Обоснование параметров электромагнитного воздействия и технических средств для улучшения восстановления костной ткани сельскохозяйственных животных : дис. канд. техн. наук

Abstract

UKR : Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09 .16 - електротехнології та електрообладнання в агропромисловому комплексі . - Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2004. Дисертацію присвячено розв'язанню задачі одержання нових науково-обґрунтованих теоретичних і експериментальних результатів, що в сукупності є істотними для розвитку низькоенергетичної електромагнітної технології та технічних засобів дециметрового діапазону для поліпшення відновлення кісткової тканини при лікуванні кісткової патології у сільськогосподарських тварин. Запропоновано методику одержання величин внутрішнього і зовнішнього полів в ушкодженій кінцівці тварини з кінцевим числом радіальних шарів. Проведені розрахунки показали, що найбільш прийнятним діапазоном частот електромагнітного опромінювання кінцівок різних сільськогосподарських тварин є 3,6...4,0 ГГц. Для розробки помножувачів частоти НВЧ тракту джерел електромагнітного випромінювання, з урахуванням вимог до їх спектральних характеристик, запропоновано методику, що може застосовуватись для широкого класу пристроїв з різними коефіцієнтами множення. Для синтезу кварцових генераторів у діапазоні 200...500 МГц запропоновано методику з розрахунку їх основних параметрів з підстроюванням частоти в межах 2 % від основної частоти. У результаті проведених досліджень показано, що для ефективного впливу на кісткову патологію тварин необхідно застосовувати НВЧ випромінювання з параметрами: частота ±0,15ГГц; щільність потоку потужності P= 100±4,9 Вт/м 2; експозиція t= 15,8±0,9 хв. RU : Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.16 - электротехнологии и электрооборудование в агропромышленном комплексе. - Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитополь, 2004. Диссертация посвящена решению задачи получения новых научно-обоснованных теоретических и экспериментальных результатов, которые в совокупности являются существенными для развития низкоэнергетической электромагнитной технологии и тех нических средств дециметрового диапазона для улучшения восстановления поврежденной костной ткани у сельскохозяйственных животных. Проведенный анализ состояния вопроса показал, что травматизм животных – наиболее распространенная группа заболеваний из всех незаразных болезней. На его долю приходится до 50 % от общей заболеваемости животных. В настоящее время для лечения травм животных в основном используют медикаментозные способы. Применение антибиотиков и других медикаментов при восстановлении костной ткани травм животных в большинстве случаев является малоэффективным и небезопасным, блокирует симптомы заболеваний. Поэтому разработка эффективных немедикаментозных способов восстановления костной ткани животных является актуальной задачей. Решение поставленной задачи возможно на основе применения низкоэнергетических ( информационных) электромагнитных излучений СВЧ диапазона длин волн. В ветеринарной практике СВЧ и КВЧ воздействия является тем методом, который принципиально и выгодно будет отличаться от существующих ранее физиотерапевтических процедур. В ряде случаев он может заменить медикаментозный и хирургический методы лечения. Для определения биотропных параметров электромагнитного излучения ( частота, мощность, нестабильность частоты, экспозиция), вызывающих необходимый терапевтический эффект у больных животных, проведены исследования математической модели с учетом строения и электрофизических свойств костной ткани животных. С целью получения решения рассматриваемой задачи, основываясь на решении задачи о рассеянии электромагнитной волны на однородном биологическом объекте в форме цилиндра, получены величины внутреннего и внешнего поля в поврежденной конечности животного с конечным числом радиальных слоев. Задача решена с помощью сшивания тангенциальных составляющих полей каждого слоя на границах между слоями, что приводит к системе линейных алгебраических уравнений. Проведенные на основании усовершенствованной теоретической модели расчеты показали, что наиболее приемлемой частотой электромагнитного облучения конечностей различных сельскохозяйственных животных является 3,6…4,0 ГГц. В этом случае, как распределение самого поля по поперечному сечению конечности, так и его амплитуда наиболее оптимальны. Сделан вывод, что облучение должно вестись с мощностью порядка 100 Вт/м2, что интенсифицирует обмен веществ на уровне мембран больных клеток и способствует быстрейшему восстановлению поврежденной костной ткани. Проведенный сравнительный анализ вариантов структурных схем формирования колебаний в СВЧ диапазоне показал, что по простоте работы и надежности, объемно-весовым показателям следует отдать предпочтение схеме с прямым умножением частоты кварцевого генератора (подавление побочных составляющих в спектре выходного сигнала более 50 дБ). Экспериментальные исследования показали возможность создания источников СВЧ излучений с прямым умножением частоты кварцевого генератора и Вт; с параметрами: выходная частота – 3,75 ГГц; выходная мощность подавление побочных гармоник в спектре выходного сигнала – 40 дБ; частота задающего кварцевого генератора – 250 МГц с перестройкой по частоте 2 %. Экспериментально подтверждена принципиальная возможность регенерации костной ткани при воздействии на нее СВЧ излучением с параметрами: 15 ГГц; P=100±4,9 Вт/м 2; t =15,8±0,9 мин. ±0, Результаты исследований внедрены в хозяйстве ООО "Колос" Харьковской области. Экономическая эффективность от внедрения электромагнитного метода восстановления костной ткани животных составила 5,6 тыс. грн. в год, от выбраковки были спасены 10 высокопродуктивных коров. На примере коровника в 200 голов было показано, что применение низкоэнергетических ЭМП СВЧ диапазона позволит получать прибыль в размере 6700 грн. в год. ENG : The thesis for a candidate degree on specialty 05.09.16 - Electrical technologies and electrical equipment in agriculture. - The Tavriya state technical academy of agriculture, Melitopol, 2004. The thesis is dedicated to solution of the problem on deriving of new scientific and experimental results which are essential to progressing of low-energy electromagnetic technologies and means of ultra high frequency for treatment of bone pathology of agricultural animal. The method of magnitude calculation of internal and exterior fields in injured animal extremities with final number of radial strata is proposed. The accounts held have shown, that the most reasonable frequency of electromagnetic beaming of different agricultural animal extremities is 3,7…3,8 GHz. For creation of microwave frequency multipliers of sources of an electromagnetic radiation, with allowance for of requests on spectral reflectance, the method of application is proposed, which is the one that is applicable for the broad class of devices with different coefficients of multiplying. For synthesizing crystal oscillators in range 200 … 500 MHz the method of calculation on account of their major specifications with tuning of frequency is proposed within the limits of 2 % from a base frequency. As a result the research held studies is revealed, that it is necessary to apply to effective treatment of bone pathology for the cows a microwave radiating with parameters: 2±0,15GHz; Р=100±4,9 W/m 2; t =15,8±0,9 min.