Coil choosing - theory

Cewka zielona

 Devices such as freePEMF or multiZAP cause the body to the pulsating low frequency electromagnetic field generated in the coil. We call this magnetotreapy. The electromagnetic field is most easily described as a system of two fields: an electric and a magnetic field. This is illustrated in the figure below:

Składowe pola elektromagnetycznego

E - electric field;

B - magnetic induction.

The coil should be selected according to the following criteria:

  • the induction stream produced,
  • the size of the construction taking into account the dimensions of the selected part of the body.

 

Main types of coils:

Color* Resistance [om] Number of turns Coil radius[cm] Wire diameter [mm] Induction during impulse [uT] Induction RMS [uT] Power RMS [W]
Green 50 44 12 0,12 55,3 27,7 1,45
Red 12 79 10 0,3 493 246 6
Yellow (special) 6 13 8 0,15 193 96 12
Orange  9,4 102/204 10 / 5 0,4 877 / 3500 438/1750 7,6
Blue 8,6 240 5 0,45 4400 2200 8,4

(*) Coil parameters and destiny marked by color.

    Most of the therapies published on the site provide information about the color of the coil, which should be used for this therapy. When creating your own therapy, the induction value should be chosen by yourself. It's a bit like choosing the right dose of medicine. The research conducted by physicist Dr. William Ross Adey may be helpful in this regard. He discovered that the biological system would react only to specific wave frequencies that have a well-defined, ultra-low magnetic induction. Such specific parameters of the magnetic field are called "Adey window". It is assumed that the magnetic field parameters that the given organism will react to can be different for different people, therefore wrong way selected therapies do not always bring the expected results.

    Magnetic induction / induction flux

    Magnetic induction is generated by the device and regulated by the use of a suitable coil or a set of coils inbuilt within mat. Coils can be connected in series or in parallel, keeping in mind that the minimum total resistance mustn’t be less than 6 ohms.

    Considering the Ohm's law (I = U / R), the theoretical constant component of the magnetic induction in the middle of the coil during the pulse results from formula (1):

     

    (1)   Wzór 1

     

    where:

    B - magnetic induction [T];
    μ - magnetic permeability. For air is 4 * π * 10-7 [H / m]
    n - number of coil turns
    U - Coil supply voltage obtained from the control system. The pulse is 12 [V]
    r - radius of the coil [m]
    R - coil resistance [om]

     

    Schemat1

    Each flat coil can be described by the following parameters:

    • resistance - can be measured with a millimetre,
    • diameter of copper wire which was used for winding - measure with callipers,
    • diameter or radius of the coil - to measure with a ruler,
    • number of coils - to be counted using a magnifying glass and a toothpick.

     

    Example 1 (green coil)

    The resistance of the coil with a radius of 12cm is 50, and the number of coils is 44. The coil was wound with a copper wire d = 0.12mm.

    Substituting for formula (1):
     

    Wzór 2

    Magnetic induction is 55.3 uT (micro-Tesla) in the middle of the coil. Multiply the result by 104 the result is converted in Gaus: 0.553 Gs. These are theoretical values and in fact the magnetic induction is smaller. Please note that the magnetic field weakens with a cube distance from the middle of the coil to the point lying on its axis.

     

    A simplified coil selection scheme for the free-PEMF device

    As the coil is supplied with a rectangular signal with a voltage of 12 [V] for the calculation of magnetic induction, the simplified formula (3) can be used:

     

    (3)   Wzór 3

     

    d - wire diameter [mm]
    r - radius of the coil [cm]
    B - magnetic induction in [uT]

    or use the below table:​

     

    table 1

     

    The above illustrates that number of turns no has no effect on the induction B. This is due to the fact that the greater the number of coils, the greater the resistance of the coil and the smaller current flowing in the circuit. Please note that the number of coil turns should provide the minimum resistance R = 6 [ohm]. You can use the following tables in the design of a coil for a specific therapy. The greater the number of turns, the less the device draws energy from the battery. However, the electromagnetic field pulse of the rising or falling edge of the output signal will be correspondingly weaker due to the higher inductance of the coil.​

     

    table 2

    table 3

    table 4

    Przykład 2 (cewka czerwona):

    Cewka o rezystancji 12om, o promieniu r=10cm i 79 zwojach i nawinięta drutem d=0,30mm daje w ustabilizowanym impulsie składową stałą indukcji magnetycznej 493 µT. To jest 0,493 mT czyli niespełna 5 Gs.

     

    Autor każdą cewkę opisuje dwoma parametrami: Liczba zwojów, rezystancja. Średnica cewki [m] jest łatwo mierzalnym parametrem. W praktyce wygodnie jest stosować następujący wzór:

    (4)   Wzór 4

    Należy pamiętać, że obliczone wartości są szczytowe (w impulsie). Do wyliczenia wartości skutecznej RMS należy je pomnożyć przez 50% (0,5) ponieważ tyle wynosi wypełnienie impulsu. Oczywiście to są wartości teoretyczne, a faktyczne są niższe o 10-20%.

    Składowa indukcji elektromagnetycznej / strumienia indukcji

    Indukcja w czasie narastającego i opadającego zbocza impulsu zależy od:

    • Średnicy cewki (im większa tym mniejsza jest indukcja);
    • Szybkości zmiany prądu płynącego przez cewkę, które zależą od: rezystancji cewki, jej indukcyjności i dobroci, napięcia zasilającego, impedancji układu wykonawczego urządzenia, impedancji przewodów.

    Z uwagi na wpływ wielu czynników konstrukcyjnych wartość strumienia indukcji należy ustalić empirycznie poprzez pomiar, na przykład z wykorzystaniem oscyloskopu.

    Schemat 2

    Taki układ pomiarowy wprowadza błąd ponieważ zwiększa opór obwodu, przez co zmniejsza się płynący w nim prąd i, a także zmniejsza napięcie na cewce z uwagi na spadek napięcia na oporniku. Dla cewek o rezystancji 50 om wpraowadzany błąd jest pomijalny. Dla układów o niskiej impendancji (rezystancji dla prądu zmiennego) wprowadzony błąd przez Rpom dochodzi do 20%.

    Sposób podłączenia sond do urządzenia.

    Sondy pomiarowe

    Wynik pomiarów

    Pomiary wykonano dla cewki o promieniu r=8cm, rezystancji R=11om, ilości 14 zwojów. Nawinięto ją drutem o średnicy 0,12mm.

    Rpom. = 1 [om] (dokładność 5%)

    Żółty wykres pokazuje napięcie na Rpom (uosc.)., a niebieski napięcie na zaciskach urządzenia (piny 2 i 4).

    Zgodni z prawem Ohma I=U/R.Stąd I=0,690V/1om czyli I=690mA w impulsie.

    Częstotliwość generowana przez free-PEMF wynosi w tym wypadku wynosi 11,78Hz

    Pomiar2

     

    Zbocze opadające sygnału (ujemna polaryzacja). Widać wzbudzenie układu i generowane impulsy o napięciu rzędu 90[V] Pk-Pk (różnica pomiędzy impulsem dodatnim i ujemnym)

    Pomiar3

     

    Ponieważ między kratkami oscylogramu ustawiony jest czas 40us to impuls narastający trwa około 10us. Aby dokładniej go zmierzyć należy skrócić stałą czasową..

    Pomiar1

    Na tym wykresie łatwiej zmierzyć czas narastania zbocza. Wynosi z dużą dokładnością około 12us, przy czym

    10us do 560[mA] bo Rpom=1[om], a jedna żółta kratka w pionie wskazuje 200[mV].

    Pomiar4

     

    The maximum sensible frequencies for a sinusoidal signal due to the inductance (real use 65% of the maximum value):

    • Orange coil (3) - triple coiled: 2.5 kHz
    • Orange coil (1): 8kHz
    • Mat (wire 0.4 mm, 21 ohms ): 6 kHz
    • Yellow coil: 16kHz
    • Special programming mat: about 200kHz (requires measurements - theoretical value).