基于空气的工业液体除泡沫的宏声波发生器的制作方法

专利名称：基于空气的工业液体除泡沫的宏声波发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声波和/或超声波发生器。这种发生器用于机械破裂 构成工业泡沫的高稠度汽泡。所以，能把它分配到工业器械部门，在工 业发酵工艺技术领域中应用。
背景技术：
与工业工艺过程中的过多的泡沫有关的问题影响许多部门，例如食 品部门、制药部门、化学制品部门等。在这些部门中的一些中，尤其在 基于发酵工艺技术的那些部门中，过多的泡沫构成最严重的问题之一。 特别是，过多的泡沫造成槽容量的减小、工艺过程和反应中的缺乏、产 品的溅出和流失、容器配料和填充上的困难、对机械装置和设备的有害 影响，如此等等。泡沫在反应器、发酵器、混合器、包装机器等中产生。存在有不同 类型的泡沫，并且可以表明，对于消除它的困难程度依赖于它的特性。最普遍用于除泡沫的方法是化学的、机械的和热的。化学的方法是最 有效的，但它们有污染产品的问题。机械的方法，例如移动刀片、空气 或水的喷射等，对粗泡沫有用，但对细泡沫没什么作用。热方法由加热 泡沫和冷却泡沫组成，它们是昂贵的和难以应用的。已有几十年，知道高强度声波和/超声波发生器有导致泡沫破裂的能 力[R. M. G. Boucher and A. L. Weiner "Foam control by acoustic and aerodynamic means" British Chemical Engineering vol. 8， 1963， 卯.808-812 ],然而，它的应用是非常有限的。这种形势归因于缺少合 适的宏声波发生器。最初使用的声波发生器是气动型的(警笛、声波汽 笛)。气动型声波发生器除了具有低效率[H. Hollfelder, Improving the efficiency of stem-jet whistles, Ultrasonic 5， 250-51， 1967] 外，还产生一系列连带的问题，例如空气流、加热等，这些妨碍们的应 用。近年来，由于化学除泡沫(迄今最多使用的方法)在使用上日益增 长的限制，特别在如食品和药品这样的部门，工业除泡沫问题已成为较 大的重要性。这意味着，宏声波(高强度声或超声)的应用又在被认为是可能的非污染工业除泡沫手段。尽管如此，最近的关于"宏声波除泡沫"的先例采用了通过液体的声和/超声波[N. Ueno， Y. Nishi， T. Sakurai， "Method of ultrasonic waves degassing and device using the same"; 2000年美国专利6106590;H. K. Ratecliff， "Rotat ing sonic energy wave"; 1972年美国专利3761732;除液体泡沫的装置；1966年 美国专利1075100; F. Shuhei，"Ultrasonic defoaming tank"; 1998 年欧洲专利EP10020253; J. A. Gal lego—Juarez, "High Power Ultrasound" in Wi ley Encyclopaedia of Electrical and Electronics Engineering, vol. 9， pp. 49-59， 1999 ]。实际上，这些不意p木泡沫破: 裂，而是液体的除气作用，它是不同的工艺过程。事实上，在"宏声波 除气作用，，中，波在液体团和溶解的气体或成小气泡形式的气体中发生， 气体在里边聚集在一起形成大尺寸的气泡，这些气泡随振荡逐渐增大升 到表面，最终在表面从液体逃逸。这是文献中广泛称之为"精馏扩散" 的现象[T. G. Leighton "the acoustic bubble" ， Academic Press. London 1994] [ L. Bjorno，"High—power Ultrasonic: Theory and Application" Proc. of the 13th International Congress on Acoustics. Belgrade 1989， pp. 77-89 ]。"宏声波除泡沫"是破坏形成泡沫的气泡的工艺过程，破坏的进行 是通过由从空气射到泡沫上的高强度声波和/或超声波产生的周期地为 正和为负的压力幅度进行。由宏声波辐射引起的气泡破裂的机制基本上 是气泡谐振、辐射压力、气泡之间的摩擦、声波流以及组成气泡的膜的 雾化[L. Bjorno， "High-power Ul trasonic: Theory and Appl ication'， Proc. of the 13th International Congress on Acoustics, Belgrade 1989， pp. 77-89〗。本发明的目的是用于机械破裂构成工业泡沫的高稠度汽泡的借着空 气的宏声波发生器。它由功率电声换能器和用于其受控激励的电子发生 器装置组成。电声换能器由扩张振动的压电或磁致伸缩换能元件组成， 换能元件作为辐射器的激励器，辐射器是以具有突变外形的一个板的形 式，该外形是为使产生聚焦声场的功率容量最大和/或减少钛辐射器的重 量而专门设计的。电子产生器引进用于控制和监测换能器的谐振频率以 及用于供给它的电源的经常维护的装置和程序。发明内容本发明涉及一种声波和/或超声波发生器。这种发生器用于以 一个功 率容量和某些辐射特性在空气中发射。这个功率容量和这些辐射特性允 许以对于机械破裂构成工业泡沫的高稠度汽泡是安全和可控的方式获得必要声级(M70 dB，参照2.4—4 /ibar)。为此目的，作为辐射器，该装 置装入大表面(与振动波长相比)振动板。该振动板用具有高机械强度 和良好振动特性的材料(一般钛合金)制成。板的厚度是不连续变化， 以便分配质量，使振动位移的幅度均匀化，从而增加了功率容量。该辐 射器是一个具有非均匀厚度的大面积的板，该板以其挠曲模式之一振动。 并且，使辐射板的体积相对于规定的谐振频率最小。为通过以节间的区 域到焦点的距离意味着辐射同相到达的方式相对地位移波节间的区域获 得聚焦场而设计板的发射面外形。此外，发生器装入一个数字电子装置。这个数字电子装置用于精确 控制和监测在不同工作条件下的谐振频率。


式辐射器的图(按照[J. A. Gallego-Juarez et al. "Electroacoustic equipment for the generation of high sonic and ultrasonic intensities in gases and interfaces"1989 年西-王牙专利 No. 8903371，])。图2:才妄照专利[J. A. Gallego—Juarez et al. "Electroacoust ic equipment for the generation of high sonic and ultrasonic intensities in gases and interfaces"1989 年西g王牙专利 No. 8903371，]的聚焦/定向辐射器中的振动幅度分布。图3:具有最大功率容量用于聚焦发射的板式辐射器的图(按照本发明)。图4:按照本发明的准则设计的功率辐射器中的振动幅度分布。 图5:两个板式辐射器的功率容量的比较(a)按照专利[J. A. Gal lego—Juarez et al. " Electroacoustic equipment for the generation of high sonic and ultrasonic intensities in gases and interfaces" 1989年西班牙专利No. 8903371,]设计的,(b)按照本 发明设计的。图6:带有按照本发明的板式辐射器的宏声波换能器的图1与电子设备的连接。2换能元件压电(或磁致伸缩)夹层加机械放大器。3带有为获得板的最大功率容量的厚度分布的辐射板的面。4带有用于获得聚焦辐射的外形的面。图7:按照本发明的用于产生的电子系统的方框图。
具体实施方式
本发明的目的是一种宏超声波发生器。它用于以破裂组成泡沫介质 的汽泡为目标把高强度声波或超声波在空气中发射到那种介质上。所说 的发生器基本上由压电(或磁致伸缩)换能元件构成。该换能元件驱动 大的表面(与材料中的振动波长比较)和非均匀厚度的振动板。该振动 板挠曲振动而起声波辐射体作用。本发明包括一个电子激励系统。该系 统装有数字装置，在可变工作条件下用于编程工作周期和控制以及监测 谐振频率。为了破坏泡沫，需要高声波强度 一般说大于170 dB。在空气中产 生这样高水平意味着，要有一种具有发射聚焦声波场的高功率容量的高 性能声波发生器。为实现这个目标，在高声或超声波频率的功率发生器 需要具有.很特殊的特性。在空气中发生高声波和/或超声波强度出现由于 介质的低声阻抗和其高吸收而引起的主要困难。认为适于工业问题的大 多数发生系统是气动型的(警笛和汽笛)，其中借助气体射流供给能量[P, Greguss， "The application of airborne and liquid borne sounds to industrial technology", Ultrasonics 2， 1964 ]。用这些系统达到的 声波功率在一些情况下能相对高，然而获得的效率却很低。此外，它们 显示了在超声频率工作的困难，并且发射的声波信号通常含有谐波和次 谐波。气动系统也有缺点，大部分产生激励能量的气体同声波信号一起 传播。利用延长固体振动器的压电或磁致伸缩型的其他超声波发生器在 其辐射面上受限制，因为，为了避免横向振动模式，它们不能具有直径 大于波长的1/3的横截面。这也意味着，它们空气中的辐射阻抗(与辐 射面和介质密度成比例)很低，因此它们的这也意味着，电声效率也低。 这意味着它们一般用于水中辐射[E. Neppiras, The pre-stressed piezoelectric sandwich transducer, Ultrasonic International 1973 Conf. Proc, pp. 295-302; J. A, Gal lego—Juarez "Piezoelectric ceramics and ultrasonic trasducers，， ， J. Phys. E. Sci. Instrum，Vol. 22， pp. 804-816， 1989 ]。增加辐射面的尝试产生带有挠曲振动板 开j式的辐射体的换能器[K. Matsuzawa， "Ultrasonic trasducers with flexural ly vibrat ing diaphragms for use in air" I and II， Japanese Journal of Applied Physics vol. 9 NO. 3 and 9， pp. 235-45 and 1167-71， 1970 ]。问题是，这些系统具有很低的能量集聚，由于作为逆 相位区域振动结果而产生的相位抵消。提供较好地适于能量集聚的解决 办法的带有板式辐射体的宏声波发生器是阶梯板式辐射体[J. A. Gal lego-Juarez et al. " Electroacoustic equipment for the generation of high sonic and ultrasonic intensities in gases and interfaces" 1989年西班牙专利No. 8903371，]。在这些发生器中， 辐射元件是在挠曲状态下振动的板，它不是扁平的而呈现不连续变化的 外形。为了使辐射同相，通过位移节间的区域获得该外形的设计。如此 获得在其两面上具有不连续变化外形的板式辐射体，该辐射体产生经过 一面的相干场和经过另一面的聚焦场(图1 )。然而，这些一般用途的发生器对于在工业除泡沫上的使用显示出一 定的困难。特别是，它们在其功率容量和其具有用于定向场的外形的结 构上有限制，并且它们缺乏用于工业除泡沫的特定效用。此外，用于这 些发生器的谐振频率控制系统不具有对于工业处理必要的稳定性。事实 上,在援引的专利[J. A. Gal lego—Juarez et al. "Electroacoust ic equipment for the generation of high sonic and ultrasonic intensities in gases and interfaces" 1989年西S王牙专利 No. 8903371, 1989 ]中申述要求保护的系统是建立在模拟型振荡器的基础上， 这种振荡器由一个功率放大器组成，该功率放大器具有借助于调谐电桥 电路、移相器、限幅器和滤波器或者通过借助于锁相环(PLL)监测发射 器的谐振频率而来自实际的超声波换能器的反馈。这些系统表现出相当 关键的性能，特别是发射的初始瞬间，在这个瞬间换能器装置是完全冷 的，进一步需要使用精密部件和各种调整点，这些调整点必须对每个连 接的超声发射器被逐个调整。另一个问题是，随着换能器的工作条件变 化，发射的功率能大幅度地变化，接着系统或其总负载的效能经常损失。 这些问题意味着，每次发生器启动它都必须由专业操作人员来进行调整， 并且它还要求永久地监测以防发射功率下降。由于所有这一切，这些发生器对工业条件下除泡沫的应用来说是明显不能胜任的。换能器的功率容量需要加大，其结构需要简化，较稳定 和精确的电子设备需要引进。功率容量有限制的问题由这样事实得出，即，振动幅度在节间的区 域中的分布不是均匀的，而是存在有幅度最大和最小，在它们之间的差是相当大的(图2)。这是一个基本限制因素，因为对于一定的辐射面， 在振动板未达到其疲劳限制的情况下，功率容量由能达到的最大应力确 定。在振动幅度缺乏均匀性的分布的情况下，对于相对低的施加功率来 说，该限制位移可能达到最大幅度点。对于由钛合金(它是高度抗疲劳 材料)制造的板，最大应力极限是固定在约200 MPa。这意味着，在图3 的位移分布的情况下，最大位移会是48.6微米。这个位移分布能够被改 进，并且这些辐射器的功率容量因而能通过板的质量的重分布来扩大。 所以，设计了新的一种辐射器。除了在其辐射面上引入为产生为除泡沫 所必要的聚焦声波场所要求的外形外，该辐射器在其非辐射面上有由振 动幅度的重分布确定的外形。这个外形的配置基于以下目标进行增加 周边节间的区域(构成辐射面的主要部分)的位移幅度；同时，减小中 央节间的区域的位移。为了实现这种情况，按着以下准则来修改非辐射 面的外形使位于周边节间的区域的阶梯的厚度成为较微小的；同时保 留中央区的厚度，或者稍加修改。这些修改通过利用有限元件模型进行， 以便确保最大机械应力总是保留在周边区域内。在按照这些准则(图3)制作的板的情况下，实现了一种振动幅度分 布。如从图4可见到的，这种分布增加了在周边节间的区域的幅度。考 虑到功率是幅度平方的函数，这意味功率容量的明显增加。事实上，用 这些新准则设计的图3辐射器，对于与图1辐射器(按照[J. A. Gal lego—Juarez .et al. " Electroacoustic equipment for the generation of high sonic and ultrasonic intensities in gases and interfaces" 1989年西班牙专利No. 8903371， ] i殳计的)为相同的频 率(21 kHz)提供几乎600 W的功率容量(同以前模型的490 W比较)(图 5)。而且，这个改进用23%小的辐射面实现，因为，为了保持频率和振动 模式，减小了直径。考虑到功率容量与辐射面成比例，如杲我们比较按 照[J. A. Gal lego-Juarez et al. "Electroacoustic equipment for the generation of high sonic and ultrasonic intensities in gases and interfaces" 1989年西班牙专利No. 8903371 ]和按照本发明诏:计的两个有相同表面的板，对于相等的表面，后者相对于前者的功率容量增加会是约50%。所以，在本发明的情况下，人们不只实现辐射器的功 率容量增加，而且也实现其体积的减小(这意味一般使用的钛材料的较 低成本)和外形的简化，这便于机械加工。图6表示带有按照本发明的 辐射器的宏声波换能器的图。就构成本发明目的的电子发生系统来说(图7),它引进了用于监测 发射器的谐振频率和用于保持功率恒定的新过程，而不需要操作人员出 现。该过程是基于在换能器的控制回路中包含一个微控制器。该微控制 器总是自动地保持最佳发射条件。这个方法提供了 一系列的胜过上述那些方法的优点a) 每次开启发生器，不需要人工调整发生器的参数，并且能由任何 人启动而无需专业人员。b) 系统在谐振点的工作是非常稳定的，精确地适应谐振频率和电阻系统老化得出的变化而引起的，在运行时不需要任何监测。c) 每次改变换能器时不必进行调整，因为发生器自动适应每个单独 的换能器的特性。d) 电子装置的制造不要求使用高精密部件。e) 由于具有较大的保护和较好的控制，它增加了整个系统的可靠性 和耐久性。f) 它具有远程监视和遥测能力，允许自动操纵的维护程序。g) 它适合具有苛刻的环境条件的工业情况。 如图7方框图所示，发生器系统由以下基本级组成1) 换能器的寄生电容的补偿电感L1。2) 阻抗适配变换器Tl,它把换能器的阻抗降低到下节所述的传输线 的特;f正阻抗。3) 公共传输线C1，用于把换能器、变换器T1和电感L1阵列同放大 器和控制系统阵列连接。4) 阻抗变换器T2，使传输线Cl的特征阻抗与从下节所述的功率放 大器的输出阻抗相匹配。5) 功率放大器A1，适合供给必要的功率给换能器。6) 用于采样变换器T2的次级中的电流信号的通道。7) 用于采样施加到传输线C1上的电压的通道。8) 才莫拟信号处理器PGA1、 PGA2、 PGA3、 El、 E2、 DC1、 DC2、 MU1、 MU2的阵列，放大在不同处理部分的带有不同增益值(PGA1、 PGA2、 PGA3) 的电信号，以便从电压和电流采样、信号的零点交叉(DC1、 DC2)或从 它们的相乘(MU1、 MU2、 MU3)获得的结果中提取它们的特征有效值(El、 E2 )。9) PPL(锁相环)电路，用于产生功率放大器的激励器信号，该信 号的频率等于换能器的谐振频率。10) 可编程电压单元UV1和模拟加法器SM1,用于频率和相位校正。11) 模/数转换器ADl、多路复用器M1。12) 处理器P1，用于进行工作条件的测量操作，相位、功率和工作频带上的稳定性控制，整个电声系统的监视，变量和参数的监测以及与 远程计算机或装置的通信。13) 通信接口 II,用于把微处理器M l连接到远程计算机。 在下面，与这些级的相互关系一起逐个描述其中的每一级的作用。1 )补偿电感L1在换能器的工作频率处与换能器的寄生电容谐振， 补偿后者引进的有害相位差。2 )变换器T1具有比换能器运动的谐振频率范围宽得多的频带，引 进可忽略的相位差。变换比是这样的在用换能器冷却加载初级时，由 初级提供的阻抗与传输线的特征阻抗相适配。3) 公共传输线Cl是屏蔽的，以便防止干扰的发射，它可以是带有 屏蔽的同轴型或两线型，它的特征阻抗可以在50n和300n之间变化。 根据应用情况，或许有必要，换能器和主要设备互相良好隔开，因而传 输线会是很长，这意味着在其端部的终端阻抗需要适配。4) 阻抗变换器T2具有比换能器运动的谐振频率范围宽得多的频带， 引进可忽略的相位差。变换比是这样的在次级由功率放大器激励时， 由次级提供的阻抗与传输线的特征阻抗相适配。5) 功率放大器Al能够以换能器的工作频率传递适当的功率到每个 应用。它的设计是普通的，能在市场上获得。它必须能够以最大额定功 率不间断地工作。6) 用于采样在负载中的电流信号的通道由电阻器Rl组成，电阻器 Rl与放大器负载串联并具有比线C1的特征阻抗小得多的值，其方式是它没有大幅度地改变负载阻抗，并且出现在其终端的电压与线中的电流强 度成正比。获得的信号用于控制频率和控制功率。7) 用于采样施加到传输线Cl上的电压的通道由从电阻器R2和R3 构成的获取这个电压的一小部分的分压器组成。获得的信号用于控制频 率和控制功率。8) 信号处理器阵列从处理器控制的PGA1、 PGA2、 PGA3,可编程;改大器，PGA1放大电压 采样，PGA2放大电流采样，PGA3放大到PA放大器的激励信号。通过改 变可数字控制的增益，它们供给适当的动态电平，用于在处理中使误差 最小。El、 E2获得与电压采样(El )有关的电信号的有效值和电流采样 (E2)，该电流采样可以提取最新参数，如阻抗的模数或者不超过换能器 容许的最大电流。DC1、 DC2分别是电压和电流采样的零点交叉提取器， 基本上，正当输入信号通过零点值时它们切断输入信号，以致它们的输 出只显示两个状态"0"和"1"，取决于这个信号在这个值以上还是以下， 这就提供了触发值，基于该触发值参考相位能被测量，以及电压和电流 之间的相位差能^^测量，电压和电流之间的相位差作为一个测量值和作 为误差信号对于通过PPL电路的相位调整反馈回路是有用的。MU1、 MU2、 MU3是电路乘法器。MU1的功能在关于PPL的段落中描述。MU2用作相位 比较器，在借助于R7和C3积分它的输出之后，我们获得电压和电流之 间的相位差。MU3负责获得电功率，其根据上述电压和电流采样作为它们 的积、通过R5和C2的积分和相继的标定。注意到这一点是有意思的， PGA1和PGA2在MU3的前面的^f吏用，其目的是增加动态范围和转:换器AD1 的分辨率，它明显地改进了其性能以及(PGA1分辩率位)x (PGA2分辩 率位)，这允许以低成本获得精确功率测量系统。9) PPL(锁相环)电路由普通型式组成。它由VC0 (压控振荡器)、 起相位比较器作用的四象限乘法器Ml和由电阻器R6和电容器C3组成的 低通滤波器组成。VC0有两个输出， 一个以方波的形式送到相位比较器， 另一个以正弦波的形式送到放大器，这两个输出的相位差是n/2弧度。 相位比较器的另 一输入是输出电流采样信号。相位比较器是四象限乘法 器，所以，PLL以在其两个输入之间的相位差是7r/2的频率耦合，而且 当来自VC0的两个输出之间的相位差也是Ti/2时，结杲是它将停留在来 自功率放大器的输出的电压和电流的相位是0的频率处。VCO的中心工作频率通过电阻器R4和电容器Cl调节。来自VCO的输出表示同换能器一 致的波形，通常的正弦形，其幅度由PGA3进行数字控制。10) 由于来自换能器的响应呈现不同的谐振，我们必须把工作区放 在换能器表现最大效率的谐振模式中的一个。可编程电压单元UV1产生 一个由处理器命令的电压。以我们能改变VCO的相位和频率的方式，加 法器SM1把这个电压加到PPL的主控制回路的相位读取误差上，因为如 我们较早已述的，通过DF输入，我们知道通过脉冲计数程序在已知时间 段获得的前者和频率。这允许建立控制回路和在我们希望的频率区替换 PPL的捕获范围，因此我们能进行监测我们希望的谐振频率带中的相位。11) 同多路复用器M1—起的转换器AD1:有4个输入端VV、 VI、 VW、 VF,以这些能被处理器采集以便把输入变量馈送到不同算法中的方式分别用于有效电压、有效电流、功率和相位的值的数值转换。通过使 用数字控制放大器PGA1和PGA2，增加了 AD1的位分辨率，如前所述，PGA1 和PGA2明显地放大了它的动态。12) 处理器P1是普通型的，它可以是微控制器，或者微处理器，或 者信号处理器，或者EPGA,或者能以高速完成实时操作的任何其他装置。它完成以下功能a) 换能器的基本参数的测量和计算 施加到线Ll上的电压的大小的测量。在线L1中的电流的大小的测量，它与电压比较的相位的计算。 传递到换能器的瞬时功率的测量。计算换能器阻抗的模数和从上述电压和电流的测量开始的相位。b) 用于相位、频率范围和功率的控制和稳定性回路的维持。c) 系统的监视、观察和监测PA放大器的状态、换能器的状态，激 励、当前阻抗的范围、在对换能器有害的频率的谐振模式。解决不同事 件的算法，防止灾难性故障的对策。d) 冷启动，平稳、启动。e) 谐振搜索算法，表征使用中的换能器，以适当且逐次的频率范围 进行扫描，覆盖通常换能器的所有可能工作频率，登记换能器的阻抗的 模数和相位。以这个测量为基础，根据作为关于预期谐振频率搜索粗、 中等和细的频移的函数的一组参数来确定换能器的最佳工作频率，这组 参数如必须产生谐振的频率范围、可允许阻抗的范围、最佳相位和搜索范围、在搜索和搜索对策期间的激励电平。f) 数据可视菜单的处理，来自键盘的参数引进和记住。g) 与外部(个人计算机及其他装置)通信程序的操控允许外部监视 数据、参数和内部状态以及发送改善换能器的工作条件的命令，工作条 件如工作功率、工作频率、以伏特为单位的激励电平。13)通信接口 II是计算机互相通信的标准型的。它可以是如RS232 或RS485这样的电流回路或电压回路或者任何其他适于在电子设备和控 制它的远程计算机之间存在的距离上传递的计算机之间的通信接口 。通过以使最大位移分布被均匀化，使之在周边区域中最大而在中央 区域中适中的)方式，使得周边节间的区域的厚度微小下来并且保持和/ 或稍微修改中央节间的区域的厚度来设计辐射板的非发射面的外形。对于限定的振动频率和模式，辐射板具有最小的体积和最大功率容量。电子发生器装置a. 在每个瞬间产生一个信号，该信号的频率等于换能系统的最佳频 率，自动校正这个频率的数值，以便使它适应能在发射器的谐振频率中 出现的漂移；b. 在每个瞬间产生一个信号，该信号的功率是恒定的并等于在其配 置的时刻预置的参考功率，自动校正换能器的电压激励值，以便使它适 应于它在工作条件中的变化；c. 以自动的方式自动起作用，无需专业操作人员介入；d. 与连接到它的任何换能器一起最佳地工作，与其具体谐振频率特 性、带宽和电阻无关，没有必须要调整的系统参数；e. 记住最后连接到它的换能器的特征，并且自动探测该连接换能器 当前是否具有与以前相同的特征，如果没有，它进行新换能器的完整表 征；f. 一旦已进行了新换能器的完整表征，它自动地在新换能器的最佳频率和在预置功率处开始它的激励；g. 在换能器的工作环境条件中的急剧变化引起它的特性完全改变的情况中，它自动进行如同它是一个新换能器那样的完整表征；h. 通过一个通信接口，它能由一个远程计算机监视，以便登记换能 器的参数和工作条件；i.通过一个通信接口，它能由一个远程计算机命令，以便改变换能 器的功率、电激励和工作频率，或者暂停它，或者启动它，或者甚至用于开始连接到它的换能器的完整表征操作以及不同的功能和安全参数；j.通过一个通信接口，它能由一个远程计算机利用与同样也能被监 视或命令的其他同等设备共用的数据线监视或命令；k.它包括一个PPL (锁相环)电路。该电路由压控振荡器、4个起 相位比较器和低通滤波器作用的四象限乘法器组成，带有通过处理器执 行的3个控制回路 一个用于控制输出功率，另一个用于控制工作频带， 再另 一个用于控制输出电流和电压之间的相位；1.它按照一组参数、电源电压的状态、为获得最大能量效率而采纳 不同对策来监视和监测组合的系统，电子激励发生器-超声换能器，这组 参数如工作阻抗范围、工作频率范围、最大可允许的相位差、最小可 获得的相位差、最大电流、最大激励、激励模式或恒定功率、在表征期 间的激励电平；m.它保护作为一个整体的系统，防止在对于换能器在极其或格外恶 劣条件下工作，即使它或许偶尔能在这些条件下工作，也会发现它的耐 久性被危害，因此影响总体可靠性。
权利要求
1.一种用于机械破裂构成工业泡沫的高稠度汽泡的借助空气的宏声波发生器，其中它由功率电声换能器和用于其受控激励的电子发生器装置组成，该电声换能器的特征是它由扩张振动的压电或磁致伸缩换能元件组成，该换能元件用作为辐射器的激励器，该辐射器是具有不连续变化的外形的板的形式，该外形被设计为使产生聚焦声场的功率容量最大化和/或减少钛辐射器的重量，该电子发生器的特征是引进用于控制和监测换能器的谐振频率以及用于恒定保持供给它的电源的装置和程序。
2. 按照权利要求1的借助空气的宏声波发生器，其中辐射器是一个 具有非均匀厚度的大面积的板，该板以其多个挠曲模式之一振动。
3. 按照权利要求1和2的借助空气的宏声波发生器，其中板的发射 面的外形械_设计为通过以节间的区域到焦点的距离意味着辐射同相到 达的方式相对地位移该节间的区域来获得聚焦场。
4. 按照权利要求1、 2和3的借助空气的宏声波发生器，其中辐射 板的非发射面的外形被设计为通过以使最大位移的分布被均匀化的方 式将的节间的区域的周边厚度微小下来并且保持和/或稍微修改节间的 区域的中央厚度，使得在周边区域最大而在中央区趋緩。
5. 按照权利要求l、 2、 3和4的借助空气的宏声波发生器，其中对 于限定的振动频率和模式，辐射板具有最小体积和最大功率容量。
6. 按照权利要求l、 2、 3、 4和5的借助空气的宏声波发生器，其 中电子发生器装置在每个瞬间产生一个信号，该信号的频率等于换能系 统的最佳频率，自动校正这个频率的数值以便使它适应于在发射器的谐 振频率中出现的漂移。
7. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5和6的借助空气的宏声波发生器， 其中电子发生器装置在每个瞬间产生一个信号，该信号的功率是恒定的 并且等于在其配置的时刻预置的参考功率，在自动校正换能器的电压激 励值以便使它适应于它的工作条件的变化。
8. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6和7的借助空气的宏声波发生 器，其中电子发生器装置以自主的方式自动工作，无需专业操作人员的 介入。
9. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7和8的借助空气的宏声波发生器，其中电子发生器装置与连接到它的任何换能器一起最佳地工作， 与其具体谐振频率特性、带宽和电阻无关，没有必须调整系统的参数。
10. 按照权利要求K 2、 3、 4、 5、 6、 7和8的借助空气的宏声波 发生器，其中电子发生器装置记住最后连接到它的换能器的特性，并且 自动探测该连接的换能器当前是否有与以前的换能器相同的特性，如果 没有，它进行对新换能器的完整表征。
11. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9和10的借助空气的 宏声波发生器，其中一旦已进行了新换能器的完整表征，电子发生器装 置自动地以新换能器的最佳频率并以预置功率开始它的激励。
12. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10和11的借助空 气的宏声波发生器，其中在换能器的工作环境的条件急剧变化以使得它 的特性完全改变的情况中，电子发生器装置自动进行如同它是一个新换 能器那样的完整表征。
13. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11和12的借 助空气的宏声波发生器，其中通过一个通信接口，电子发生器装置被一 个远程计算机监视，以便登记换能器的参数和登记工作条件。
14. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12和13 的借助空气的宏声波发生器，其中通过一个通信接口，电子发生器装置 被一个远程计算机命令，以便改变换能器的功率、电激励和工作频率， 或者暂停它，或者启动它，或者甚至用于开始连接到它的换能器的完整 表征操作以及不同的操作和安全参数。15. 4姿照权利要求1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13 和14的借助空气的宏声波发生器，其中通过一个通信接口，电子发生器 装置被一个远程计算机利用与同样也能被监视或命令的其他同等设备共 用的数据线来监视或命令。16. 按照权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14和15的借助空气的宏声波发生器，其中电子发生器装置包括一个PLL(锁相环)电路，该PLL电路由压控振荡器、4个起相位比较器和低通滤 波器作用的四象限乘法器组成，带有通过处理器执行的3个控制回路， 一个用于控制输出功率，另一个用于控制工作频带，再另一个用于控制 输出电流和电压之间的相位。17. 4安照权利要求1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、14、 15和16的借助空气的宏声波发生器，其中电子发生器装置按照一组 参数、电源电压的状态、为获得最大能量效率而采纳不同对策来监视和 监测组合系统，电子激励发生器-超声换能器，这组参数例如是工作阻 抗范围、工作频率范围、最大可允许的相位差、最小可获得的相位差、 最大电流、最大激励、激励方式或恒定功率、在表征期间的激励电平， 电子发生器装置也保护作为一个整体的系统，防止在对于换能器在极其 或者格外恶劣条件下工作，即使它或许偶尔能在这些条件下工作，也会 出现它的耐久性被危害，因此影响总体可靠性。
全文摘要
本发明涉及一种声波和/或超声波发生器，这种发生器用于在空气中发射，具有一个功率容量和特定辐射特性，这个功率容量和这些辐射特性允许为机械破裂构成工业泡沫的高稠度汽泡而以安全和控制的方式获得必要声级(＞170dB，参照2.4^-4μbar)。
文档编号G10K9/12GK101273402SQ200580051669
公开日2008年9月24日 申请日期2005年7月27日 优先权日2005年7月27日
发明者A·布兰科布兰科, E·列拉弗兰科德萨拉比亚, F·蒙托亚维蒂尼, G·罗德里格斯科拉尔, J·A·加列戈胡亚列斯, V·阿科斯塔阿帕里焦 申请人:康斯乔最高科学研究公司