которого через регулятор освещенности соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, блок сравнения первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй входной вывод, через регулировочный резистор – соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, реле времени, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход – с другим управляющим входом ключа постоянного тока, эмиттерный повторитель, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения, а вход соединен с выходом усилителя через RC-цепь, резистор которой шунтирован выводом управляющего ключа постоянного тока, дополнительная вторичная обмотка силового трансформатора соединена с входами формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена ко входам выпрямителя, выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа переменного тока, при этом средняя точка второй вторичной обмотки силового трансформатора, выход выпрямителя, свободный вывод регулятора освещенности, регулировочного резистора, положительный полюс конденсатора RC-цепи и второй вход датчика напряжения подключены к общей шине, отличающееся тем, что устройство содержит последовательно соединенные вторую лампу накаливания и второй управляющий ключ переменного тока, выводами подключенные к выводам первой вторичной обмотки силового трансформатора, и переключатель режимов работы ламп накаливания, первый вход которого через разрядный резистор подключен к общей шине, второй вход – ко входу эмиттерного повторителя, третий вход – к объединенному выводу первой лампы накаливания и первого ключа переменного тока, четвертый вход – к объединенному выводу второй лампы накаливания и второго ключа переменного тока, пятый вход – к выходу блока сравнения, шестой вход соединен с выводом регулировочного резистора и с отрицательным полюсом выпрямителя, седьмой вход – с положительным полюсом выпрямителя, первый и второй выходы переключателя режимов работы ламп накаливания подключены соответственно к первому и второму входам формирователя импульсов управления, который своими выводами подключен соответственно к входу второго и первого ключа переменного тока, третий и четвертый выходы переключателя режимов работы ламп накаливания подключены через соответствующие конденсаторы RC-цепи к общей шине, а пятый выход – к первому входу датчика напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к эндоскопической, офтальмологической технике, и найдет применение в осветителях для аппаратуры с волоконными световодами, в проекционной аппаратуре, в частности в осветителях для эндоскопов, использующих в качестве источника света галогенные лампы накаливания с током потребления до 10 А и более.

Известно осветительное устройство для эндоскопической техники (патент РФ 2082309, А 61 В 1/06), содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения к сети переменного тока, начало первой вторичной обмотки соединено через управляемый ключ переменного тока с лампой накаливания, а конец - со свободным выводом лампы накаливания, датчик напряжения, один из входных выводов которого соединен с концом первой вторичной обмотки трансформатора, который подключен к положительному полюсу выпрямителя, к одному из управляющих входов ключа постоянного тока, а выход соединен с первым входом усилителя, второй вход которого через регулятор освещенности соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, блок сравнения, первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй входной вывод через регулировочный резистор с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход - с формирователем импульсов управления, реле времени, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход с другим управляющим входом ключа постоянного тока, эмиттерный повторитель, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения, а вход соединен с выходом усилителя через RC-цепь, резистор которой шунтирован выходом управляющего ключа постоянного тока.

Устройство содержит формирователь прямоугольных импульсов, силовой трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, к которой подключены входы формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена ко входам выпрямителя. Выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа переменного тока, а объединенный вывод ключа переменного тока и лампы накаливания соединен с другим входным выводом датчика напряжения.

Осветительное устройство по патенту РФ 2082309 отличается портативностью, имеет высокий коэффициент стабилизации напряжения на лампе накаливания, что позволяет получать в эндоскопической технике изображения высокого качества в допустимом диапазоне изменения сетевого напряжения или источника питания.

Вместе с тем практика использования осветительного устройства по патенту РФ 2082309 выявила определенные недостатки.

При больших значениях коэффициента усиления (передачи мощности) в датчике напряжения возникает явление самовозбуждения, что обусловлено несовершенством схемного решения датчика напряжения, в частности наличием в схеме датчика понижающего трансформатора развязки со стальным сердечником. В результате наблюдается мигание лампы накаливания, что снижает эффективность освещения, качество изображения в эндоскопической технике.

Известно осветительное устройство для эндоскопической техники (патент РФ 2161901, А 61 В 1/06) в котором устранены данные недостатки. Осветительное устройство по патенту РФ 2161901 отличается повышенной стабильностью работы лампы накаливания, что позволяет получать высокое качество изображения в эндоскопической технике и тем самым повысить уровень диагностики и качества проводимых операций с использованием эндоскопической техники.

Известное осветительное устройство по патенту РФ 2161901, содержит силовой трансформатор с дополнительной вторичной обмоткой, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения к сети переменного тока, начало первой вторичной обмотки соединено через управляемый ключ переменного тока с лампой накаливания, а конец - со свободным выводом лампы накаливания, датчик напряжения, первый входной вывод которого соединен с лампой накаливания и катодом управляемого ключа переменного тока. Конец первой вторичной обмотки трансформатора подключен к положительному полюсу выпрямителя и к одному из управляющих входов ключа постоянного тока. Выход датчика напряжения соединен с первым входом усилителя, второй вход которого через регулятор освещенности соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, блок сравнения, первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй входной вывод через регулировочный резистор - с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход - с формирователем импульсов управления, реле времени, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход - с другим управляющим входом ключа постоянного тока, эмиттерный повторитель, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения, а вход соединен с выходом усилителя через RC-цепь, резистор которой шунтирован выходом управляющего ключа постоянного тока, дополнительная вторичная обмотка силового трансформатора соединена со входами формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена ко входам выпрямителя, выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа переменного тока, при этом средняя точка второй вторичной обмотки силового трансформатора, один из выходов выпрямителя, свободный вывод регулятора освещенности, регулировочного резистора и положительный полюс конденсатора RC-цепи подключены к земляной шине.

В данном устройстве датчик напряжения выполнен в виде конденсатора, один вывод которого является первым входом датчика, а другой через диод соединен с первым входом сглаживающего фильтра и выводом второго конденсатора, параллельно которому подключен резистор, второй вывод второго конденсатора является вторым входом датчика напряжения, который подключен к земляной шине и ко второму входу сглаживающего фильтра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами эмиттерного повторителя, выход которого является выходом датчика напряжения.

Осветительное устройство по патенту РФ 2161901 обеспечивает высокий коэффициент стабилизации напряжения на лампе накаливания при питании устройства от промышленной сети, что обуславливает получение высокого качества изображения в используемой эндоскопической технике. Вместе с тем практика использования эндоскопической техники показывает, что у осветительных устройств, которые используют в качестве источника света галогенные лампы накаливания с током потребления 10 А и более, имеется существенный недостаток - весьма ограниченный срок работы лампы - порядка 50 часов, что нередко приводит к отказу осветительного устройства в процессе операции. В осветительном устройстве по патенту РФ 2161901 за счет обеспечения стабильности работы лампы накаливания достигается определенное увеличение срока эксплуатации лампы, однако это не решает проблемы обеспечения надежной и безотказной работы эндоскопической техники в процессе проведения операций.

Настоящее изобретение решает задачу обеспечения надежной работы осветительного устройства для эндоскопической техники в случае выхода из строя лампы накаливания. Изобретение решает задачу повышения безопасности пациента при операциях, проводимых с использованием эндоскопической техники, за счет использования резервного источника света и обеспечения его быстрого и плавного включения врачом.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

Осветительное устройство для эндоскопической техники, содержащее силовой трансформатор с дополнительной вторичной обмоткой, первичная обмотка которого соединена с выводами для подключения к сети переменного тока, начало первой вторичной обмотки силового трансформатора соединено через управляемый ключ переменного тока с лампой накаливания, а конец - со свободным выводом лампы накаливания, датчик напряжения, конец первой вторичной обмотки трансформатора подключен к положительному полюсу выпрямителя и к одному из управляющих входов ключа постоянного тока, выход датчика напряжения соединен с первым входом усилителя, второй вход которого через регулятор освещенности соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, блок сравнения, первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, второй входной вывод через регулировочный резистор соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, реле времени, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя, а выход - с другим управляющим входом ключа постоянного тока, эмиттерный повторитель, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения, а вход соединен с выходом усилителя через RC-цепь, резистор которой шунтирован выводом управляющего ключа постоянного тока, дополнительная вторичная обмотка силового трансформатора соединена с входами формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена ко входам выпрямителя, выход формирователя управляющих импульсов соединен с управляющим входом ключа переменного тока, при этом средняя точка второй вторичной обмотки силового трансформатора, выход выпрямителя, свободный вывод регулятора освещенности регулировочного резистора, положительный полюс конденсатора RC-цепи и второй вход датчика напряжений подключены к земляной шине, согласно настоящему изобретению содержит последовательно соединенные вторую лампу накаливания и второй управляющий ключ переменного тока, выводами подключенные к выводам первой вторичной обмотки силового трансформатора, и переключатель режимов работы ламп накаливания.

Первый вход переключателя режимов работы ламп накаливания через разрядный резистор подключен к общей шине, второй вход - к входу эмиттерного повторителя, третий вход - к объединенному выводу первой лампы накаливания и первого ключа переменного тока, четвертый вход - к объединенному выводу второй лампы накаливания и второго ключа переменного тока, пятый вход - к выходу блока сравнения, шестой вход соединен с выводом регулировочного резистора и с отрицательным полюсом выпрямителя, седьмой вход - с положительным полюсом выпрямителя. Первый и второй выходы переключателя режимов работы ламп накаливания подключены соответственно к первому и второму входам формирователя импульсов управления, который своими выводами подключен соответственно к входу первого и второго ключа переменного тока, третий и четвертый выходы переключателя режимов работы ламп накаливания подключены через соответствующие конденсаторы RC-цепи к общей шине, а пятый выход - к первому входу датчика напряжения.

Технический результат настоящего изобретения заключается в существенном повышении оперативности и надежности работы осветительного устройства и безопасности пациента во время операции за счет реализации в патентуемом устройстве второго светового канала с резервной лампой накаливания и увеличенным сроком ее службы. Разработанное схемотехническое решение осветительного устройства обеспечивает высокий коэффициент стабилизации напряжения на лампах накаливания, а также плавное включение одной из них, что позволяет получать в используемой эндоскопической технике изображение высокого качества.

Сущность изобретения поясняется примером конкретной реализации осветительного устройства и чертежами, где на фиг.1 приведена блок-схема патентуемого осветительного устройства; на фиг.2 - вариант реализации переключателя 29 режимов работы ламп накаливания.

Осветительное устройств для эндоскопической техники содержит (фиг.1) силовой трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого соединена с выводами 2¹-2¹ для подключения к сети переменного тока. Начало первой 3 вторичной обмотки 4 соединено через управляемый ключ 5 переменного тока с лампой накаливания 6, а конец 7 - со свободным выводом 8 лампы накаливания 6, датчик напряжения 9, второй входной вывод которого подключен к общей шине. Конец первой вторичной обмотки силового трансформатора 1 подключен к положительному полюсу выпрямителя 10 и к одному из управляющих входов ключа постоянного тока 11. Выход датчика напряжения 9 соединен с первым входом усилителя 12, второй вход которого через регулятор освещенности 13 соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 10. Устройство содержит также блок сравнения 14, первый входной вывод которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 15, второй входной вывод через регулировочный резистор 16 соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 10, реле времени 18, вход которого соединен с отрицательным полюсом выпрямителя 10, а выход соединен с другим управляющим входом ключа постоянного тока 11, эмиттерный повторитель 19, выход которого подключен к третьему входному выводу блока сравнения 14, а вход соединен с выходом усилителя 12 через RC-цепь 20, 21, резистор 20 которой шунтирован выходом управляющего ключа 11 постоянного тока.

Осветительное устройство содержит формирователь прямоугольных импульсов 22, силовой трансформатор 1 имеет дополнительную вторичную обмотку 23, к которой подключены входы формирователя 22 прямоугольных импульсов. Выход формирователя прямоугольных импульсов 22 подключен ко входу генератора пилообразного напряжения 15. Вторая вторичная обмотка 24 трансформатора 1 подключена ко входам выпрямителя 10. Выход формирователя управляющих импульсов 17 соединен с управляющим входом 25 ключа переменного тока 5, а объединенный вывод 26 ключа 5 переменного тока и лампы 6 накаливания соединен с третьим входом переключателя 29.

Средняя точка второй вторичной обмотки 24 силового трансформатора 1, один из выходов выпрямителя 10, свободный вывод регулятора освещенности 13, регулировочного резистора 16 и положительный полюс конденсатора 21 RC-цепи и второй вход датчика напряжения 9 подключены к общей шине.

Согласно настоящему изобретению осветительное устройство содержит последовательно соединенные вторую лампу накаливания 27 и второй управляющий ключ 28 переменного тока, выводами подключенные к выводам первой вторичной обмотки силового трансформатора 1, а также переключатель 29 режимов работы ламп накаливания, первый вход которого через разрядный резистор 30 подключен к общей шине, второй вход - к входу эмиттерного повторителя, третий вход - к объединенному выводу 26 первой лампы накаливания и ключа 5, четвертый вход - к объединенному выводу 32 лампы накаливания 27 и ключа 28, пятый вход - к выходу блока сравнения 14, шестой вход соединен с выводом регулировочного резистора 16 и с отрицательным полюсом выпрямителя 10, седьмой вход - с положительным полюсом выпрямителя 10. Первый и второй выходы переключателя 29 режимов работы лампы накаливания подключены соответственно к первому и второму входам формирователя импульсов управления 17, который своими выводами подключен соответственно к входу второго 28 и первого 5 ключа переменного тока, третий и четвертый выходы подключены соответственно через конденсаторы 21 и 31 RC-цепи к общей шине, а пятый выход - к первому входу датчика напряжения 9. Свободный вывод 33 лампы 27 подключен к обмотке 4 трансформатора 1 и к свободному выводу 8 лампы 6. Анод управляющего ключа 28 подключен к другому выводу 3 обмотки 4 трансформатора 1 и к аноду управляющего ключа 5. Управляющий вход 34 ключа 28 подключен к первому выходу формирователя управляющих импульсов 17.

Силовой трансформатор 1 является понижающим трансформатором от напряжения 220 В до напряжения несколько большего номинального напряжения низковольтной галогенной лампы накаливания 6 или 27. Трансформатор 1 выполнен на магнитопроводе броневого типа серии ШЛ или тороидального типа серии ОЛ.

Ключ переменного тока 5, например симистор (триак) типа ТС 122-25, является силовым ключом и регулирующим элементом в устройстве.

Датчик напряжения 9 предназначен для снятия напряжения той же формы, что и на нагрузке (лампе накаливания) и преобразования его в постоянное напряжение, пропорциональное напряжению на лампе. Датчик напряжения 9 выполнен по известной схеме, например, как описано в патенте РФ 2161901.

Выпрямитель 10 является источником постоянного напряжения и служит для питания схем усилителя 12, эмиттерного повторителя 19, реле 18 времени, формирователя прямоугольных импульсов 22, генератора пилообразного напряжения 15, блока сравнения 14, формирователя 17 импульсов управления и цепей управления. Выпрямитель 10 состоит из общего двухполупериодного выпрямителя, диоды которого включены по мостовой схеме с фильтрующим конденсатором на выходе и двух компенсационных стабилизаторов отрицательного (-7,0 В) и положительного (+7,0 В) напряжения, выполненных по известной схеме. В качестве регулирующего элемента в стабилизаторе используется транзистор, в качестве источника опорного напряжения - стабилитрон. На выходе каждого стабилизатора установлен фильтрующий конденсатор.

Ключ постоянного тока 11, например транзисторный оптрон, предназначен для шунтирования резистора 20, что необходимо после окончания процесса разогрева нити накала галогенной лампы при ее включении для обеспечения быстродействия схемы устройства при возможных изменениях сетевого напряжения.

Усилитель постоянного тока 12 с коэффициентом усиления, равным 50, выполнен по известной схеме дифференциального операционного усилителя на микросхеме К553УД2 (Ю. А. Браммер, И.Н. Пащук. Импульсная техника. - М.: Высшая школа, 1985 г., с. 100, рис. 39), у которой инвентирующий вход, являющийся первым входом усилителя 12, соединен с выходом эмиттерного повторителя датчика 9 и через сопротивление типа С2-33Н-510 кОм обратной связи с выходом собственного усилителя 12, а неинвертирующий вход, являющийся вторым входом усилителя 12, через регулятор освещенности 13 (представляющий собой регулируемый резистивный делитель) и стабилитрон (на схеме не показан) с шиной питания выпрямителя 10.

Блок сравнения 14 предназначен для суммирования сигналов с эмиттерного повторителя 19 и генератора пилообразного напряжения 15 сравнения этого суммированного сигнала с опорным напряжением и формирования прямоугольных широтно-модулированных импульсов. Блок сравнения 14 выполнен по известной схеме компаратора сравнения однополярных сигналов на микросхеме К553УД2 (Ю. А. Браммер и др. Импульсная техника. - М.: Высшая школа, с. 107), у которой инвертирующий вход соединен с анодом диода (на схеме не показан) и является первым входом блока сравнения 14, катод этого диода является третьим входом блока сравнения 14 и через резистор 150 кОм (на схеме не показан) соединен с общей шиной. Неинвертирующий вход компаратора является вторым входом блока сравнения 14 и через переменный резистивный делитель 16, выполненный на резисторе типа СПЗ-39А 10 кОм, соединен с шиной "-" блока 10 (выпрямителя).

Генератор пилообразного напряжения 15 предназначен для генерирования импульсов линейно изменяющегося напряжения, синхронизированных с частотой сети. Он выполнен по известной схеме на базе транзистора КТ361Б (Ю.А. Браммер и др. Импульсная техника, с. 223, рис. 6.3).

Формирователь 17 предназначен для формирования отрицательных относительно катода ключа 5 переменного тока импульсов управление этим ключом. Он выполнен по известной схеме дифференцирующей цепочки (см. Ю.А. Браммер и др. "Импульсная техника", с. 130), емкость конденсатора 0,1 мкФ, сопротивление резистора 2 кОм, выход которой подключен к катоду фильтрующего диода (на схеме не показан), пропускающего только положительные импульсы, и ко входу инвертирующего ключа, выполненного на транзисторе КТ817В (на схеме не показан), выход которого является выходом формирователя импульсов управления 17.

Реле времени 18 предназначено для включения и выключения ключа постоянного тока 11, например транзисторного оптрона АОТ110А. Реле времени 18 может быть выполнено по известной схеме, например, как описано в патенте РФ 2161901.

Эмиттерный повторитель 19 предназначен для усиления тока после RC-цепи 20,21 и выполнен на двух транзисторах КТ361Б по составной схеме Дарлингтона (Дж. Ленк. Электронные схемы. - М.: Мир, 1985 г., с. 48-49, рис. 1.26).

Времязадающая RC-цепь, состоящая из резистора 20 типа С2-33Н(39 кОм) и полярного конденсатора 21 типа К 50-35 (220 мкФ), предназначена для обеспечения плавного включения лампы 6. Кроме того, конденсатор 21 стабилизирует работу цепи обратной связи, препятствуя возникновению паразитных электрических колебаний.

Формирователь прямоугольных импульсов 22 предназначен для формирования прямоугольных импульсов, синхронных с моментом перехода синусоиды сетевого напряжения через "нуль" и практически имеющих постоянную амплитуду в диапазоне изменения величины сетевого напряжения, служащих для запуска генератора пилообразного напряжения 15. Формирователь 22 может быть выполнен по известной схеме, см. например, патент РФ 2161901.

Переключатель 29 режимов работы ламп накаливания 6 и 27 обеспечивает плавное и оперативное включение одной из двух ламп, и содержит (фиг.2) двухпозиционный тумблер 35 типа ПТ 73-2-2 и герконовые реле 36, 37 и 38 типа РЭС-55А.

Осветительное устройство работает следующим образом.

После подключения напряжения питающей сети к обмотке 2 трансформатора 1 через вторую вторичную обмотку 24 и выпрямитель 10 подается напряжение питания на шины питания усилителя 12, эмиттерного повторителя 19, блока сравнения 14, генератора пилообразного напряжения 15, формирователя импульсов управления 17, формирователя прямоугольных импульсов 22, реле времени 18, а через третью вторичную обмотку 23 подается синхронизирующее напряжение на входы формирователя прямоугольных импульсов 22.

При нахождении контактов тумблера 35 (фиг.2) в положении 1 контакты реле 36, 37, 38 также находятся в положении 1. Этим обеспечивается плавное включение и работа в режиме стабилизации напряжения лампы накаливания 6. В случае выхода из строя лампы накаливания 6 врач переключает тумблер 35 в положение 2 (фиг.2). При этом включаются реле 36, 37, 38 и их контакты занимают положение 2, при котором плавно включается и работает в режиме стабилизации напряжения лампа 27.

Для обеспечения плавного включения ламп накаливания 6, 27 с помощью переключателя режимов 29 осуществляют подключение соответствующего конденсатора 21 или 31 к резистору 20 RC-цепи в схеме управления с целью их заряда. При этом конденсатор, не подключенный в данный момент времени к схеме управления, переключателем 29 подключен к разрядному резистору 30, т.е. обнулен.

Клинические испытания патентуемого осветителя подтвердили его высокую надежность. Наличие двух световых каналов (лампы 6 и 27), переключателя 29 режимов работы ламп накаливания позволяют при выходе из строя лампы накаливания оперативно переключать осветительное устройство на резервный источник света, повысить безопасность пациента и исключить возможность остановки операции по причине отсутствия освещения в операционной зоне. При этом на обеих лампах обеспечивается высокий коэффициент стабилизации напряжения при питании от промышленной сети и повышенный срок их службы, что позволяет получать высокое качество изображения в эндоскопической технике, что особенно важно при проведении эндоскопических операций, длящихся от 1 до 4 часов, когда ход процесса не должен прерываться.