VIOLET RAY – VOX ELEKTROMEDICINSKI APARATI


Danas je nabavljen elektroterapijski uređaj zagrebačke tvrtke „Rex Elektroterapijski uređaji“ iz prve polovice prošlog stoljeća.  Ovakvi uređaji postali su izuzetno popularni u 1920-tim godinama pod nazivom „Violet Ray“, a elektroterapijska svojstva temelje se na navodnom pozitivnim djelovanju svjetla (luminiscencije) koje se javlja prilikom električnog izboja nekih plemenitih plinova izloženih visokom naponom visoke frekvencije.

violet_ray_vox_08

U počecima su se ovakvim uređajima pripisivala nebrojena pozitivna svojstva, terapijski učinci i uspješna liječenja najrazličitijih bolesti kod čovjeka. U drugoj polovici prošlog stoljeća pojavili su se novi elektroterapijski uređaji koji su koristili druge principe pa je Violet Ray polako počeo gubiti na popularnosti. No u novije vrijeme pojavila se grana elektroterapije koja opet koristi različite boje svjetlosti kao metodu za različita liječenja (fototerapija). Ovdje se doduše najviše koriste laseri, međutim, neki proizvođači još uvijek na tržištu nude verzije klasičnog  Violet Ray uređaja, koji se od onih iz 1920-tih godina razlikuje jedino po plastici koja je zamijenila drvene i bakelitne dijelove te po nešto modernijem sklopu za generiranje visokog napona visoke frekvencije. Uglavnom i u jednom i u drugom slučaju govori se o prodoru svjetlosnog vala visoke frekvencije u dubinu ljudskog tkiva te pozitivnim kemijskim procesima koji se prilikom toga počinju na tom mjestu odvijati.

Na stranici GALERIJA pod rubrikom ELEKTROTERAPIJA naveli smo osnovne činjenice o utjecaju električnih struja na ljudsko tijelo, kao i pretpostavke na kojima se temelje različiti elektroterapijski uređaji za osobnu upotrebu.

violet_ray_vox_05

ELEKTRODE VIOLET RAY UREĐAJA

Kao elektroda koristi se stakleni balon sa utaljenom metalnom elektrodom. Balon je ispunjen plinom argonom pod sniženim tlakom. Pri visokom naponu dolazi do prolaska električnog naboja kroz plin (električni izboj) i njegove ionizacije pri čemu, između ostalog, dolazi do efekta luminiscencije (svjetlucanja) plina argona u ljubičastoj boji (otuda naziv Violet Ray). Boja svjetlucanja ovisi o vrsti i tlaku plina koji se koristi u balonu tako da se za neke druge boje mogu koristiti drugi plinovi (neon za narančasto crveno, argon za plavo, natrij za žuto itd.). Opisani stakleni baloni ili cijevi najrašireniji su kod neonskih reklama, potječu iz 1850-tih godina, a nazivaju se još Geisslerove ili Plückerove cijevi. Elektrode za Violet Ray uređaje izrađivale su se u nekoliko desetaka različitih oblika kako bi ih se moglo pogodno prislanjati na više mjesta na površini ljudskog tijela.

violet_ray_vox_06

IZVOR VISOKOG NAPONA

Poznato je da struje veće frekvencije imaju manji negativni utjecaj na ljudsko tijelo, a struje frekvencije veće od 10 kHz više ne izazivaju grčenje i kontrakcije mišića jer se u najvećem dijelu rasprostiru samo po površini kože (skin-efekt). No, to svejedno ne znači da su bezopasne jer jake struje na površini kože i dalje zbog toplinskog efekta mogu izazvati ozbiljne opekline i ozljede. Zato je za „sigurno“ vođenje struje po površini kože važno da ona bude dovoljno visoke frekvencije ali također i ograničena po svojoj jakosti.  Naš Violet Ray elektroterapijski uređaj daje na svom izlazu vršni napon od oko 17 kV, frekvencije od 90-450 kHz, sa vršnom jačinom struje do 500 mA (efektivno ona u praksi iznosi oko 45 mA).

violet_ray_vox_07

Kad govorimo o izmjeničnom visokom naponu visoke frekvencije nezaobilazno je spomenuti Nikolu Teslu i njegove rezonancijske transformatore. Iako je Tesla u nekim svojim raspravama govorio o pozitivnim učincima izmjeničnih struja visoke frekvencije na ljudsko tijelo, on sam nije nikad patentirao praktičnu napravu za tu svrhu. Teslin rezonantni transformator, kao što sama riječ govori, koristi efekt rezonancije za postizanje maksimalnog prijenosa elektromagnetske energije s primarne na sekundarnu zavojnicu transformatora.

Radi se o dva rezonantna LC kruga: jedan koji čini zavojnica i kondenzator na primarnoj strani (L1 C1) i drugi koji čini zavojnica i kapacitet između zavoja te zavojnice na sekundarnoj strani (L2 C2). Primarni titrajni krug napaja se u ciklusima pražnjenja energije uskladištene u kondenzatoru preko iskrišta. Opisati ćemo što se događa tijekom jednog takvog ciklusa:

  1. Električni krug je zatvoren preko izvora napajanja, primarne zavojnice i kondenzatora. U tom krugu kondenzator se nabija na određenu vrijednost napona.
  2. U trenutku dok napon na kondenzatoru postane dovoljno visok da probije zrak između kontakata iskrišta na tom mjestu se pojavi iskra. Kad kontakte iskrišta spoji električna iskra to električki predstavlja vodljivi put između kontakata, dakle iskrište možemo zamisliti kao sklopku koja zatvara kontakte preko iskre. Sada imamo zatvoreni strujni krug kondezator C1 – primarna zavojnica L1 – iskrište, odnosno u tom trenutku imamo spojeni paralelni titrajni krug L1 C1 koji se napaja preko energije uskladištene u vlastitom kondenzatoru C1. Energija se iz C1 prazni u primarnu zavojnicu L1 i to u prvom krugu najjače, a zatim sve slabije i slabije dok se ne potroši sva energija uskladištena u kondenzatoru. Na taj način u primarnom LC krugu dobijemo klasično prigušeno titranje energije na rezonantnoj frekvenciji tog titrajnog kruga.
  3. Oscilacije energije u primarnoj zavojnici L1 induciraju energiju iste frekvencije u sekundarnoj zavojnici L2. Induktivitet zavojnice L2 sa vlastitim kapacitetom C2 koji postoji između velikog broja namota tvori drugi titrajni krug L2 C2. Ukupnom kapacitetu sekundarne zavojnice L2 također doprinosi i kapacitet između toroida kojim završava VN namot i uzemljenja. Teži se tome da titrajni krugovi L1 C1 i L2 C2 imaju istu rezonantnu frekvenciju kako bi prijenos energije bio najveći. To je posebno važno jer se kod VN transformatora visoke frekvencije ne mogu koristiti željezne jezgre zbog velikih gubitaka koje bi u njima nastajale.
  4. Navedena tri ciklusa se stalno ponavljaju pa se izlazni valni oblik sastoji od niza titraja kojima se u domeni vremena stalno mijenja veličina amplitude (spoj prigušenih titraja). Ukoliko želimo da se sva energija iz primarne prenese na sekundarnu zavojnicu, primarni krug je potrebno podesiti da se iskre na iskrištu događaju u pravom trenutku, a to je trenutak kad kondenzator potroši svu uskladištenu energiju i napon padne na nulu. U tom trenutku preko iskre se treba zatvoriti novi krug istitravanja. Ukoliko to nije podešeno može se dogoditi da se energija prenesena u sekundarnu zavojnicu ponovno indukcijom prenosi u primarnu zavojnicu.

violet_ray_vox_10

U opisu rada Teslinog transformatora nećemo dalje ulaziti u dubinu svih procesa koji se pri tome događaju jer to nije cilj ove objave. Na prikazanoj shemi Teslinog transformatora date su neke okvirne vrijednosti da se shvate teoretski odnosi između veličina. Vidi se da se primarni titrajni LC krug sastoji od zavojnice malog induktiviteta (malo namota debele žice) kojoj je dodan veliki kapacitet dok s druge strane sekundarni titrajni krug ima zavojnicu velikog induktiviteta (puno namota tanke žice) kojoj se pridodaje mali unutarnji kapacitet. Tako iz formule o rezonantnoj frekvenciji titrajnog kruga na obje strane imamo vrijednosti koje će dati približno iste rezonantne frekvencije oba titrajna kruga.

Kod projektiranja Teslinog transformatora potrebno je izračunima dobiti teoretske podatke o zavojnicama i kapacitetima jer poslije se vrijednosti L i C u titrajnim krugovima ne mogu na jednostavan način mijenjati u širokim granicama. U sekundarnom krugu zbog vrlo visokih napona dodavanje vanjskih kondenzatora bilo bi jako nepraktično, pa se sve bazira na unutarnjem kapacitetu zavojnice koji se kasnije donekle može korigirati dimenzijama torusa. Međutim, stvari u praksi tu opet nisu jednostavne jer o veličini i obliku torusa ovisi rasprostiranje i jačina energije (iskre) koja se generira iz njega. U primarnom krugu pak se može izvesti zavojnica po kojoj bi se jedan priključak mogao pomicati u cilju prilagodbe rezonancije ali time se mijenjaju i odnosi transformacije napona. Najjednostavnije je mijenjati kapacitet kondenzatora u primarnom krugu ali je tu istovremeno potrebno i prilagoditi iskrište, jer se promjenom kapaciteta također mijenja više odnosa u titrajnom krugu.

Treba računati i na gubitke koji nastaju na omskim otporima i iskrištu (energija pretvorena u toplinu), a dio energije pretvori se i u elektromagnetski val. Sve ovo je posebno naglašeno zbog malih vrijednosti struja koje se transformiraju u Teslinom transformatoru (sličnu pojavu smo objašnjavali u objavi IONIZATOR ZRAKA).  Ako ćemo dati neke okvirne podatke iz prakse, vršni napon na sekundaru može iznositi 800 KV ali zbog oblika amplitude izlaznog visokog napona i gubitaka, efektivni napon će pri tome biti samo oko 300 KV. Napon na sekundaru naravno drastično pada kad dođe do proboja iskre. Ovim natuknicama želimo skrenuti pozornost kako se iza ovog naizgled jednostavnog sklopa i lako shvatljivog osnovnog teoretskog principa krije relativno složena kombinacija čimbenika koje trebamo uzeti u obzir prilikom praktičnog projektiranja Teslinog transformatora kako bi se iz njega izvukao željeni maksimum.

Kod Teslinog transformatora važno je zamijetiti da se radi o bežičnom prijenosu energije s jedne zavojnice na drugu, što je pak temelj radio prijenosa. Unatoč rezonanciji, kod ovakvog prijenosa energije gubici uvelike rastu kako se povećava snaga i udaljenost na koju istu treba prenijeti. To je praktični problem koji se sve do danas pokušava riješiti, za sada uglavnom sa malo uspjeha.

violet_ray_vox_01

Danas je najraširenija primjena VN transformatora (bobina) kod svih vrsta benzinskih motora gdje visoki napon služi za stvaranje iskre na svjećicama motora preko kojih se zapaljuje smjesa goriva i zraka u cilindru motora (nekada je raširena primjena bila i kod svih vrsta CRT monitora i televizora).  Kod starijih tipova benzinskih motora brzi prekidi primarnog kruga dobivali su se mehaničkom sklopkom vezanom na osovinu motora (platine). Zbog pojave iskre između kontakata platinskog prekidača neminovno je dolazilo do njegovog relativno brzog trošenja pa je kasnije ta mehanička sklopka zamijenjena elektronskim prekidačem. U konačnici, u primarni krug zavojnice VN transformatora može se spojiti na bilo kakav generator izmjeničnog napona dovoljno visoke frekvencije kako bi se na sekundaru dobio visoki napon iste te frekvencije. U cijeloj tom sustavu najvažnije je postići što bolju rezonanciju primarnog i sekundarnog LC titrajnog kruga, što se postiže proračunima dimenzija i broja namota zavojnica VN transformatora s obzirom na frekvenciju i napon koji želimo dovesti u primarni krug.

violet_ray_vox_03

Teslin transformator temelj je i svakog Violet Ray uređaja. U našem Violet Ray uređaju brze prekide u primarnom krugu stvara elektromagnetski relej spojen kao vibrator (zujalica). Kao što se vidi na shemi kontakti releja su sa njegovom zavojnicom povezani tako da se relej stalno otvara i zatvara. Naime, čim se relej pod utjecajem struje zatvori, tog trenutka se i prekine napajanje zavojnice releja pa se on otvori. No čim se relej otvori, tog trenutka se ponovno spoji napajanje releja te se on opet zatvori. Ovaj ciklus se stalno ponavlja, a brzina (frekvencija) može se u nekim granicama mehanički podesiti na način da se odredi dužina puta koju kontakt releja mora proći između dva ciklusa (ako je taj put kraći, brzina ciklusa će biti veća). Kod Teslinog transformatora primar je napajan visokim naponom i malom strujom, dok se kod ovog primjera koriste manji naponi ali i veće struje.

violet_ray_vox_02

Ako želimo kod kuće napraviti visokonaponski visokofrekvencijski transformator koji će generirati iskru vjerojatno je najlakši, najpraktičniji i najjednostavniji način da se nabavi bilo kakva bobina za automobilski benzinski motor, relej za 12V koji se također koristi u automobilu za uključivanje jačih trošila (svjetlo, klima) i kondenzator (može također biti iz automobila). Kondenzator čak i nije neophodan za rad VN transformatora, međutim, on u primarnom krugu VN transformatora ima više uloga. U prvom redu to je kontrola energije koja će proizvesti iskru između kontakata releja u primarnom krugu. Kondenzator skladišti energiju iz izvora i primarne zavojnice, te kad ista dosegne određenu vrijednost oslobađa se preko iskre u krugu primarne zavojnice. Na taj način se kontrolira frekvencija i jačina struje koja teče kroz primar, što u konačnici utječe i na izlazni napon (iskru) koju dobivamo na sekundaru.  Kondenzator dakle preuzima na sebe dio energije pa se njime s jedne strane djelomično kompenzira iskra koja se javlja između kontakata releja i koja u radu polako sagorijeva te kontakte, a s druge strane se i kompenzira povratni strujni udar uslijed indukcije iz primarne zavojnice koji pak stvara radio interferencijske smetnje, a može i uništiti sklopove elektroničkog generatora primarnog napona. No kondenzator u primarnom strujnom krugu također služi i kao element za postizanje rezonancije sa sekundarnim krugom, kako smo već opisali kod Teslinog transformatora. Varijacije vezanja kondenzatora u primarnom krugu, kao i njegove vrijednosti su različite i u našem slučaju ih je najbolje odrediti pokusima u rasponu od 0,1 do 2 uF. U svakom slučaju sa ugradnjom kondenzatora u primaru postići će se puno jača iskra na sekundaru nego kad bi isti bio izostavljen, vijek trajanja releja će biti duži, a radio smetnje koje proizvodi ovakav sklop će biti manje.

Za napajanje može poslužiti istosmjerni ili izmjenični izvor od 12V / 5A. Automobilske bobine mogu na izlazu dati napone u rasponu 5 do 30 kV ovisno o tipu. U praksi visoki napon od 1 kV daje iskru na razmaku elektroda od 1 mm, pa se iz sekundara bobine može očekivati stalna iskra duljine cca 0,5 do 3 cm. Bilo bi dobro da je relej (12V) koji ćemo koristiti deklariran za što veće struje, barem za 5A, kako bi kontakti što duže izdržali stalna preklapanja i iskrenja. Kondenzator također neka bude za što više napone, barem 200V, kako bi bolje podnio opterećenja. Osim za dobivanje iskre, ovakvim VN transformatorom možemo testirati i bežični prijenos energije tako da mu približimo fluorescentne ili neonske lampe koje će svijetliti u blizini sekundara VN transformatora.

violet_ray_vox_04

Napajanje primara VN transformatora pomoću releja je relativno jeftino i jednostavno te daje dovoljno stabilni VN napon na sekundaru pa se u pravilu takav pogonski sklop (driver) koristio kod svih Violet Ray uređaja. No s druge strane uređaj troši dosta struje u primaru pa mu učinkovitost nije visoka. Također interferencijske smetnje koje proizvodi je teško u potpunosti filtrirati, a tijekom dužeg neprekidnog rada dolazi do zagrijavanja zavojnica transformatora kao i do neminovnog pregaranja kontakata releja nakon određenog vremena rada. Treba voditi računa da Teslini VN transformatori nemaju nikakvih željeznih jezgri jer bi zbog visokih frekvencija (od nekoliko stotima kHz do nekoliko stotina MHz) u njima nastajali veliki gubici. Opisanim Teslinim transformatorima sa iskrištem ili vibratotom postižu se rezonantene frekvencije u rasponu od 90-450 kHz. Automobilska bobina je predviđena za relativno niske rezonantne frekvencije (oko 3 kHz) pa zbog boljeg prijenosa energije ima jezgru od mekog željeza. Stoga u našem sklopu treba odabrati frekvenciju i napon napajanja koji neće puno prelaziti nazivne vrijednosti jer će dolaziti do jakog opterećenja bobine, zagrijavanja, a ako se duže koristi i uništenja. Brzina elektromagnetskog releja (vibratora) može se smanjiti ako se paralelno njegovoj zavojnici doda serijski spoj otpornika i kondenzatora.

violet_ray_vox_11

Na shemi našeg Violet Ray uređaja vidi se da sekundarna zavojnica VN transformatora nije galvanski odvojena od primarnog kruga sa mrežnim napajanjem od 220V. Na našem Violet Ray uređaju nije nigdje jasno označen nulti i fazni vodič mrežnog napajanja, te se lako može dogoditi da na izlaznoj VN priključnici imamo stalni kontakt sa faznim vodičem mrežnog napajanja. Ručica Violet Ray uređaja sa ugrađenim VN transformatorom je od izolacijskog materijala (bakelit) jednako kao i izloženi dio elektroda (staklo). Međutim, u uvjetima korištenja istih u nepovoljnim uvjetima, npr. kada bi drugi dio tijela bio u doticaju sa nekom vodljivom površinom prema uzemljenju, ili pri bilo kakvom nehotičnom doticaju kontakta elektrode na vrhu, odnosno proboja mrežnog napona prema tijelu ručice ili elektrode, moglo bi doći do strujnog udara korisnika. S druge strane, VN iskre mogu uzrokovati zapaljenje okolnih materijala, oštećenje izolacijskog materijala, a uz to i proizvode štetni ozon. Snažna elektromagnetska polja pak mogu uzrokovati EM smetnje i uništenje osjetljive elektronike. Elektrode zrače i u UV dijelu spektra pa u dužem kontaktu sa kožom mogu izazvati opekline. Prospekti za Violet Ray uređaje navode kako je preporučljivo vrijeme upotrebe najviše 5 minuta, a to je i zbog toga što nakon tog vremena već dolazi i do značajnog zagrijavanja VN transformatora i kondenzatora što može dovesti do proboja i niza drugih neželjenih posljedica.

Kad sve ovo imamo u vidu, unatoč teoriji o visokim frekvencijama i niskim strujama, eksperimentiranje s VN transformatorima, pogotovo onima napajanima mrežnim naponima, nije uvijek bezazleno i mnogo toga može poći u neželjenom smjeru. Stoga mi nećemo uključivati naš Violet Ray uređaj na mrežni napon prije zamjene žica i kondenzatora te provjere releja i VN transformatora prvo nižim naponima. Na slikama je vidljivo kako je kondenzator vjerojatno iscurio, a izolacijska smola VN transformatora unutar ručice je izgubila svoja svojstva. Stoga, uvažavajući sve navedeno, unatoč prirodnoj ljepoti električnih iskri, ja osobno ipak više preferiram niske napone, koji doduše ponekad sprže koju elektroničku komponentu, ali zato uvijek ostave na životu vrijednog elektroničara koji će istu već nekako zamijeniti novom 🙂

 

DODATAK_1

Danas je nabavljen još jedan primjerak istog uređaja. Uređaj je u nešto lošijem stanju od prethodnog primjerka ali dolazi sa originalnim priručnikom u kojem je opisan njegov princip rada i način upotrebe, svojstva i primjena svih elektroda, popis i način liječenja bolesti kao i iskustva zadovoljnih korisnika. Knjižicu u PDF formatu možete preuzeti OVDJE.

violet_ray_vox_14

Vanjština i unutrašnjost oba primjerka su vrlo slične, može se primijetiti kako ovaj uređaj ima dodatnu gumenu izolaciju navučenu na bakelitno tijelo držača elektrode sa VN transformatorom, te kako ovaj uređaj ima nešto manji kondenzator.

violet_ray_vox_12

Na ovom VN transformatoru lijepo se vidi primarni namotaj koji se sastoji od 11 namota lakom izolirane žice debljine oko 1 mm. Sekundarni namot vjerojatno je motan na drvenom tijelu u jednom sloju, cijelom dužinom vidljive papirnate izolacije.

violet_ray_vox_13

Leave a comment

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena.