Вибрационные системы и их применение
Формула / Реферат
1. Вибрационная система, включающая
вибрирующую пластину;
опорный элемент, окружающий вибрирующую пластину, совмещаемый с вибрирующей пластиной; и
вызывающий колебания элемент, окружающий опорный элемент,
отличающаяся тем, что вызывающий колебания элемент выполнен с возможностью радиального расширения и сжатия относительно опорного элемента для формирования осевых колебаний вибрирующей пластины.
2. Вибрационная система по п.1, отличающаяся тем, что вибрирующая пластина является круглой, опорный элемент имеет круглое сечение, в котором расположена круглая вибрирующая пластина, а вызывающий колебания элемент представляет собой кольцевой диск, имеющий центральное отверстие, в котором расположен опорный элемент.
3. Вибрационная система по п.2, отличающаяся тем, что опорный элемент является тонкостенным трубчатым элементом, и вызывающий колебания элемент представляет собой пьезоэлектрическое кольцо.
4. Вибрационная система по п.1, где вызывающий колебания элемент компланарно совмещается с периметром вибрирующей пластины.
5. Вибрационная система, включающая
круглую вибрирующую пластину, имеющую внешнюю окружность;
трубчатый элемент, концентрически расположенный вокруг внешней окружности пластины, совмещенный с круглой вибрирующей пластиной, который имеет внешнюю окружность; и
кольцевой вызывающий колебания элемент, концентрически расположенный вокруг внешней окружности трубчатого элемента, причем вызывающий колебания элемент радиально растягивается и сжимается относительно трубчатого элемента, чтобы заставить пластину вибрировать в осевом направлении.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что пластина имеет множество конусных отверстий.
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что ее толщина находится в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 100 мкм.
8. Система по п.6, отличающаяся тем, что пластина имеет форму купола.
9. Система по п.6, дополнительно включающая резервуар для жидкости, выполненный с возможностью подачи жидкости к пластине.
10. Система по п.6, отличающаяся тем, что трубчатый элемент имеет заостренный конец, приспособленный для извлечения жидкости из емкости для жидкости путем прокалывания мембраны, закрывающий отверстие в указанной емкости.
11. Система по п.5, отличающаяся тем, что толщина стенок трубчатого элемента составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5 мм.
12. Система по п.5, отличающаяся тем, что вызывающий колебания элемент включает пьезоэлектрическое кольцо.
13. Система по п.12, отличающаяся тем, что трубчатый элемент включает по меньшей мере один эластичный сегмент, расположенный в нем.
14. Система по п.13, отличающаяся тем, что кольцо расположено вокруг внешней окружности пьезоэлектрического кольца для регулировки рабочей частоты пьезоэлектрического кольца.
15. Система по п.5, дополнительно включающая установочную конструкцию, расположенную внутри трубчатого элемента, удерживающую круглую вибрирующую пластину.
16. Система по п.5, дополнительно включающая контроллер для управления радиальным расширением и сжатием вызывающего колебания элемента и провода, соединяющие контроллер с вызывающим колебания элементом.
17. Система по п.5, отличающаяся тем, что вызывающий колебания элемент выполнен извлекаемым из трубчатого элемента.
18. Способ вибрирования пластины, включающий этапы
установки вибрирующей пластины в опорную конструкцию, которая окружает пластину;
совмещения вибрирующей пластины с использованием опорной конструкции;
окружения опорной конструкции, включающей вибрирующую пластину, вызывающим колебания элементом, выполненным с возможностью расширения и сжатия в радиальном направлении; и
приведения в действие вызывающего колебания элемента для обеспечения радиального расширения и сжатия относительно опорного элемента для того, чтобы вызвать осевые колебания вибрирующей пластины.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что опорный элемент отфильтровывает колебания, отличные от осевых колебаний.
20. Способ вибрирования пластины, включающий
использование пластины, имеющей внешнюю окружность, и трубчатого элемента, расположенного вокруг внешней окружности пластины, причем указанный трубчатый элемент имеет внешнюю окружность;
совмещение пластины с использованием трубчатого элемента;
использование пьезоэлектрического кольца, концентрически размещенного вокруг внешней окружности трубчатого элемента в месте, совпадающем с внешней окружностью пластины; и
радиальное расширение и сжатие пьезоэлектрического кольца относительно трубчатого элемента, чтобы заставить пластину вибрировать в осевом направлении.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что пьезоэлектрическое кольцо вибрирует с частотой в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 500 кГц.
22. Способ по п.20, отличающийся тем, что пластина имеет множество отверстий, и дополнительно включающий подачу жидкости к пластине для аэрозолирования жидкости с получением капелек жидкости.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что капельки имеют размер в диапазоне от приблизительно 3 до 6 мкм, а жидкость аэрозолируется со скоростью от приблизительно 5 до приблизительно 20 мкл/с.
24. Способ по п.22, дополнительно включающий соединение резервуара с трубчатым элементом для подачи жидкости к пластине.
25. Система производства аэрозоля, включающая
пьезоэлектрическое кольцо, имеющее центральное отверстие с внутренней окружностью, выполненной с возможностью расширения и сжатия в радиальном направлении при электрической активации;
по меньшей мере одно электрическое соединение с указанным пьезоэлектрическим кольцом для его электрической активации;
трубчатый элемент, расположенный в центральном отверстии пьезоэлектрического кольца, причем указанный трубчатый элемент имеет внешнюю окружность, контактирующую с внутренней окружностью указанного центрального отверстия и цилиндрической стенкой, определяющей внутренний просвет, проходящий по длине трубчатого элемента;
круглую вибрирующую апертурную пластину, выполненную с возможностью аэрозолирования жидкости при ее осевой вибрации, расположенную поперек внутреннего просвета трубчатого элемента и контактирующую с внутренней окружностью просвета в месте, совпадающем с внутренней окружностью центрального отверстия пьезоэлектрического кольца, причем трубчатый элемент включает установочную конструкцию для опоры апертурной пластины; и
резервуар для жидкости, соединенный с трубчатым элементом таким образом, чтобы поставлять жидкость к вибрирующей апертурной пластине, таким образом радиальное расширение и сокращение пьезоэлектрического кольца против стенки трубчатого элемента заставляет апертурную пластину вибрировать в осевом направлении и аэрозолировать жидкость.
26. Система производства аэрозоля по п.25, отличающаяся тем, что вибрирующая пластина имеет форму купола и содержит множество конусных отверстий.
27. Система производства аэрозоля по п.25, отличающаяся тем, что пьезоэлектрическое кольцо включает пьезоэлектрический керамический материал.
28. Система производства аэрозоля по п.25, дополнительно включающая контур вентиляторной системы, функционально соединенный с трубчатым элементом для распределения аэрозоля, произведенного указанной вибрирующей апертурной пластиной, в указанный контур.
29. Система производства аэрозоля по п.25, отличающаяся тем, что пьезоэлектрическое кольцо, трубчатый элемент, вибрирующая апертурная пластина и резервуар расположены в корпусе распылителя, имеющего насадку для рта.
30. Способ изготовления вибрационной системы, включающий
совмещение вибрирующей пластины в опорном элементе, который окружает вибрирующую пластину; и
размещение вокруг опорного элемента вызывающего колебания элемента, выполненного с возможностью радиального расширения и сжатия относительно опорного элемента для формирования осевых колебаний вибрирующей пластины.
31. Способ по п.30, где опорный элемент является трубчатым и совмещение включает размещение вибрирующей пластшэы в трубчатом опорном элементе и в контакте с установочной структурой трубчатого опорного элемента.
32. Способ изготовления вибрационной системы, включающий
использование трубчатого элемента, имеющего продольный просвет;
совмещение и крепление круглой вибрирующей пластины в просвете трубчатого элемента так, что пластина перпендикулярна и закрывает просвет трубчатого элемента;
расположение трубчатого элемента в центральном отверстии пьезоэлектрического кольца таким образом, чтобы вибрирующая пластина в просвете трубчатого элемента была окружена пьезоэлектрическим кольцом, контактирующим с внешней окружностью трубчатого элемента; и
крепление пьезоэлектрического кольца к трубчатому элементу.
33. Способ изготовления вибрационной системы по п.32, дополнительно включающий этапы:
соединения гребня вокруг внутренней окружности трубчатого элемента;
расположения вибрирующей пластины на гребне и
пайки или сварки вибрирующей пластины и гребня.
34. Способ изготовления вибрационной системы по п.32, отличающийся тем, что пьезоэлектрическое кольцо соединяют с трубчатым элементом клеем, способным эффективно передавать вибрацию от пьезоэлектрического кольца трубчатому элементу.
35. Способ лечения пациента, включающий
использование вибрационной системы, включающей вибрирующую апертурную пластину, имеющую внешнюю окружность;
использование трубчатого совмещающего элемента, концентрически расположенного вокруг внешней окружности вибрирующей пластины, причем трубчатый совмещающий элемент имеет установочную структуру для удержания вибрирующей пластины и где трубчатый совмещающий элемент имеет внешнюю окружность, а пьезоэлектрическое кольцо концентрически расположено вокруг внешней окружности трубчатого элемента в месте, совпадающем с внешней окружностью апертурной пластины,
подачу жидкого лекарства к апертурной пластине;
электрическое приведение в действие пьезоэлектрического кольца, чтобы радиально расширить и сжать стенку трубчатого совмещающего элемента вокруг внешней окружности апертурной пластины, таким образом заставляя апертурную пластину вибрировать в осевом направлении и аэрозолировать лекарство; и
подачу аэрозоля в дыхательную систему пациента.
36. Способ лечения пациента по п.35, отличающийся тем, что аэрозоль подается в дыхательную систему пациента через контур вентиляторной системы или системы СРАР.
37. Способ лечения пациента по п.35, отличающийся тем, что аэрозоль подается в дыхательную систему пациента через распылитель, имеющий насадку для рта.
38. Вибрационная система, включающая
трубчатый совмещающий элемент, имеющий цилиндрическую стенку, определяющую продольный просвет;
вибрирующую пластину, прикрепленную к цилиндрической стенке установочной конструкции и расположенную поперек просвета; и
средства для передачи радиальных колебаний цилиндрической стенке трубчатого элемента, чтобы создать осевые колебания в вибрирующей пластине.
39. Вибрационная система по п.38, отличающаяся тем, что вибрирующая пластина является апертурной пластиной, имеющей тыльную поверхность, которая контактирует с жидкостью, и переднюю поверхность, причем капельки жидкости выбрасываются из передней поверхности с образованием аэрозоля при осевой вибрации апертурной пластины.
40. Аэрозольное устройство, включающее
вибрирующую пластину,
совмещающий элемент для размещения и удерживания вибрирующей пластины в определенном положении и
вызывающий колебания элемент в контакте с совмещающим элементом.
41. Устройство по п.40, в котором часть устройства является заменяемой.
Текст
012656 Область техники Это изобретение относится в целом к вибрационной системе, которая эффективно передает радиальные колебания от вызывающего колебания элемента, чтобы создать осевые колебания в вибрационном элементе через опорный элемент, который отфильтровывает нежелательные колебания. В предпочтительных вариантах осуществления пьезоэлектрический преобразователь передает ультразвуковые колебания вибрирующей пластине, в частности вибрирующей апертурной (с отверстием) пластине устройства для формирования аэрозоля, причем вибрирующая пластина перфорирована отверстиями и работает в жидкой среде. Изобретение может также быть полезным в области передачи ультразвуковых волн в жидкой среде, включая (без ограничения) подводный гидролокатор, гидролокатор глубины и гидролокатор, обнаруживающий препятствия. Уровень техники Приборы, в которых круглая апертурная пластина вибрирует с использованием пьезоэлектрического преобразователя в виде кольца, хорошо известны из уровня техники. Например, в патенте США на имя Maehara4605167 вибрирующая пластина, имеющая по меньшей мере одно отверстие сопла, прикреплена к жесткому корпусу, а пьезоэлектрическое кольцо прикреплено к вибрирующей пластине для того, чтобы вызвать ее смещение и выдачу небольшого количества жидкости через отверстие сопла. В других приборах, описанных в данной области техники, круглая вибрирующая пластина непосредственно соединена с пьезоэлектрическим кольцом и закрывает центральное отверстие в пьезоэлектрическом кольце; например, как описано в патенте США на имя Toda5297734. Другие примеры: патент США на имя Humberstone et al.5518179, патент США на имя Ross et al.5261601 и патент США на имяDavison et al.6062212 описывают вибрирующие устройства, в которых круглая вибрирующая пластина установлена поверх центрального отверстия в тонком кольцевом элементе или "шайбы", которая соединена с пьезоэлектрическим кольцом. При приведении в действие пьезоэлектрическое кольцо вибрирует радиально, заставляя шайбу работать в "режиме изгибания", при котором вибрирующая пластина колеблется в осевом направлении. В процессе изготовления этих типов устройств компоненты необходимо тщательно совмещать концентрически один с другим, если вибрирующая пластина присоединена к шайбе, а шайба расположена над отверстием в пьезоэлектрическом кольце. Установка ультразвукового преобразователя непосредственно на жесткую раму или корпус, как указано у Maehara, также проблематична. Причина состоит в том, что весь корпус преобразователя вибрирует, причем некоторые части вибрируют с малой амплитудой, а другие - с большой. При установке преобразователя на жесткое крепление амплитуда колебаний уменьшается. Другая проблема с конструкциями согласно уровню техники состоит в том, что пьезоэлектрическое кольцо обычно колеблется в 3 направлениях (т.е. по осям X, Y и Z) и передает эти колебания вибрирующей пластине. Колебания, переданные пластине, налагаются, и составляющая осевых колебаний может быть полностью или частично компенсирована. Поэтому желательно отфильтровать нежелательные колебания пьезоэлектрического элемента и использовать только колебания в одном направлении, например в осевом направлении. Попытки решить эту проблему включали установку вибрирующей пластины на упругих фиксирующих элементах или "пальцах", например, как описано в патенте США на имя Martens III et al.6450419; размещение преобразователя биморфного типа на опорных резиновых уплотнительных кольцах, например, как описано в патенте США на имя Ross5261601 и патенте США на имя Humberstone et al.5518179; и фиксация на месте пьезоэлектрического кольца с помощью прокладочного кольца, например, как описано в патенте США на имя Helf et al.6293474 и патенте США на имя Tomkins et al.6382522. Описанные выше устройства преобразуют радиальные колебания пьезоэлектрического кольца в осевые колебания перфорированной пластины для диспергирования жидкости в виде аэрозоля. В другом типе устройства пьезоэлектрический преобразователь может быть трубчатым и может расширяться и сжиматься по оси (в направлении центральной оси трубки), перемещая перфорированную пластину. Например, см. патент США на имя Newcombe et al.5838350. В целом, в пьезоэлектрическом преобразователе, который работает в жидкой среде, таком как используемые в аэрозольных устройствах, существует необходимость в отделении пьезоэлектрического элемента от вибрирующего элемента так, чтобы вибрирующий элемент мог быть погружен в жидкость, а пьезоэлектрический элемент - электрически изолирован от жидкости. В некоторых случаях, такая изоляция может быть обеспечена путем помещения пьезоэлектрического элемента в корпус из эластомерного материала. Такой материал обеспечивает электрическую изоляцию, а также абсорбирует энергию, снижая амплитуду колебаний пьезоэлектрического преобразователя, и, следовательно, оказывает отрицательное воздействие на эффективность прибора. В настоящее время имеются самые разнообразные аэрозольные и иные распылители. Особый интерес представляют те из них, в которых для формирования аэрозоля применяется вибрирующая апертурная пластина или другой элемент. Примеры некоторых из этих аэрозольных распылителей описаны в патентах США 5169740, 5938117, 6540154, 5586550, 5750647, 6467476, 6014970, 6755189, 6814071,6554201, 6732944, 6615824, 6845770 и 6851626. Одной из проблем с аэрозольными распылителями (особенно используемыми для медицинских целей с применением вызывающих коррозию жидкостей) явля-1 012656 ется загрязнение и коррозия деталей. Определенные части аэрозольного распылителя, которые подвергаются действию жидкостей, приходится промывать или заменять новыми, чтобы поддерживать аэрозольный распылитель в исправном рабочем состоянии. Многие из этих деталей сложно мыть, а поскольку пьезоэлектрические преобразователи и связанные с ними электронные устройства могут быть относительно дорогими, создание деталей одноразового использования может быть экономически нецелесообразным. Поэтому может быть желательным сделать некоторые компоненты аэрозольного распылителя съемными или заменяемыми. Сущность изобретения Один или несколько вариантов осуществления данного изобретения направлены на вибрационную систему, которая эффективно передает радиальные колебания от вызывающего колебания элемента для получения осевых колебаний в вибрирующем элементе через опорный элемент, который отфильтровывает нежелательные колебания. В одном конкретном варианте вызывающий колебания элемент может быть кольцевым пьезоэлектрическим преобразователем, имеющим центральное отверстие, вибрирующий элемент может быть тонкой круглой пластиной, а опорный элемент может иметь круглое сечение для удержания круглой пластины; однако компоненты могут также иметь другую форму. В других вариантах вызывающий колебания элемент может отделяться от других структур так, что он может повторно использоваться для других применений. Кроме того, другие конструкции согласно данному изобретению эффективно изолируют вызывающий колебания элемент от контакта с жидкостями и поэтому особенно приспособлены к работе в жидкой среде, например в среде аэрозольного распылителя. Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ самосовмещения компонентов вибрационной системы, включающей пьезоэлектрическое кольцо и круглую вибрирующую пластину, предназначенный для упрощения и снижения стоимости производства системы. В одном или нескольких вариантах осуществления данного изобретения вибрационная система включает тонкую круглую вибрирующую пластину, трубчатый элемент, удерживающий вибрирующую пластину, и пьезоэлектрическое кольцо, соединенное с трубчатым элементом. Вибрирующая пластина может быть концентрически расположена в пределах просвета тонкостенного трубчатого элемента; и пьезоэлектрическое кольцо может быть концентрически расположено вокруг внешней окружности трубчатого элемента в месте расположения вибрирующей пластины. Пьезоэлектрическое кольцо может растягиваться и сжиматься в радиальном направлении, что, в свою очередь, заставляет стенки трубчатого элемента расширяться и сжиматься в радиальном направлении. Это движение стенок трубчатого элемента расширяет и сжимает внешнюю окружность пластины, заставляя ее среднюю область колебаться (т.е. вибрировать) в осевом направлении. Поскольку внешняя окружность вибрирующей пластины помещена в центральное отверстие пьезоэлектрического кольца совмещенно с центральной плоскостью, то в отличие от предыдущих систем, в которых поверхность вибрирующей пластины (или концентрической шайбы вокруг пластины) фиксируется к поверхности пьезоэлектрического кольца поперек центрального отверстия пьезоэлектрического кольца, радиальная нагрузка, создаваемая пьезоэлектрическим кольцом,более симметрично распределяется по вибрирующей пластине согласно данному изобретению. В одном варианте осуществления вибрирующая пластина может быть апертурной пластиной, которая включает множество конусообразных апертур и предпочтительно является куполообразной. Апертурная пластина может быть соединена с установочной конструкцией, расположенной в просвете трубчатого элемента, который удерживает апертурную пластину перпендикулярно центральной оси трубчатого элемента. В другом варианте осуществления трубчатый элемент может быть изготовлен из коррозионностойкого металлического материала, например сплава палладия/никеля или нержавеющей стали, и иметь гибкие тонкие стенки, например толщиной менее 0,5 мм. В других вариантах осуществления трубчатый элемент может содержать пластмассу и может включать по меньшей мере один эластичный сегмент, например, эластомер, расположенный в нем, который позволяет трубчатому элементу сжиматься и расширяться под действием пьезоэлектрического кольца. В другом варианте осуществления пьезоэлектрическое кольцо может сниматься с трубчатого элемента и вновь использоваться для других применений. Например, трубчатый элемент может иметь конусообразную форму с образованием "конусного фиксатора", в котором пьезоэлектрическое кольцо зафиксировано путем придавливания в трубчатый элемент. В еще одном варианте осуществления пьезоэлектрическое кольцо может быть постоянно соединено с трубчатым элементом с образованием общего элемента. В одном варианте осуществления трубчатый элемент, содержащий апертурную пластину, может быть функционально соединен с резервуаром для жидкости, или резервуар может быть составляющей частью трубчатого элемента, так что жидкость подается к апертурной пластине в трубчатом элементе. Таким образом, когда апертурная пластина вибрирует, капельки жидкости выбрасываются из апертурной пластины в виде аэрозоля. Необязательно, кольцо может быть расположено вокруг внешнего края пьезоэлектрического кольца, чтобы содействовать вибрации апертурной пластины с ее резонансной частотой. В вариантах осуществления, в которых трубчатый элемент и пьезоэлектрическое кольцо не объединены с резервуаром, кольцеобразные уплотнители или другие уплотнения могут быть выполнены между резервуаром и трубчатым элементом, чтобы служить непроницаемыми для жидкости уплотнениями, кото-2 012656 рые предотвращают загрязнение пьезоэлектрического кольца, а также обеспечивают демпфирование пьезоэлектрического кольца и корпуса аэрозольного распылителя, таким образом, повышая эффективность системы. В другом варианте осуществления трубчатый элемент может быть "установлен с натягом" на выходное отверстие резервуара. В одном варианте осуществления изобретения резервуар и трубчатый элемент, содержащий апертурную пластину, могут быть объединены в едином элементе, а пьезоэлектрическое кольцо может скользить над резервуаром аэрозольного распылителя с образованием посадки с натягом с трубчатым элементом. Таким образом, пьезоэлектрическое кольцо можно удалять без потенциального загрязнения веществами в резервуаре или трубчатом элементе или аэрозолем, произведенным апертурной пластиной. В другом варианте осуществления пьезоэлектрическое кольцо и трубчатый элемент могут быть соединены вместе как единый элемент. Вибрационная система согласно данному изобретению может быть включена во множество изделий и может быть соединена с электропитанием, электронными приборами для обеспечения вибрации вызывающего колебания элемента и т.п. В одном варианте осуществления вибрационная система согласно данному изобретению соединена с электропитанием посредством первого провода, образующего электрический контакт с первой поверхностью пьезоэлектрического кольца, и второго провода, образующего электрический контакт со второй поверхностью вызывающего колебания элемента. Эти провода могут находиться в углублениях, окружающих внешнюю поверхность корпуса, в котором расположена вибрационная система, так, чтобы они были изолированы от жидкостей в резервуаре и трубчатом элементе вибрационной системы. Примеры изделий, в которых может использоваться вибрационная система согласно данному изобретению, включают вентиляторы, системы вентиляции с помощью непрерывного положительного давления в дыхательных путях (СРАР), переносные распылители и т.п., а также приборы, в которых применяется передача ультразвуковых волн в жидкой среде, например, различные гидролокаторы. Например,вентиляционный контур может содержать трубу некоторой длины, а вибрационная система согласно данному изобретению может быть функционально соединена с трубкой для подачи создаваемого ей аэрозоля в вентиляционный контур. В качестве другого примера можно назвать аэрозольный распылитель,имеющий корпус с насадкой для рта, а вибрационная система согласно данному изобретению может быть расположена в корпусе так, чтобы капельки жидкости, формируемые вибрирующей апертурной пластиной, выбрасывались через насадку для рта в дыхательную систему пользователя. Один вариант осуществления изобретения предлагает способ изготовления вибрационной системы,включающий этапы установки вибрирующей пластины в опорную конструкцию, которая окружает пластину; окружения опорной конструкции, включающей вибрирующую пластину, вызывающим колебания элементом, выполненным с возможностью расширения и сжатия в радиальном направлении; и приведения в действие вызывающего колебания элемента для обеспечения радиального расширения и сжатия против опорного элемента для того, чтобы вызвать осевые колебания вибрирующей пластины. В одном конкретном варианте осуществления способ изготовления вибрационной системы включает этапы обеспечения наличия трубчатого элемента с продольным просветом, крепление вибрирующей пластины в просвете таким образом, чтобы вибрирующая пластина была перпендикулярна центральной оси трубчатого элемента; обеспечения наличия пьезоэлектрического кольца с центральным отверстием; расположения трубчатого элемента в центральном отверстии пьезоэлектрического кольца таким образом, чтобы внешняя окружность трубчатого элемента контактировала с внутренней окружностью отверстия, а вызывающий колебания элемент окружал вибрирующую пластину в трубчатом элементе; и крепления вызывающего колебания элемента к трубчатому элементу. В другом варианте осуществления способ вибрирования пластины включает этапы установки вибрирующей пластины в опорную конструкцию, которая окружает весь периметр пластины, установки опорной конструкции вместе с вибрирующей пластиной в центральное отверстие вызывающего колебания элемента, который выполнен с возможностью расширения и сжатия в радиальном направлении, и приведения в действие вызывающего колебания элемента для того, чтобы вызвать радиальное расширение и сжатие против опорного элемента, который вызывает осевые колебания вибрирующей пластины. Предлагается также способ лечения пациента, который включает этапы обеспечения наличия вибрационной системы, включающей круглую вибрирующую апертурную пластину, имеющую внешнюю окружность, трубчатый элемент, концентрически расположенный вокруг внешней окружности вибрирующей пластины, причем у трубчатого элемента есть внешняя окружность, и кольцевой вызывающий колебания элемент концентрически расположен вокруг внешней окружности трубчатого элемента, и вызывающий колебания элемент может радиально расширяться и сжиматься, заставляя апертурную пластину вибрировать в осевом направлении; подачи жидкого лекарства к апертурной пластине через трубчатый элемент; приведения в действие вызывающего колебания элемента для того, чтобы вызвать вибрацию апертурной пластины и создать аэрозоль жидкого лекарства; и подачи аэрозоля в дыхательную систему пациента.-3 012656 Краткое описание чертежей На фиг. 1 а и 1b приведены подетальные перспективные изображения вибрационной системы согласно изобретению. На фиг. 2 приведен частичный вид сечения собранной вибрационной системы согласно фиг. 1 а и 1b. На фиг. 3 а и 3b приведены поперечные сечения вибрационной системы согласно фиг. 2. На фиг. 4 а приведено поперечное сечение варианта осуществления аэрозольного распылителя согласно изобретению. На фиг. 4b приведено частичное сечение аэрозольного распылителя, изображенного на фиг. 4 а. На фиг. 4 с приведен вид в перспективе аэрозольного распылителя, изображенного на фиг. 4 а. На фиг. 4d приведено поперечное сечение другого варианта осуществления аэрозольного распылителя согласно изобретению. На фиг. 5 а приведен вид в перспективе другого варианта осуществления вибрационной системы согласно изобретению. На фиг. 5b приведено частичное сечение вибрационной системы, изображенной на фиг. 5 а. На фиг. 6 приведен вид в перспективе другого варианта осуществления вибрационной системы согласно изобретению. На фиг. 7 а приведен вид в перспективе другого варианта осуществления аэрозольного распылителя согласно изобретению. На фиг. 7b приведено поперечное сечение аэрозольного распылителя согласно фиг. 7 а. На фиг. 8 приведено поперечное сечение другого варианта осуществления системы аэрозольного распылителя согласно изобретению. Подробное описание изобретения Следует отметить, что используемое в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения указание на единственное число предполагает указание на множественное число, если текст четко не указывает на обратное. Приведенная здесь ссылка на "один вариант осуществления", "одну версию" или "один аспект" включает один или несколько таких вариантов осуществления, версий или аспектов, если только контекст явно не указывает на иное. В одном или нескольких вариантах осуществления вибрационная система согласно данному изобретению включает вибрирующую пластину, опорный элемент, окружающий вибрирующую пластину, и вызывающий колебания элемент, окружающий опорный элемент, где вызывающий колебания элемент выполнен с возможностью радиального расширения и сжатия против опорного элемента для формирования осевых колебаний вибрирующей пластины. Приведенное далее подробное описание направлено на один предпочтительный вариант осуществления изобретения, отличающийся тем, что вибрирующая пластина является круглой, опорный элемент имеет круглое сечение, например, является трубчатым элементом (цилиндрическим или конусным), в котором расположена круглая вибрирующая пластина, а вызывающий колебания элемент представляет собой кольцевой диск, имеющий центральное отверстие, т.е. пьезоэлектрическое кольцо, в котором расположен опорный элемент. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено этим вариантом осуществления. Трубчатый элемент может быть изготовлен из стойкого к коррозии металла, например нержавеющей стали (предпочтительно сорта 316, 303 или 416), титана или сплава хрома/никеля С-276 (например,Hastelloy С-276). Трубчатый элемент предпочтительно имеет относительно тонкие стенки, которые могут эффективно отклоняться пьезоэлектрическим кольцом. В одном варианте осуществления толщина стенок трубчатого элемента находится в диапазоне от 0,1 до 0,5 мм, предпочтительно около 0,25 мм. В одном варианте осуществления трубчатый элемент может иметь стеллажную структуру, расположенную вокруг его внутренней поверхности, к которой может быть присоединен периметр вибрирующей пластины так, чтобы она располагалась поперек внутреннего просвета трубчатого элемента перпендикулярно к его центральной оси. Различные пьезоэлектрические кольца, известные в области техники, могут использоваться в качестве кольцевого вызывающего колебания элемента согласно данному изобретению. В одном варианте осуществления пьезоэлектрическое кольцо может включать любой материал, обладающий пьезоэлектрическими свойствами, например пьезоэлектрический керамический материал, такой как цирконат титанат свинца (PZT) или метаниобат свинца (PN), и может иметь форму диска, по существу, с постоянной толщиной и с отверстием по центру. Такие пьезоэлектрические кольца коммерчески доступны, например их можно приобрести у компании American Piezo Ceramics, Inc. (APC) (Мэкейвил, Пенсильвания) и MorganElectro Ceramics (MEC) (Фэрфилд, Нью-Джерси). Пьезоэлектрическое кольцо может запитываться переменным электрическим током выбранной частоты от источника питания; например, пьезоэлектрическое кольцо может быть электрически соединено проводами с контроллером, содержащим электронные приборы, необходимые для управления колебаниями пьезоэлектрического кольца. В соответствии с данным изобретением трубчатый элемент расположен в центральном отверстии пьезоэлектрического кольца. При приведении в действие переменными электрическими полями от контроллера пьезоэлектрическое кольцо расширяется и сжимается в радиальном направлении против стенок-4 012656 трубчатого элемента около вибрирующей пластины. Это движение стенок трубчатого элемента расширяет и сжимает периметр вибрирующей пластины, таким образом, заставляя центр вибрирующей пластины колебаться в осевом направлении, т.е. подниматься и опускаться вдоль центральной оси трубчатого элемента, хотя пьезоэлектрическое кольцо может также вибрировать в осевом направлении и может создавать поперечную поверхностную волну, только радиальные колебания могут передаваться вибрирующей пластине трубчатым элементом. Таким образом, устраняется наложение противоположных режимов колебаний и обеспечивается эффективное преобразование электрической энергии в механическое перемещение. При практическом применении данного изобретения можно также устанавливать вибрационную систему на жесткую конструкцию, например на раму или корпус аэрозольного распылителя, распылителя или другого устройства, без передачи колебаний всей конструкции. Это обеспечивается главным образом благодаря тому, что концы трубчатого элемента не вибрируют и поэтому могут использоваться при установке вибрационной системы на жесткий корпус. Данное изобретение может быть особенно полезным, когда трубчатый элемент применяется для удержания кольцевой апертурной пластины или другой структуры со множеством отверстий. Когда жидкость поступает к одной стороне апертурной пластины через трубчатый элемент, и пьезоэлектрическое кольцо приводится в действие, апертурная пластина вибрирует таким образом, что капельки жидкости выбрасываются из отверстий. Полученный аэрозоль затем может выдаваться через открытый конец трубчатого элемента. Особенно полезный тип апертурной пластины - это пластина с конусными отверстиями, которые сужаются от контактирующей с жидкостью поверхности к поверхности, откуда выбрасываются капельки. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления апертурная пластина может иметь форму купола,однако изобретение не ограничивается только указанными апертурными пластинами. Предпочтительные апертурные пластины могут иметь толщину в диапазоне 20-100 мкм. Примеры пьезоэлектрических материалов и апертурных пластин, которые могут использоваться в данном изобретении, описаны в патентах США 6235177 и 5758637. В другом варианте осуществления пьезоэлектрическое кольцо может вибрировать с частотой в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 500 кГц, например приблизительно 128 кГц. В другом предпочтительном варианте осуществления капельки могут иметь размер, подходящий для использования в фармацевтических средствах, например в диапазоне от приблизительно 3 до приблизительно 6 мкм, а аэрозолирование жидкости может выполняться со скоростью приблизительно 5-20 мкл/с. Теперь со ссылкой на фиг. 1 а, 1b и 2 будет описан один вариант осуществления настоящего изобретения. Вибрационная система 10 включает вибрирующую пластину 101, трубчатый элемент 102 и пьезоэлектрическое кольцо 103. Трубчатый элемент 102 имеет внешнюю окружность 104 и внутреннюю окружность 105, которые вместе определяют относительно тонкую цилиндрическую стенку, которая предпочтительно имеет толщину в диапазоне от приблизительно 0,1 до 0,5 мм. Полый центр (просвет) трубчатого элемента 102 заканчивается отверстиями 106 и 107 на его противоположных концах. Установочная конструкция 111 включает круглый гребень, который выступает перпендикулярно из внутренней окружности 105 в просвет трубчатого элемента 102 в месте расположения, предпочтительно по центру между отверстиями 106 и 107. Пьезоэлектрическое кольцо 103 включает кольцевой диск из пьезоэлектрического материала, имеющий центральное отверстие 108 с окружностью 112, приблизительно равной внешней окружности 104 трубчатого элемента 102. Вибрирующая пластина 101 включает круглый внешний фланец 109, окружающий тонкую круглую вибрирующую центральную часть 110. В одном способе изготовления вибрационной системы 10 металлический трубчатый элемент 102 может быть вначале обеспечен установочной конструкцией 111 путем соединения металлического гребня вокруг внутренней окружности 105 в месте расположения, равноудаленном от концов 106 и 107. Вибрирующая пластина 101 может быть затем концентрически расположена в просвете трубчатого элемента 102, так что нижняя поверхность круглого фланца 109 расположена над верхней поверхностью установочной конструкции 111, а внешний периметр вибрирующей пластины 101 упирается во внутреннюю окружность 105. Внешний фланец 109 вибрирующей пластины 101 может быть прикреплен к установочной конструкции 111 путем применения подходящей процедуры соединения, например металлургической технологии, такой как пайка твердым припоем, сварка, пайка мягким припоем и т.п., или химического процесса соединения, например склеивание. В одном предпочтительном варианте осуществления паяльное кольцо из подходящего стойкого к коррозии материала наполнителя для пайки, например смеси 70% золота и 30% меди, может быть помещено между верхней поверхностью установочной конструкции 111 и внешним фланцем 109 вибрирующей пластины 101. Вся сборка трубчатого элемента 102, вибрирующей пластины 101 и паяльного кольца может удерживаться на месте с помощью груза, помещенного на верхнюю часть вибрирующей пластины 101. Сборку можно поместить в печь и нагреть до температуры, достаточной для того, чтобы расплавить пайку 1 и навсегда соединить поверхности между собой с применением обычной процедуры пайки. В другом варианте осуществления вибрирующая пластина 101 может быть припаяна на установочную конструкцию 111 с применением таких материалов для пайки, как оловянный/свинцовый припой; однако этот способ, возможно, не является подходящим в случае, если сборка будет подвергаться действию кис-5 012656 лых фармацевтических препаратов. В другом варианте осуществления вибрирующая пластина 101 может быть прикреплена к установочной конструкции 111 с помощью ультразвуковой или лазерной сварки. После того, как вибрирующая пластина 101 закреплена поперек просвета трубчатого элемента 102,трубчатый элемент 102 может быть помещен в центральное отверстие 108 пьезоэлектрического кольца 103. В одном варианте осуществления трубчатый элемент 102 может быть помещен в крепление, удерживающее трубчатый элемент 102 в вертикальном положении, а пьезоэлектрическое кольцо 103 может скользить по длине трубчатого элемента 102 вниз, пока пьезоэлектрическое кольцо 103 не окружит внешнюю окружность 104 в месте расположения, непосредственно соответствующем месту размещения установочной конструкции 111 и вибрирующей пластины 101 на внутренней окружности 105 трубчатого элемента 102. Внешняя окружность 104 трубчатого элемента 102 и окружность 112 центрального отверстия 108 в пьезоэлектрическом кольце 103 затем можно соединить друг с другом, например, путем нанесения подходящего жидкого клея вокруг соединения окружности 104 и окружности 112 и отверждения клея, например, с помощью УФ-лучей. Используемый клей должен быть способен эффективно передавать колебания от пьезоэлектрического кольца 103 трубчатому элементу 102. Хотя, в идеале, клей должен иметь модуль эластичности ("модуль Юнга") пьезоэлектрического кольца, т.е. приблизительно 60 ГПа, чтобы достигнуть полной передачи колебаний, это не является возможным для клея. Большинство конструкционных клеев (таких, как эпоксидная смола) имеют модуль эластичности пластмассы, который может составлять приблизительно 2 ГПа, и должны быть подходящими для данного изобретения при условии отверждения примерно до указанной жесткости. В качестве примеров подходящих клеев можно упомянуть различные эпоксидные и анаэробные клеи, такие как коммерчески доступные отверждаемые УФ эпоксидные клеи, продаваемые под маркой Loctite. Как описано выше, пьезоэлектрическое кольцо 103 выполнено с возможностью радиального расширения и сжатия при создании переменных электрических полей посредством электрических линий. Например, как показано на фиг. 3 а, пьезоэлектрическое кольцо 103 сужается радиально к центральному отверстию (направление D) при приведении в действие первым электрическим полем. Это радиальное сокращение заставляет пьезоэлектрическое кольцо 103 надавливать внутрь вдоль внешней окружности 104 трубчатого элемента 102 около установочной конструкции 111 и, таким образом, зажимать стенку трубчатого элемента 102. Сжатие трубчатого элемента 102 заставляет фланец 109 также сжиматься радиально, в результате чего центральная часть 110 вибрирующей пластины 101 перемещается аксиально в направлении А. При приведении в действие вторым электрическим полем, как показано на фиг. 3b, пьезоэлектрическое кольцо 103 расширяется радиально от его центрального отверстия (направление D'),таким образом, устраняя направленное внутрь давление вдоль окружности 104 трубчатого элемента 102. Это снятие давления позволяет фланцу 109 расширяться радиально, заставляя центральную часть 110 апертурной пластины 101 перемещаться по оси в направлении А' к первоначальному положению. Непрерывно изменяющиеся электрические поля создают вибрацию (колебания) центральной части 110 между положениями, указанными на фиг. 3 а и 3b. Как указывалось ранее, вибрационная система согласно настоящему изобретению особенно полезна для аэрозолирования жидкостей. На фиг. 4 а, 4b и 4 с показана система аэрозолирования (далее - "аэрозольный распылитель 40") в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения. На фигурах для обозначения одних и тех же компонентов используются одинаковые номера позиций. Теперь рассмотрим фиг. 4 а. Аэрозольный распылитель 40 включает верхний корпус 401, съемный нижний корпус 405 и вибрационную систему 10 (например, см. фиг. 2). Вибрационная система 10 включает трубчатый элемент 102 и пьезоэлектрическое кольцо 103 и апертурную пластину 101. Верхний корпус 401 имеет резервуар 402, выполненный с возможностью содержания некоторого объема жидкости, например, жидкого лекарственного средства, и коническую часть 403 на нижнем краю резервуара 402, которая заканчивается выпускной трубкой 404, определенной цилиндрическими стенками 406. Захватывающая трубка 407, определенная цилиндрическими стенками 408 верхнего корпуса 401, концентрически расположена вокруг и полностью охватывает выпускную трубку 404. Вибрационная система 10 выполнена с возможностью прикрепления к верхнему корпусу 401 и снятия с него, причем верхняя секция трубчатого элемента 102 вибрационной системы 10 (т.е. секция трубчатого элемента 102 выше пьезоэлектрического кольца 103) выполнена для обеспечения посадки с натягом на выпускную трубку 404, а пьезоэлектрическое кольцо 103 вибрационной системы 10 выполнено для обеспечения посадки с натягом на захватывающую трубку 407. В собранном состоянии верхняя секция трубчатого элемента 102 пьезоэлектрического кольца 103 полностью охвачена выпускной трубкой 404, а верхняя поверхность пьезоэлектрического кольца 103 упирается в нижний край выпускной трубки 404. Такая посадка с натягом трубчатого элемента 102 и выпускной трубки 404 образует непроницаемое для жидкости уплотнение, предотвращающее контакт жидкости, выпускаемой из резервуара 402 в выпускную трубку 404, с пьезоэлектрическим кольцом 103. Нижний корпус 405 включает приемную трубку 411, определенную цилиндрическими стенками 412, кольцевой фланец 413, концентрически расположенный вокруг основания приемной трубки 411, и аэрозольную камеру 414, определенную цилиндрическими стенками 415. Нижний корпус 405 может быть выполнен с возможностью отсоединения и соединения с вибрационной системой 10 и верхним-6 012656 корпусом 401, так что нижняя секция трубчатого элемента 102 вибрационной системы 10 (т.е. секция трубчатого элемента 102 ниже пьезоэлектрического кольца 103) выполнена для обеспечения посадки с натягом на приемную трубку 411, а кольцевой фланец 413 выполнен для обеспечения посадки с натягом на захватывающую трубку 407. В собранном состоянии нижняя секция трубчатого элемента 102 полностью охвачена приемной трубкой 411 и образует проход прямо в аэрозольную камеру 414. Нижняя поверхность пьезоэлектрического кольца 103 упирается в верхний край приемной трубки 411, чтобы надежно удерживать вибрационную систему 10 в захватывающей трубке 407. На фиг. 4b и 4 с пьезоэлектрическое кольцо 103 может запитываться электрическим током по проводам 416 и 417 от батарей или другого источника питания (не изображен). Каждый из проводов 416 и 417 может быть иметь форму с-образного фиксатора и располагаться, соответственно, в углублениях 418 и 419, вырезанных по периметру стенок 415 верхнего корпуса 401. Выводной конец 420 провода 416 может входить в захватывающую трубку 407 через отверстие 422 в стенке 415 и создавать электрический контакт с верхней поверхностью пьезоэлектрического кольца 103. Выводной конец 421 провода 417 может входить в захватывающую трубку 407 через отверстие 423 в стенке 415 верхнего корпуса 401 и создавать электрический контакт с нижней поверхностью пьезоэлектрического кольца 103. Центральная часть 110 апертурной пластины 101 может иметь форму купола, однако могут использоваться и другие формы. Кроме того, центральная часть 110 может включать отверстия, сужающиеся от тыльной стороны (обращенной к резервуару 402) к передней стороне. Когда аэрозольный распылитель 40 расположен, в целом, вертикально, жидкость из резервуара 402 может подаваться к тыльной стороне и находиться на тыльной стороне центральной части 110 под действием силы тяжести. Пьезоэлектрическое кольцо 103 выполнено с возможностью радиального расширения и сжатия под действием переменных электрических полей, создаваемых с помощью проводов 416 и 417. Таким образом, стенка трубчатого элемента 102 также сжимается и расширяется. Таким образом, центральная часть 110 вибрирует в осевом направлении, выбрасывая капельки жидкости с передней стороны и из отверстия аэрозольной камеры 414. Одно из преимуществ использования вибрационной системы 10 состоит в том, что аэрозольный распылитель 40 может быть сконструирован так, что вибрационная система 10 может сниматься с верхнего корпуса 401 и нижнего корпуса 405. Таким образом, вибрационная система 10 (которая содержит относительно дорогое пьезоэлектрическое кольцо 103) может вновь использоваться для других применений. Верхний корпус 401 и нижний корпус 405, которые могут быть относительно недорогими в производстве, можно выбрасывать после использования. Другое преимущество использования вибрационной системы 10 состоит в том, что концы трубчатого элемента 102 могут быть связаны непосредственно с жесткими компонентами, такими как стенка 406 верхнего корпуса 401 и стенка 412 нижнего корпуса 405,без отрицательного влияния на амплитуду колебаний апертурной пластины 110. Это позволяет аэрозольному распылителю 40 более эффективно создавать капельки жидкости. Теперь рассмотрим фиг. 4d. Аэрозольный распылитель 40' аналогичен аэрозольному распылителю 40 и включает верхний корпус 401', содержащий резервуар 402', съемный нижний корпус 405', содержащий аэрозольную камеру 414', и вибрационную систему 10', которая включает трубчатый элемент 102',пьезоэлектрическое кольцо 103' и центральную часть апертурной пластины 110'. Однако в аэрозольном распылителе 40' верхняя секция трубчатого элемента 102' не установлена путем посадки с натягом в выпускную трубку 404' (как показано на фиг. 4 а). Вместо этого, уплотнительные кольца 420 могут быть размещены таким образом, чтобы заполнять зазор между верхней секцией трубчатого элемента 102' и выпускной трубкой 404' корпуса 401'. Таким образом, образуется непроницаемое для жидкости уплотнение, не позволяющее жидкости из резервуара 402' контактировать с пьезоэлектрическим кольцом 103'. Аналогично, уплотнительные кольца 421 могут быть размещены таким образом, чтобы заполнить зазор между нижней секцией трубчатого элемента 102' и приемной трубкой 411' нижнего корпуса 405', образовывая непроницаемое для жидкости уплотнение, которое не дает аэрозолю, исходящему от центральной части апертурной пластины 110', контактировать с пьезоэлектрическим кольцом 103'. Соответственно,пьезоэлектрическое кольцо 103' может быть защищено от загрязнения, которое может препятствовать его повторному использованию после снятия с аэрозольного распылителя 40', без точных размеров, необходимых для посадки с натягом, описанной для аэрозольного распылителя 40. Так как уплотнительные кольца 420 и 421 размещены на верхней и нижней поверхности пьезоэлектрического кольца 103' и служат для того, чтобы предотвратить непосредственный контакт пьезоэлектрического кольца 103' с верхним корпусом 401' и нижним корпусом 405', уплотнительные кольца 420 и 421 могут также иметь эффект демпфирования, который уменьшает нежелательную передачу колебаний от пьезоэлектрического кольца 103' верхнему корпусу 401' и нижнему корпусу 405'. На фиг. 5 а и 5b показан другой вариант осуществления настоящего изобретения. Вибрационная система 50 включает пьезоэлектрическое кольцо 502 с центральным отверстием 504. Пьезоэлектрическое кольцо 502 может быть выполнено из пьезоэлектрического материала, который радиально расширяется и сужается при приведении в действие, как описано выше. Трубчатый элемент 506 расположен в отверстии 504 и выполнен с возможностью удерживания апертурной пластины 508 во внутреннем просвете 509,используя любой из описанных здесь методов. Трубчатый элемент 506 может быть выполнен из твердого-7 012656 материала, такого как твердая пластмасса, металл, керамика и т.п. Трубчатый элемент 506 может необязательно включать выступы 510 для обеспечения хорошего механического контакта с пьезоэлектрическим кольцом 502. Альтернативно, трубчатый элемент 506 может иметь форму конуса для обеспечения хорошего механического контакта. Трубчатый элемент 506 может включать один или несколько эластичных сегментов 511, радиально проходящих из положений на внутренней окружности к соответствующим положениям на его внешней окружности. Эти сегменты могут быть выполнены из эластомерного материала и размещены в различных положениях. Эластичные сегменты 511 дают возможность выполнять трубчатый элемент 506 из твердого материала (для надежного крепления апертурной пластины 508), а также дают возможность трубчатому элементу 506 радиально расширяться и сжиматься вместе с пьезоэлектрическим кольцом 502. Конкретнее, при сжимании трубчатого элемента 506 пьезоэлектрическим кольцом 502 эластичные сегменты 511 сжимаются, уменьшая диаметр просвета 509. Когда пьезоэлектрическое кольцо 502 радиально расширяется, эластичные сегменты 511 расширяются, увеличивая диаметр просвета 509. Следовательно, величина расширения и сжатия может быть различной, в зависимости от размера, количества и типа применяемых эластичных материалов. Удобным образом вибрационная система 50 может быть соединена с резервуаром аэрозольного распылителя (не показан), чтобы дать возможность жидкости поступать к апертурной пластине 508. Кроме того, могут использоваться другие системы доставки жидкости, такие как капиллярные системы распространения и т.п. Альтернативно, вибрационная система 50 может быть включена в другие системы, такие как распылители, вентиляторы и т.п. На фиг. 6 показана вибрационная система 50 согласно фиг. 5 а и 5b с внешним кольцом 512, расположенным вокруг внешней окружности пьезоэлектрического кольца 502, которое, в свою очередь, расположено вокруг трубчатого элемента 506. Кольцо 512 может использоваться для регулировки рабочей частоты пьезоэлектрического кольца 502. Во многих применениях желательно, чтобы пьезоэлектрическое кольцо 502 работало на частоте около 130 кГц, что примерно соответствует резонансной частоте апертурной пластины. Если пьезоэлектрическое кольцо 502 выполнено из пьезокерамического материала, его частота обратно пропорциональна его диаметру, а именно Следовательно, если диаметр пьезоэлектрического кольца 502 сделан большим, чтобы уменьшить частоту пьезоэлектрического кольца, пьезоэлектрическое кольцо 502 может оказаться слишком большим для некоторых применений. Рабочая частота пьезоэлектрического кольца 502 может оказаться низкой,поскольку пьезоэлектрик "мягок" и тяжел. Чтобы увеличить частоту, не увеличивая диаметр, можно добавить внешнее кольцо 512 (которое может быть выполнено из жесткого и легкого материала, такого как нитрид кремния). Сочетание кольца 512 и пьезоэлектрического кольца 502 обеспечивает повышение частоты до требуемого диапазона. На фиг. 7 а и 7b показан вариант осуществления системы аэрозолирования в соответствии с настоящим изобретением. Система 80 включает аэрозольный распылитель, который, для удобства обсуждения,включает вибрационную систему 50, имеющую кольцо 512, как показано на фиг. 6, хотя следует понимать, что также могут использоваться другие вибрационные системы согласно изобретению. Контейнер 802 для жидкости соединен (или выполнен в виде одного целого) с трубчатым элементом 506 вибрационной системы 50. Удобным образом может быть предусмотрена крышка 804 для того, чтобы закрывать контейнер 802 после заполнения жидкостью. Также с трубчатым элементом 506 соединен выход 806,через который может выдаваться аэрозоль, произведенный апертурной пластиной 508. Уплотнительные кольца или прокладки 805 могут располагаться между контейнером 802 и вибрационной системой 50 и между вибрационной системой 50 и выходом 806 так, чтобы обеспечить адекватное уплотнение и смягчение между компонентами. Одна из особенностей системы аэрозолирования 80 состоит в том, что пьезоэлектрическое кольцо 502 имеет достаточно большой внутренний диаметр и потому может скользить на выходе 806 и контейнере 802. Таким образом, система 80 может быть легко собрана и разобрана для удаления пьезоэлектрического кольца 502. Далее, пьезоэлектрическое кольцо 502 не контактирует с жидкостями и поэтому может быть вновь использовано с другой системой аэрозолирования. Кроме того, контейнер 802, трубчатый элемент 506 и апертурная пластина 508 могут быть сделаны относительно дешевыми, так что они могут утилизоваться без повторного использования. Кроме того, система 80 может легко встраиваться в другие системы, такие как переносные распылители, вентиляторы и т.п. В процессе работы контейнер 802 заполнен жидкостью и крышка 804 положена на место. Пьезоэлектрическое кольцо 502 скользит по контейнеру 802 и располагается над трубчатым элементом 506. Электрический ток подается в пьезоэлектрическое кольцо 502, заставляя его расширяться и сжиматься. При этом жидкость, контактирующая с апертурной пластиной 508, выбрасывается в виде капелек жидкости в выход 806. После использования контейнер 802 может быть снова наполнен или может быть выброшен, а пьезоэлектрическое кольцо 502 сохранено. На фиг. 8 показан другой вариант осуществления данного изобретения, в котором система аэрозо-8 012656 лирования 90 включает трубчатый элемент 906, имеющий заостренный конец 901 и выпускной конец 903. Как описано выше, трубчатый элемент 906 также содержит апертурную пластину (не показана) поперек внутреннего просвета. Пьезоэлектрическое кольцо 904 расположено вокруг трубчатого элемента 906. Когда система аэрозолирования 90 не используется, заостренный конец 901 может иметь крышку(не показана), которая защищает его от повреждения и загрязнения. При готовности к использованию крышку можно снять и ввести заостренный конец 901 через мембранный верх сосуда 902, содержащего жидкость 905, из которой необходимо получить аэрозоль. Затем жидкость 905 подается через заостренный конец 901 и просвет трубчатого элемента 906 к апертурной пластине, которая находится там. Пьезоэлектрическое кольцо 904 может быть приведено в действие, чтобы вызвать вибрацию апертурной пластины и, таким образом, аэрозолировать жидкость 905 описанным выше способом. Полученный аэрозоль затем выдается через выпускающее отверстие 903. После использования емкость 902 можно снять с заостренного конца 901 и выбросить, а пьезоэлектрическое кольцо 904 можно удалить из сборки и повторно использовать, а остальную часть сборки выбросить. Как отмечалось ранее, описанные здесь аэрозольные распылители могут использоваться в других системах. Примеры вентиляторных систем описаны, например, в параллельно поданной и рассматриваемой патентной заявке США 10/828765, поданной 20 апреля 2004 г., полное раскрытие которой включено сюда путем ссылки. Система, описанная там, особенно полезна в терапевтических системах вентиляции с помощью непрерывного положительного давления в дыхательных путях (СРАР) для новорожденных и детей младшего возраста. Соответственно, аэрозольный распылитель согласно данному изобретению может быть соединен с таким вентилятором или системой СРАР, чтобы поставлять аэрозолированное лекарство в дыхательную систему пациента, например устройство интерфейса с пациентом. После окончания лечения аэрозольный распылитель или определенные его компоненты можно удалить и повторно использовать, а остальные компоненты системы можно выбросить. В качестве другого примера, аэрозольный распылитель согласно данному изобретению может быть включен в распылитель, такой как описан в патентной заявке США 10/833932, поданной 27 апреля 2004 г. Распылитель включает главный корпус, соединенный с корпусом аэрозольного распылителя, который может включать систему аэрозолирования, такую как описана выше в связи с аэрозольным распылителем 40, показанным на фиг. 4 а, 4b и 4 с, включающую резервуар для жидкого лекарства, которое должно быть превращено в аэрозоль, и вибрационную систему согласно настоящему изобретению, которая включает апертурную пластину со множеством конусных отверстий, проходящих между первой поверхностью и второй поверхностью, как описано в патентах США 5164740, 5586550, 5758637 и 6085740. В распылителе также может быть насадка для рта, соединенная с основным корпусом. По меньшей мере часть трубчатого элемента вибрационной системы согласно данному изобретению может быть расположена в корпусе так, чтобы капельки жидкости выбрасывались через насадку для рта, и пациент мог вдыхать аэрозолированное лекарство. Отверстия в апертурной пластине могут иметь такие размеры, чтобы создавать аэрозоль, в котором приблизительно 70% или больше капелек по массе имеют размер в диапазоне от приблизительно 1 приблизительно до 5 мкм. После использования корпус аэрозоля может быть извлечен из основного корпуса. Жидкость можно залить вновь, один или несколько компонентов могут быть заменены. Например, вибрационная система может быть удалена и снова использована с другим распылителем. Один вариант осуществления данного изобретения предлагает способ лечения пациента, у которого наблюдают один или несколько симптомов инфекции или другого респираторного заболевания или расстройства. В целом, этот способ включает этапы обеспечения наличия вибрационной системы, включающей круглую вибрирующую апертурную пластину, имеющую внешнюю окружность, трубчатый элемент, концентрически расположенный вокруг внешней окружности вибрирующей пластины, причем у трубчатого элемента есть внешняя окружность, и кольцевой вызывающий колебания элемент концентрически расположен вокруг внешней окружности трубчатого элемента, и вызывающий колебания элемент может радиально расширяться и сжиматься, заставляя апертурную пластину вибрировать в осевом направлении; подачи жидкого лекарства в вибрационную систему; приведения в действие вызывающего колебания элемента для того, чтобы вызвать вибрацию апертурной пластины и создать аэрозоль лекарства; и подачи аэрозоля в дыхательную систему пациента. Генератор аэрозоля в соответствии с настоящим изобретением способен производить сильный поток аэрозоля по сравнению со входной мощностью. Например, при использовании стандартного солевого раствора (2% NaCl) скорость потока аэрозоля, имеющего объемный срединный диаметр (VMD) 4 мкм,может составить 15 мкл/с, а энергия, потребляемая генератором, может составить 3 Вт. Изобретение было подробно описано для ясности и понимания. Однако следует понимать, что возможны некоторые его изменения и модификации в рамках формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Вибрационная система, включающая вибрирующую пластину; опорный элемент, окружающий вибрирующую пластину, совмещаемый с вибрирующей пластиной; и вызывающий колебания элемент, окружающий опорный элемент,отличающаяся тем, что вызывающий колебания элемент выполнен с возможностью радиального расширения и сжатия относительно опорного элемента для формирования осевых колебаний вибрирующей пластины. 2. Вибрационная система по п.1, отличающаяся тем, что вибрирующая пластина является круглой,опорный элемент имеет круглое сечение, в котором расположена круглая вибрирующая пластина, а вызывающий колебания элемент представляет собой кольцевой диск, имеющий центральное отверстие, в котором расположен опорный элемент. 3. Вибрационная система по п.2, отличающаяся тем, что опорный элемент является тонкостенным трубчатым элементом, и вызывающий колебания элемент представляет собой пьезоэлектрическое кольцо. 4. Вибрационная система по п.1, где вызывающий колебания элемент компланарно совмещается с периметром вибрирующей пластины. 5. Вибрационная система, включающая круглую вибрирующую пластину, имеющую внешнюю окружность; трубчатый элемент, концентрически расположенный вокруг внешней окружности пластины, совмещенный с круглой вибрирующей пластиной, который имеет внешнюю окружность; и кольцевой вызывающий колебания элемент, концентрически расположенный вокруг внешней окружности трубчатого элемента, причем вызывающий колебания элемент радиально растягивается и сжимается относительно трубчатого элемента, чтобы заставить пластину вибрировать в осевом направлении. 6. Система по п.5, отличающаяся тем, что пластина имеет множество конусных отверстий. 7. Система по п.6, отличающаяся тем, что ее толщина находится в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 100 мкм. 8. Система по п.6, отличающаяся тем, что пластина имеет форму купола. 9. Система по п.6, дополнительно включающая резервуар для жидкости, выполненный с возможностью подачи жидкости к пластине. 10. Система по п.6, отличающаяся тем, что трубчатый элемент имеет заостренный конец, приспособленный для извлечения жидкости из емкости для жидкости путем прокалывания мембраны, закрывающий отверстие в указанной емкости. 11. Система по п.5, отличающаяся тем, что толщина стенок трубчатого элемента составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5 мм. 12. Система по п.5, отличающаяся тем, что вызывающий колебания элемент включает пьезоэлектрическое кольцо. 13. Система по п.12, отличающаяся тем, что трубчатый элемент включает по меньшей мере один эластичный сегмент, расположенный в нем. 14. Система по п.13, отличающаяся тем, что кольцо расположено вокруг внешней окружности пьезоэлектрического кольца для регулировки рабочей частоты пьезоэлектрического кольца. 15. Система по п.5, дополнительно включающая установочную конструкцию, расположенную внутри трубчатого элемента, удерживающую круглую вибрирующую пластину. 16. Система по п.5, дополнительно включающая контроллер для управления радиальным расширением и сжатием вызывающего колебания элемента и провода, соединяющие контроллер с вызывающим колебания элементом. 17. Система по п.5, отличающаяся тем, что вызывающий колебания элемент выполнен извлекаемым из трубчатого элемента. 18. Способ вибрирования пластины, включающий этапы установки вибрирующей пластины в опорную конструкцию, которая окружает пластину; совмещения вибрирующей пластины с использованием опорной конструкции; окружения опорной конструкции, включающей вибрирующую пластину, вызывающим колебания элементом, выполненным с возможностью расширения и сжатия в радиальном направлении; и приведения в действие вызывающего колебания элемента для обеспечения радиального расширения и сжатия относительно опорного элемента для того, чтобы вызвать осевые колебания вибрирующей пластины. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что опорный элемент отфильтровывает колебания, отличные от осевых колебаний. 20. Способ вибрирования пластины, включающий использование пластины, имеющей внешнюю окружность, и трубчатого элемента, расположенного- 10012656 вокруг внешней окружности пластины, причем указанный трубчатый элемент имеет внешнюю окружность; совмещение пластины с использованием трубчатого элемента; использование пьезоэлектрического кольца, концентрически размещенного вокруг внешней окружности трубчатого элемента в месте, совпадающем с внешней окружностью пластины; и радиальное расширение и сжатие пьезоэлектрического кольца относительно трубчатого элемента,чтобы заставить пластину вибрировать в осевом направлении. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что пьезоэлектрическое кольцо вибрирует с частотой в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 500 кГц. 22. Способ по п.20, отличающийся тем, что пластина имеет множество отверстий, и дополнительно включающий подачу жидкости к пластине для аэрозолирования жидкости с получением капелек жидкости. 23. Способ по п.22, отличающийся тем, что капельки имеют размер в диапазоне от приблизительно 3 до 6 мкм, а жидкость аэрозолируется со скоростью от приблизительно 5 до приблизительно 20 мкл/с. 24. Способ по п.22, дополнительно включающий соединение резервуара с трубчатым элементом для подачи жидкости к пластине. 25. Система производства аэрозоля, включающая пьезоэлектрическое кольцо, имеющее центральное отверстие с внутренней окружностью, выполненной с возможностью расширения и сжатия в радиальном направлении при электрической активации; по меньшей мере одно электрическое соединение с указанным пьезоэлектрическим кольцом для его электрической активации; трубчатый элемент, расположенный в центральном отверстии пьезоэлектрического кольца, причем указанный трубчатый элемент имеет внешнюю окружность, контактирующую с внутренней окружностью указанного центрального отверстия и цилиндрической стенкой, определяющей внутренний просвет, проходящий по длине трубчатого элемента; круглую вибрирующую апертурную пластину, выполненную с возможностью аэрозолирования жидкости при ее осевой вибрации, расположенную поперек внутреннего просвета трубчатого элемента и контактирующую с внутренней окружностью просвета в месте, совпадающем с внутренней окружностью центрального отверстия пьезоэлектрического кольца, причем трубчатый элемент включает установочную конструкцию для опоры апертурной пластины; и резервуар для жидкости, соединенный с трубчатым элементом таким образом, чтобы поставлять жидкость к вибрирующей апертурной пластине, таким образом радиальное расширение и сокращение пьезоэлектрического кольца против стенки трубчатого элемента заставляет апертурную пластину вибрировать в осевом направлении и аэрозолировать жидкость. 26. Система производства аэрозоля по п.25, отличающаяся тем, что вибрирующая пластина имеет форму купола и содержит множество конусных отверстий. 27. Система производства аэрозоля по п.25, отличающаяся тем, что пьезоэлектрическое кольцо включает пьезоэлектрический керамический материал. 28. Система производства аэрозоля по п.25, дополнительно включающая контур вентиляторной системы, функционально соединенный с трубчатым элементом для распределения аэрозоля, произведенного указанной вибрирующей апертурной пластиной, в указанный контур. 29. Система производства аэрозоля по п.25, отличающаяся тем, что пьезоэлектрическое кольцо,трубчатый элемент, вибрирующая апертурная пластина и резервуар расположены в корпусе распылителя, имеющего насадку для рта. 30. Способ изготовления вибрационной системы, включающий совмещение вибрирующей пластины в опорном элементе, который окружает вибрирующую пластину; и размещение вокруг опорного элемента вызывающего колебания элемента, выполненного с возможностью радиального расширения и сжатия относительно опорного элемента для формирования осевых колебаний вибрирующей пластины. 31. Способ по п.30, где опорный элемент является трубчатым и совмещение включает размещение вибрирующей пластины в трубчатом опорном элементе и в контакте с установочной структурой трубчатого опорного элемента. 32. Способ изготовления вибрационной системы, включающий использование трубчатого элемента, имеющего продольный просвет; совмещение и крепление круглой вибрирующей пластины в просвете трубчатого элемента так, что пластина перпендикулярна и закрывает просвет трубчатого элемента; расположение трубчатого элемента в центральном отверстии пьезоэлектрического кольца таким образом, чтобы вибрирующая пластина в просвете трубчатого элемента была окружена пьезоэлектрическим кольцом, контактирующим с внешней окружностью трубчатого элемента; и крепление пьезоэлектрического кольца к трубчатому элементу. 33. Способ изготовления вибрационной системы по п.32, дополнительно включающий этапы: соединения гребня вокруг внутренней окружности трубчатого элемента;- 11012656 расположения вибрирующей пластины на гребне и пайки или сварки вибрирующей пластины и гребня. 34. Способ изготовления вибрационной системы по п.32, отличающийся тем, что пьезоэлектрическое кольцо соединяют с трубчатым элементом клеем, способным эффективно передавать вибрацию от пьезоэлектрического кольца трубчатому элементу. 35. Способ лечения пациента, включающий использование вибрационной системы, включающей вибрирующую апертурную пластину, имеющую внешнюю окружность; использование трубчатого совмещающего элемента, концентрически расположенного вокруг внешней окружности вибрирующей пластины, причем трубчатый совмещающий элемент имеет установочную структуру для удержания вибрирующей пластины и где трубчатый совмещающий элемент имеет внешнюю окружность, а пьезоэлектрическое кольцо концентрически расположено вокруг внешней окружности трубчатого элемента в месте, совпадающем с внешней окружностью апертурной пластины,подачу жидкого лекарства к апертурной пластине; электрическое приведение в действие пьезоэлектрического кольца, чтобы радиально расширить и сжать стенку трубчатого совмещающего элемента вокруг внешней окружности апертурной пластины,таким образом заставляя апертурную пластину вибрировать в осевом направлении и аэрозолировать лекарство; и подачу аэрозоля в дыхательную систему пациента. 36. Способ лечения пациента по п.35, отличающийся тем, что аэрозоль подается в дыхательную систему пациента через контур вентиляторной системы или системы СРАР. 37. Способ лечения пациента по п.35, отличающийся тем, что аэрозоль подается в дыхательную систему пациента через распылитель, имеющий насадку для рта. 38. Вибрационная система, включающая трубчатый совмещающий элемент, имеющий цилиндрическую стенку, определяющую продольный просвет; вибрирующую пластину, прикрепленную к цилиндрической стенке установочной конструкции и расположенную поперек просвета; и средства для передачи радиальных колебаний цилиндрической стенке трубчатого элемента, чтобы создать осевые колебания в вибрирующей пластине. 39. Вибрационная система по п.38, отличающаяся тем, что вибрирующая пластина является апертурной пластиной, имеющей тыльную поверхность, которая контактирует с жидкостью, и переднюю поверхность, причем капельки жидкости выбрасываются из передней поверхности с образованием аэрозоля при осевой вибрации апертурной пластины. 40. Аэрозольное устройство, включающее вибрирующую пластину,совмещающий элемент для размещения и удерживания вибрирующей пластины в определенном положении и вызывающий колебания элемент в контакте с совмещающим элементом. 41. Устройство по п.40, в котором часть устройства является заменяемой.
МПК / Метки
МПК: A61M 15/00, A61M 16/00
Метки: вибрационные, системы, применение
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/18-12656-vibracionnye-sistemy-i-ih-primenenie.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Вибрационные системы и их применение</a>