На правах рукописи

КОРНИЛОВА Наталья Валерьевна

СРЕДСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЦИРКУЛЯЦИЕЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Специальность 05.11.17 – Приборы, системы и изделия

медицинского назначения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ПЕНЗА 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Щербаков Михаил Александрович

Официальные оппоненты: Геращенко Сергей Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», заведующий кафедрой «Медицинские информационные системы и технологии»;

Солодимова Галина Анатольевна, кандидат технических наук, начальник научно-технического центра испытаний и метрологического обеспечения, главный метролог ОАО НИИЭМП, г. Пенза

Ведущая организация – ФГУП ФНЦП «ПО Старт им. М. В. Проценко», г. Заречный Пензенской обл.

Защита состоится 18 апреля 2013 г., в 12 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан 14 марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Светлов Анатолий Вильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современной медицине одной из актуальных задач является создание перфузионных систем, в частности, для экстракорпорального кровообращения и для проведения перфузий и инфузий биологических жидкостей, различных лекарственных препаратов и растворов с возможностью обеспечения точности дозировки и контроля процесса.

Перфузионные насосы нашли применение в лечебных учреждениях, лабораториях и научно-исследовательских центрах, фармацевтических предприятиях. Аппараты циркуляции используются для проведения экстракорпоральных методов лечения, таких как гемосорбция, плазмаферез, плазмосорбция, ликворосорбция, ликворофильтрация, ультрафильтрация, реинфузия крови и т.д. В разные годы такими учеными, как В. И. Шумаков, В. Е. Толпекин, И. А. Гуськов, Г. П. Иткин, А. Е. Куваев, А. А. Писаревский, В. И. Севастьянов, Е. Ш. Штенгольд, А. Я. Кормер, С. П. Драгачев, В. Н. Еремин, В. П. Демихов и другими проводились исследования разнообразных медицинских приборов и устройств, использующих в своем составе различные виды биологических жидкостей.

В медицине для перекачки и циркуляции крови наибольшее применение получили шланговые насосы перистальтического действия.

В таких насосах перекачивание жидкости осуществляется за счет вращающихся роликов, прижимающих кровеносные шланги к внутренней цилиндрической поверхности. При деформировании упругоэластичных шлангов со стороны роликов прилагается весьма значительное усилие, распределение которого по сечению шланга неравномерно вследствие механических неточностей и неодинаковых условий взаимодействия, что приводит к травме форменных элементов крови, особенно при длительном функционировании насоса.

В связи с этим перспективным направлением является использование упругих магнитожидкостных элементов для создания низконапорных клапанов и электрогидравлического насоса. Подтверждением актуальности тематики является то, что изучение физических и химических свойств магнитных жидкостей, а также их реакции на воздействие электромагнитного поля в настоящее время является одним из приоритетных направлений научных исследований. При использовании магнитной жидкости в упругой оболочке в качестве рабочего органа клапанов и насоса возникает задача разработки способов и средств электромагнитного управления. При этом бегущее электромагнитное поле создается последовательным включением секций катушки индуктивности, управляемых микроконтроллерной системой.

Система обладает спецификой, которая заключается в улучшении качественных показателей крови (снижение травматики формообразующих элементов) за счет замены трения скольжения в перекачивающем устройстве на трение качения.

При перекачивании существует возможность получения реологического эффекта, т.е. увеличения текучести крови или другой биологической жидкости под воздействием магнитного поля. Биологические жидкости обладают магнитной восприимчивостью и под воздействием электромагнитного поля могут приобретать новые свойства и изменять такие параметры, как: плотность, вязкость, прозрачность, теплопроводность, электрическую проводимость, адсорбцию, скорость химических реакций, текстурирование, текучесть, растворяющую способность, активность кислорода и других газов, скорость прохождения звука, рН, биологическую активность, энергоемкость, бактерицидность, поверхностное натяжение. Большой перечень восстановленных после омагничивания свойств такой биологической жидкости, как кровь, может в значительной степени нормализовать всю систему кровообращения.

Решение задачи управления циркуляцией биологической жидкости является актуальной не только в области медицины, но и в промышленности, где возникают особые требования к транспортировке жидкости без гидравлических ударов (например, в случае работы с агрессивными или взрывоопасными жидкостями).

Целью работы является разработка модели и средств электромагнитного управления магнитожидкостными элементами для осуществления циркуляции биологических жидкостей, обеспечивающих уменьшение их травматичности в системах медицинского назначения.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1) анализ существующих генераторов распределенных электромагнитных полей, выявление их недостатков и обоснование конструкции генератора электромагнитного поля для циркуляции биологических жидкостей посредством воздействия на магнитожидкостные элементы;

2) разработка способа электромагнитного управления магнитожидкостными элементами для осуществления циркуляции биологических жидкостей в системах медицинского назначения;

3) построение математической модели электромагнитного управления магнитожидкостными элементами для перекачки биологических жидкостей;

4) обоснование структуры системы управления электромагнитным приводом, обеспечивающим заданные режимы функционирования электрогидравлического пульсатора и клапанов аппаратов циркуляции биологических жидкостей;

5) экспериментальное подтверждение целесообразности использования электромагнитного управления электрогидравлическим насосом и клапанами с магнитожидкостными элементами;

6) формулировка рекомендаций к внедрению разработанного принципа циркуляции биологических жидкостей в отделениях реанимации, пунктах переливания крови медицинских учреждений, в различных системах дозирования (фармацевтические предприятия, лаборатории, промышленные отрасли), а также в учебном процессе.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на базе физических основ синтеза пространственно-распределенных электромагнитных полей, теории дифференциальных уравнений в частных производных для описания магнитных полей. Экспериментальные исследования электромагнитной управляющей оболочки проведены с использованием средств микропроцессорного управления, электротехнических измерений и видеосъемки.

Научная новизна:

1 Разработан способ управления принципиально новыми магнитожидкостными элементами аппарата циркуляции биологических жидкостей с целью снижения гемолиза путем уменьшения травматических факторов при перекачивании их в системах медицинского назначения.

2 Обоснована модель с максимальной крутизной характеристики управления магнитожидкостными рабочими органами, базирующаяся на анализе взаимодействия перекрестных управляющего электромагнитного и гидродинамического полей с упругим элементом, заполненным магнитной жидкостью.

3 Предложена математическая модель процесса электромагнитного управления аппаратами циркуляции биологической жидкости в системах медицинского назначения.

4 Разработана микроконтроллерная система управления, регулирующая производительность электрогидравлического насоса, осуществляющего перекачивание биологической жидкости без гидравлических ударов.

Практическая значимость и реализация результатов Научные и практические результаты использованы в плановых госбюджетных научно-исследовательских работах 20082012 гг., выполняемых на кафедре «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина» по направлению «Векторно-энергетический анализ и синтез электромагнитной генерирующей оболочки».

Разработанная система управления электромагнитной генерирующей оболочкой рекомендована к внедрению на предприятиях:

филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Балаковская атомная станция», ОАО «Волжский дизель им. Маминых», ОАО «Балаково-атомэнергоремонт».

Экспонат «Электромагнитная управляющая оболочка для магнитожидкостных регулирующих элементов» был представлен на шестой специализированной выставке «Образование, карьера, занятость2012»

(г. Саратов, Выставочный центр «Софит-Экспо») и прошел маркетинговую рыночную экспертизу с положительными экспертными оценками, что подтверждено соответствующим сертификатом.

Разработанный экспериментальный стенд, демонстрирующий принцип действия аппарата искусственного кровообращения на основе электромагнитного управления перекачиванием биологических жидкостей, используется в учебном процессе.

На защиту выносятся:

1 Теоретическое и конструктивное обоснование системы электромагнитного управления циркуляцией биологических жидкостей в системах медицинского назначения, способствующей снижению травматики формообразующих элементов за счет замены трения скольжения в перекачивающем устройстве на трение качения.

2 Математическая модель процесса управления магнитожидкостным элементом электрогидравлического насоса с учетом воздействия электромагнитного поля на его поверхность.

3 Методика расчета электромагнитного поля для управления циркуляцией биологической жидкости, позволяющая увеличить крутизну характеристики управления магнитожидкостным элементом.

Достоверность полученных результатов обусловлена непротиворечивостью и полнотой исходных предпосылок, корректным использованием аналитических и расчетных методов, сопоставимостью результатов теоретического исследования и моделирования с экспериментальными данными.

Апробация результатов исследования. Научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электродинамики жидкостей» (Санкт-Петербург, 2009, 2012); XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-24 ШМУ-16 и программы У.М.Н.И.К. (Саратов, 2011); межвузовской российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (Балаково, 20092011).

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 20 статьях и тезисах докладов, среди которых 3 публикации в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 4 приложений. Общий объем составляет 201 страницу, работа содержит 81 рисунок, 21 таблицу, список литературы, включающий 104 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены общие требования к аппаратам циркуляции биологических жидкостей, в частности крови, согласно которым камера должна иметь совместимую контактирующую поверхность, не должна содержать зон застоя, рециркуляции потоков жидкости, турбулентности, что снижает риск развития травмы такой биологической жидкости, как кровь, и процессов тромбообразования. Кровь также травмируется вследствие больших градиентов давления, значительных напряжений сдвига, ударов форменных элементов крови о твердую поверхность, механического повреждения их в месте соприкосновения подвижного элемента с корпусом и других причин.

Проведен анализ моделей насосных блоков для перекачки биологических жидкостей с внешним приводом. В результате выявлено, что при использовании стационарных систем, как правило, применяется пневматический привод.

Управление электрогидравлическим насосом и низконапорным клапаном с магнитожидкостными элементами осуществляется с помощью электромагнитного поля. Сформулированы основные требования, соблюдение которых необходимо при управлении магнитожидкостными элементами насоса и клапанов. Для обоснования конструкции индуктора электромагнитного поля проведен обзор генераторов распределенных электромагнитных полей, на основании которого составлена классификация исполнительных устройств по следующим признакам: по характеру работы, виду воздействия на исполнительный элемент, способу создания возвратной силы, числу обмоток, назначению, скорости действия, конструктивному исполнению, роду тока, способу включения обмоток, форме зависимости от воздействия, характеру движения якоря, исполнению катушки, наличия стопа и расположения якоря. Определены области применения электромагнитов, в том числе в медицине, где они используются в составе различных физиотерапевтических аппаратов, в современных аппаратах для внутриаортальной контрпульсации в качестве исполнительного элемента, а также при создании аппаратов искусственного кровообращения. За основу при проектировании генератора электромагнитных полей выбрана многослойная цилиндрическая катушка, предназначенная для создания управляющего поля внутри секций.

По результатам проведенного патентного поиска выполнена классификация устройств синтеза электромагнитных полей. Показано, что синтез управляемых электромагнитных полей с заданной пространственной геометрией является сложной технической задачей, требующей использования микропроцессорной системы управления.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям в области управления магнитожидкостным элементом для транспортировки биологических жидкостей. Проведен анализ методов синтеза пространственно-распределенных электромагнитных полей, в результате которого за основу при создании генератора электромагнитного поля выбран интегральный метод. Он позволяет учитывать форму, размеры и геометрию рабочей области синтезируемого поля, вследствие чего именно этот метод наиболее полно решает задачу нахождения оптимального распределения токов по секциям генератора и создания электромагнитного поля, управляющего магнитожидкостными элементами для перекачки биологических жидкостей в системах медицинского назначения.

Задача разработки управления циркуляцией основана на использовании магнитных жидкостей (МЖ) в специальных упругих элементах. Выполнен анализ существующих МЖ, представляющих собой коллоидный раствор жидкой основы с твердой фазой ферро- или ферримагнетика, окруженной поверхностно-активными веществами, предотвращающими их слипание, в результате чего предложена классификация, представлены области применения, а также основные характеристики и свойства МЖ. Особое внимание уделено применению МЖ в медицине. Магнетит, используемый в качестве дисперсной фазы в МЖ, в отличие от многих других металлов и их соединений для человеческого организма практически безвреден. В настоящее время разработаны так называемые медицинские МЖ на гидрофобной основе.

Описан механизм воздействия электромагнитного поля на МЖ, заключающийся в перемещении ее в область более сильного воздействия.

Проведен анализ магнитожидкостных элементов, представляющих собой упругую оболочку, полностью заполненную МЖ, обладающей текучестью и способностью ощутимо взаимодействовать с внешним магнитным полем. Компонента FMi вектора объемной силы FM, которая действует на бесконечно малый элемент МЖ, находится из выражения где FMi – модуль вектора объемной магнитной силы, Н/м3;

p – давление, Па;

xi – координата оси х, м;

Н – напряженность магнитного поля, А/м;

В – магнитная индукция, Тл;

0 магнитная проницаемость вакуума, Гн/м;

М – максимальная намагниченность МЖ, А/м;

– градиент давления в направлении оси xi Па/м.

В формуле (1) второй член описывает электромагнитную силу, известную в магнитной гидродинамике, которой в непроводящей жидкости можно пренебречь. Тогда магнитная объемная сила определяется по формуле где FM объемная магнитная сила, Н/м3;

Н – градиент напряженности магнитного поля, А/м2;

и определяет степень воздействия стационарного неоднородного электромагнитного поля на магнитную жидкость, которое заключается в перемещении объема жидкости в область более сильного поля. Таким образом, для перемещения МЖ необходимо создать поле соответствующей конфигурации.

Выполнен векторно-энергетический анализ ламинарного течения жидкости по цилиндрической трубе внутри генератора электромагнитного поля. Расчеты основаны на использовании уравнения вектора (Умова) напорного движения жидкости по входному и выходному каналам, общего уравнения в напряжениях, распределения скоростей, максимальной скорости по сечению и скорости силового потока энергоносителя. В результате получены распределения скоростей рабочей жидкости при различной длине, диаметре и перепаде давления внутри исполнительного устройства. На основании проведенного анализа построен трехмерный график скорости потока жидкости в проточной части пятисекционного исполнительного устройства волнового типа.

Это позволяет учитывать распределения скоростей жидкости, что в свою очередь дает возможность синтезировать устройство с энергетически минимальными затратами.

Проведен анализ полей УмоваПойнтинга с ортогональным взаимодействием управляющего и силового потоков, который является основополагающим, поскольку способствует формированию минимально избыточных энергетических управляющих воздействий.

В третьей главе проведен расчет и моделирование электромагнитных полей, воздействующих на магнитожидкостный элемент, являющийся поршнем для перекачивания биологических жидкостей в системах медицинского назначения. В зависимости от рода и точности практическое решение задач магнитостатики основывается на аналитических, численных и графических методах расчета. Составлена классификация методов расчета, отмечены их достоинства и недостатки и в качестве базовых методов для оценки поля электромагнитного генератора выбраны расчет по уравнению Максвелла и проекционносеточный метод, к которому относится метод конечных элементов.

При управлении аппаратами циркуляции биологических жидкостей необходимо учитывать информацию о состоянии насоса: расход электрогидравлического насоса; давление жидкости на входе/выходе;

частоту выброса жидкости; ударный объем и т.д. Для регулирования данных параметров требуется исследование степени воздействия электромагнитного поля на магнитожидкостный элемент.

Проведен анализ функциональной схемы элементов управления потоком биологической жидкости при помощи магнитожидкостного поршня. Генератор электромагнитного поля представлен как элемент с распределенными параметрами (рисунок 1), а его динамика описана операторами системы с распределенными параметрами.

1 – патрубок; 2 – генератор электромагнитного поля; 3 – МЖ поршень Рисунок 1 – Структура секции генератора с магнитожидкостным поршнем в состоянии покоя и при воздействии электромагнитного поля Проведена оценка осевой компоненты BZ в проточной части, т.е.

в пределах ширины управляющей обмотки. Для k слоев обмотки управления магнитная индукция на оси Z определяется выражением где I – ток в витке секции генератора, А;

d – диаметр провода, м;

N1 – число витков катушки;

k – количество слоев обмотки.

Проведен анализ электромагнитного поля на оси обмотки, в результате которого получено распределение индуктивности магнитного поля, что является основой для анализа объемных сил, возникающих в магнитной жидкости, которые, изменяя форму магнитожидкостного элемента, управляют потоком биологической жидкости.

Методика определения электромагнитного поля, создаваемого генератором, основана на нахождении поля одного кругового контура с током. Вычислен векторный потенциал, а также выведены формулы проекций вектора магнитной индукции в исследуемой точке. Затем осуществлен переход от одного витка к катушке в целом путем интегрирования полученных выражений для одного витка по всем областям секции катушки. В результате составляющие вектора магнитной индукции секции генератора электромагнитных полей для аппарата циркуляции биологических жидкостей определяются выражениями где а – абсолютная магнитная проницаемость среды, Гн/м;

J – плотность тока, А/м2;

– радиус кругового контура с током, м;

rQ – расстояние от точки в пространстве, в которой определяется поле до оси Oz, м;

r – расстояние от точки, в которой определяется поле до точки источника поля, м;

RB, RH – радиальные координаты, м;

b1,b2 – осевые координаты, м;

zM – расстояние от точки источника поля М до некоторой точки в пространстве, м;

rM – расстояние от центра катушки до точки источника поля М, м;

– угол поперечного сечения, рад.

Таким образом, проведены расчеты градиентных магнитных полей для заданных конструктивных параметров генератора электромагнитного поля, а также получены числовые значения составляющей векторного потенциала, магнитной индукции и напряженности магнитного поля на поверхности (таблица 1) и внутри магнитожидкостного элемента. Это позволяет составить полную картину электромагнитного поля внутри генератора и подтверждает правильность расположения магнитожидкостного элемента (в центре внутри секции), выбора геометрических и электрических параметров секции.

Таблица 1 – Расчетные данные поля на поверхности магнитожидкостного элемента при наличии воздействия электромагнитного поля ты точки zQ;rQ, м 0,018;

0, 0,016;

0, 0,014;

0, 0,015;

0, 0,011;

0, 0,01;

0, 0,0095;

0, 0,0085;

0, Проведено моделирование пяти секций электромагнитного генератора, управляющего магнитожидкостным элементом, в программной среде Femlab. В результате моделирования получены распределения магнитной индукции и напряженности магнитного поля (рисунок 2).

Рисунок 2 – Распределение напряженности поля при относительной магнитной проницаемости МЖ µ = 2, Максимальные значения магнитной индукции и напряженности магнитного поля при различных значениях магнитной проницаемости представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Магнитная индукция и напряженность магнитного поля при различных значениях относительной магнитной проницаемости магнитная проницаемость µ индукция Вmax, Тл Проведенное моделирование показало, что наличие внутри катушки магнитного вещества способствует втягиванию линий магнитной индукции и приводит к спаду продольной компоненты поля вокруг катушки. При изменении магнитной индукции на 7 % падения градиента напряженности составляет более 80 %. Увеличение напряженности приводит к незначительному возрастанию индукции, что объясняется магнитным насыщением.

В результате моделирования были подобраны оптимальные значения напряженности поля для эффективного управления магнитожидкостным поршнем аппарата циркуляции биологических жидкостей. Данные, полученные в результате моделирования, согласуются с расчетными.

В четвертой главе обоснован выбор конструкции генератора электромагнитного поля и функциональной схемы системы управления. В качестве генератора распределенных электромагнитных полей выбрана многослойная семисекционная цилиндрическая катушка, конструкция которой представлена на рисунке 3.

Две крайние секции предназначены для обеспечения функционирования входного и выходного клапанов, а секции со второй по шестую обеспечивают управление электрогидравлическим насосом.

Полный цикл работы электромагнитного генератора состоит из трех этапов: 1) входной клапан открыт, выходной закрыт, на обмотках исполнительного элемента напряжение отсутствует, рабочая полость заполнена жидкостью; 2) положение клапанов не меняется, но на обмотки исполнительного элемента поочередно подается напряжение питания, и образованная «волна», как поршень, передвигается к выходному клапану; 3) производится выпуск жидкости за счет одновременного открытия выходного клапана и закрытия входного. После этого происходит возвращение поршня в начальное положение и цикл повторяется.

1 – исполнительный элемент волнового типа; 2 – исполнительные элементы Рисунок 3 – Базовая схема системы контроля параметров МЖ Разработана функциональная схема системы управления семисекционным электромагнитным приводом, которая включает в себя микроконтроллер, электронный блок управления, датчики давления и перемещения и исполнительный элемент (рисунок 4).

В связи с тем, что при перемещении «волны» магнитожидкостного элемента происходит изменение индуктивности соответствующей секции катушки, в системе используются индуктивные датчики положения. Исполнительные элементы клапанного типа контролируются аналогичным образом, но индуктивность в катушке определяется изменением размера магнитожидкостного элемента в пределах секции.

В системе управления электромагнитным приводом аппарата циркуляции биологических жидкостей используются датчики давления, расположенные перед входным и после выходного клапана. В них упругий чувствительный элемент выполнен в виде магнитожидкостного элемента, помещенного внутри двух катушек, аналогичных используемым в исполнительных элементах клапанного и волнового типов.

ДИ1ДИ7 – датчики индуктивности; ДД – датчик давления;

ОУ1ОУ7 – операционные усилители; ПД – преобразователь давления;

ОТК1ОТК7 – оптотиристорные ключи; ЭБУ – электронный блок управления;

АК – аналоговый компаратор; ИОН – источник опорного напряжения Рисунок 4 – Функциональная схема системы управления Представлено описание электрической принципиальной схемы электронного блока управления, преобразующего сигнал, поступающий с микроконтроллера и коммутирующий выходное напряжение на секции индуктора электромагнитных полей согласно управляющей программе, обеспечивающей заданные режимы функционирования.

Блок-схемы интерфейсной и управляющей частей программы представлены на рисунке 5.

Разработан и изготовлен экспериментальный стенд и проведены исследования циркуляции жидкости, подтверждающие принципиальную возможность электромагнитного управления электрогидравлическим насосом и клапанами с магнитожидкостными элементами.

Выполнена статистическая обработка результатов эксперимента.

Согласно полученным данным исследованы статика и динамика макетного образца и проведена корректировка конструкции индуктора электромагнитного поля для улучшения его быстродействия.

В приложениях представлены:

приложение А – результаты измерений сопротивлений секций электромагнитного индуктора и их статистическая обработка;

приложение Б – зависимость пускового тока генератора электромагнитных полей от массы поршня для перекачки биологических жидкостей;

приложение В – листинги программных блоков;

приложение Г – документы о внедрении результатов работы и экспертные оценки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Доказана целесообразность использования в системах медицинского назначения упругих магнитожидкостных элементов для построения клапанов и электрогидравлического насоса системы управления циркуляцией биологических жидкостей, позволяющей существенно снизить разрушение форменных элементов (в частности крови) в результате прямых механических воздействий.

2 Проведен анализ физических процессов, происходящих в магнитной жидкости при воздействии неоднородного электромагнитного поля, и предложены конструкция системы и способ управления магнитожидкостным рабочим органом электрогидравлического насоса, уменьшающие степень травматичности при циркуляции биологических жидкостей в системах медицинского назначения.

3 Разработана математическая модель электромагнитного управления циркуляцией биологических жидкостей, позволяющая провести анализ влияния неоднородного магнитного поля с учетом воздействия на магнитожидкостный элемент и учитывать геометрические параметры генератора и свойства материала магнитожидкостного элемента.

4 На основании теоретических исследований предложена конструкция и разработан действующий образец системы электромагнитного управления аппаратами циркуляции биологических жидкостей в системах медицинского назначения.

5 Проведены экспериментальные исследования, в результате которых получены статические и динамические характеристики перемещения магнитожидкостного элемента, подтверждающие проведенные теоретические исследования.

6 Сформулированы рекомендации к внедрению разработанного принципа циркуляции биологических жидкостей в отделениях реанимации, пунктах переливания крови медицинских учреждений, в различных системах дозирования (фармацевтические предприятия, лаборатории, промышленные отрасли), а также в учебном процессе.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1 Корнилова, Н. В. Оценка осевой компоненты электромагнитного поля при управлении магнитожидкостными сенсорами / А. В. Власов, Н. В. Корнилова // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2011. – № 3 (57). – С. 96–103.

2 Корнилова, Н. В. Статические и динамические характеристики электромагнитной управляющей оболочки аппарата «Искусственное сердце» / М. А. Щербаков, Н. В. Корнилова // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2011. – № 3 (58). – С. 196–200.

3 Корнилова, Н. В. Анализ электромагнитного поля системы управления генерирующей оболочки / М. А. Щербаков, А. В. Власов, Н. В. Корнилова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2012. – № 1 (21). – С. 116–123.

4 Корнилова, Н. В. Постановка задачи разработки пространственно распределенного генератора электромагнитных полей для аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова, А. В. Власов // Современные технологии в машиностроении : сб. тр. XII Междунар. науч.практ. конф. – Пенза : ПДЗ, 2008. – С. 245–247.

5 Корнилова, Н. В. Электромагнитная управляющая оболочка для магнитно-жидкостных элементов аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова, А. В. Власов // Современные проблемы электрофизики и электродинамики жидкостей : сб. докл. IX Междунар. науч.

конф. – СПб. : СОЛО, 2009. – С. 330–332.

6 Корнилова, Н. В. Требования к источникам питания магнитножидкостных сенсоров аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова, А. В. Власов // Современные технологии в машиностроении :

сб. тр. XIII Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : ПДЗ, 2009. – С. 200–202.

7 Корнилова, Н. В. Обоснование параметров управляющей электромагнитной оболочки для МЖ сенсоров аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова, А. В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах : сб. ст. XI межвуз.

науч. конф. – Балаково : СООО «АН ВЭ», 2009. – С. 44–48.

8 Корнилова, Н. В. Анализ формирователей пространственно распределенных электромагнитных полей / А. В. Власов, Л. Е. Поторочина, Н. В. Корнилова // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах : сб. ст. XI межвуз. науч. конф. – Балаково : СООО «АН ВЭ», 2009. – С. 48–55.

9 Корнилова, Н. В. Экспериментальный стенд для аппарата «Искусственное сердце» / А. В. Власов, А. В Анацкий, Н. В. Корнилова // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах : сб. ст. XI межвуз. науч. конф. – Балаково : СООО «АН ВЭ», 2009. – С. 56–62.

10 Корнилова, Н.В. Обзор методов анализа и синтеза магнитных полей» / Н. В. Корнилова // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах : сб. ст. XI межвуз. науч. конф. – Балаково : СООО «АН ВЭ», 2009. – С. 62–68.

11 Корнилова, Н. В. Создание модели секции электромагнитного исполнительного элемента / Н. В. Корнилова, М. А. Щербаков // Разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий и устройств : сб. ст. междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : ПДЗ, 2010. – С. 106–110.

12 Корнилова, Н. В. Схема управления электромагнитной генерирующей оболочкой аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова // Современные технологии в машиностроении : сб. ст. XIV Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : ПДЗ, 2010. – С. 361–363.

13 Корнилова, Н. В. Анализ динамики осевой компоненты электромагнитного поля при управлении магнитожидкостными сенсорами / Н. В. Корнилова, А. В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах : сб. ст. XI межвуз. науч.

конф. – Балаково : СООО «АН ВЭ», 2010. – С. 59–66.

14 Корнилова, Н. В. Экспериментальные исследования электромагнитной генерирующей оболочки / Н. В. Корнилова, А. В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах : сб. ст. XI межвуз. науч. конф. – Балаково : СООО «АН ВЭ», 2010. – С. 132–137.

15 Корнилова, Н. В. Магнитожидкостные сенсоры в системе управления аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова // Информационные и управленческие технологии в медицине и экологии :

сб. ст. V Всерос. науч.-техн. конф. – Пенза : ПДЗ, 2011. – С. 48–50.

16 Корнилова, Н. В. Конструкция и экспериментальные исследования электромагнитной генерирующей оболочки / Н. В. Корнилова // Информационные технологии, автоматизация, системы автоматизированного проектирования промышленных систем строительных объектов : сб. науч. тр. III Всерос. науч.-техн. конф. – Саратов : СГТУ, 2011. – С. 188–191.

17 Корнилова, Н. В. Математические методы при синтезе электромагнитной оболочки на основе двух катушек управления / Н. В. Корнилова // Математические методы в технике и технологиях :

сб. докл. XXIV Междунар. науч. конф. ММТТ-24 ШМУ-16 и программы У.М.Н.И.К. – Саратов : СГТУ, 2011. – С. 50–52.

18 Корнилова, Н. В. Семисекционная управляющая электромагнитная оболочка для гидравлического привода / Н. В. Корнилова, А. В. Власов // Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: сб. ст. XII межвуз. науч. конф. – Балаково : СООО «АН ВЭ», 2011. – С. 118125.

19 Корнилова, Н. В. Электромагнитная генерирующая оболочка как элемент аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова // Экологические проблемы современности : сб. ст. VIII Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза : ПДЗ, 2012. – С. 50–53.

20 Корнилова, Н. В. Электромагнитная управляющая оболочка для магнитожидкостных сенсоров аппарата «Искусственное сердце» / Н. В. Корнилова // Современные проблемы электрофизики и электродинамики жидкостей : сб. докл. Х Междунар. конф. – СПб. : СОЛО, 2012. – С. 225–227.

КОРНИЛОВА Наталья Валерьевна

СРЕДСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЦИРКУЛЯЦИЕЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Специальность 05.11.17 – Приборы, системы и изделия Технический редактор М. Б. Жучкова Компьютерная верстка М. Б. Жучковой Распоряжение № 7/2013 от 12.03.2013 г.

Формат 60841/16. Усл. печ. л. 1,16.

Тел./факс: (8412) 56-47-33; e-mail:[email protected]