专利名称：超声波生物处理频率搜索控制的一体化方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波生物处理方法。
背景技术：
现有的超声波生物处理方法是通过事先设定或选择超声波发生设备的某一工作频率，然后以该频率的超声波作用于处理对象。但超声波对对象的处理速率与超声波频率高度相关，超声波频率不同，处理效率大不相同；而且，处理对象的生物细胞种类更与超声波频率高度相关，不同的生物细胞，对不同频率超声波的敏感性大不相同。这就造成了现有超声波生物处理方法的初次超声波频率确定的盲目性，进而，对额外进行超声波频率分析、 确定形成依赖性。实际工作过程是利用某生物细胞在不同频率下的处理情况，进行分频带对照、分析确定，得到有关数据；在以后的工作中，沿用该特定对象的数据，经验地确定适合的超声波频率。这已是习惯做法。本质上，这样的方法并不能保证所工作的超声波频率就是对对象高效的最佳频率，也不能对不同的对象进行精确的精细频率调整，积累的经验也就不是最佳工艺的；加之，该方法不仅在初期大量耗费人力、财力、物力，而且在沿用期也经常地要求观察、调整和维护。鉴于此，有必要研发一种新的高效策略，使超声波生物处理工作不再沿用先经分频带对照、分析确定超声波频率，再经验地确定所需频率的低效做法，而是将确定所需频率的过程最大限度地高效、自动化进行。解决该类问题的方案可分为多体集成联网结构和一体化结构。
发明内容
为弥补现有单一频率超声波在生物处理应用中的不足，使得超声波生物处理过程的可测、可控，实现生物-机-电一体化，本发明提出一种超声波生物处理频率搜索控制的一体化方法，它采用宽频带处理顺序搜索、捕捉、控制锁定最佳处理频率的运行策略，在超声波电源工作频域内，按超声波电源频域分层配置多块宽频带谐振换能器-振板结构，各换能器-振板结构通过不同匹配谐振网络和多路固体接触器，连接到同一宽频域超声波电源。通过控制、显示及运行参数设置功能和扫频模式与功率给定功能的执行，在上、下限频率界定内进行扫频搜索式超声波生物处理。以此，使各种不同的生物细胞、物品表面污渍、 污染、污垢均能接受到适合频率的超声波作用，并锁定在该频率上。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是通过对处理液处理作用区域的浓度监测，利用程序计算，在设定模式下得到浓度变化的动态，依据该动态，确定最佳工艺频率点。将一系列以不同扫频中心频率为基准的宽频带换能器-振板结构，相间分层安装在同一优质防腐不锈钢槽内的下部，形成宽频带超声波产生工作空间；各换能器-振板结构通过不同匹配谐振网络和多路固体接触器，连接到同一宽频域超声波电源。用键盘设定上、下限频率、单程扫频搜索时间、扫频搜索方式、总振荡时间，对槽内处理液进行周期性扫频搜索处理，通过浓度变化的动态检测，观察其最敏感的频率带。在给定的运行过程、参数、处理频带上、下频率、扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与电源输出功率下，通过控制固体接触器执行开关动作，切换跨频率段的换能器-振板结构与匹配电感，实现扫频搜索频段的自动连续续接功能，以同一宽频域超声波电源，扫频驱动相应频带换能器-振板结构。其运行控制的过程为通过操控键盘，人工统一设置包括超声波处理脉冲间歇比、脉冲宽度、频率搜索速率等的处理模式，以及处理频带的上、下限频率和超声波电源输出功率；——从处理频带的下限开始自下而上(或从其上限开始自上而下)扫频运行，即处理槽罐中的处理液在振板作用面作用下，受不同频率超声波空化作用而产生不同浓度的处理产物；同时，利用蛋白质对200nM 400nM光谱的吸收特性，在处理槽罐装设紫外线检测装置，利用其紫外线接收器，接收到受不同浓度处理产物吸收后而不同的紫外线光通量信号，使之以相应变化幅度的电信号反馈给操控装置；在操控装置中，加设具有模数转换、 处理和数据通讯功能的电路作为反馈信号处理单元，将浓度反馈电信号转化为反映处理效率的数字信号，再通过数据传输，由单片机进行数据处理与控制使用；——当处理槽罐紫外线检测装置检测到高效处理频段时，保持该处理频段各运行参数；否则，继续扫频运行；——如果高效处理频段为上端频段(或下端频段)，保持该处理频段各运行参数， 并在原已运行的处理频带上端(或下端)以外，人工重新设置扩展的频带的上、下限频率， 继续扫频运行；否则，接下步；—从该频段下限开始自下而上(或从其上限开始自上而下)扫频运行；—当处理槽罐紫外线检测装置检测到高效处理频率时，保持该处理频率各运行参数；否则，在同频带继续扫频运行；——处理频带上下限频率汇聚到检测到的高效频率点，并控制、锁定到该高效频率；——在高效频率点锁定运行；——当处理槽罐紫外线检测装置检测到处理效率处于渐近趋于零的过程，即光通量信号幅度趋于饱和时，说明液体液位已低于振板作用面，停止运行；否则，继续运行。其控制功能结构配置的技术方案为通过操控键盘操作，系统的操作装置行使控制整个系统的运行过程、参数设置，以及处理频带上、下频率给定的功能；通过超声波电力产生、匹配切换、换能执行、处理槽罐紫外线检测和检测信号转换功能的系统配置，系统行使所在频带上的扫频搜索式超声波处理、产生物光吸收量检测和处理效率信号反馈功能； 通过操作键盘的扫频模式与功率给定环节，系统行使超声波处理的扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与电源输出功率给定功能；通过宽频域超声波电力产生装置，系统行使将市电电力转换为不同频率超声波电力的功能；通过固体接触器受控执行开关动作，切换跨频率段的换能器-振板结构与匹配谐振电感，换能执行环节实现扫频搜索频段的自动连续续接功能，以同一宽频域超声波电源，扫频驱动相应频带换能器-振板结构，实现将超声波电能转换为相应频率超声波机械能的功能；通过紫外线发射、接收对管在处理槽罐结构上的配置，处理槽罐紫外线检测环节利用被处理液中不同浓度产生物的不同光吸收作用，实现对紫外线光通量变化的检测，反映处理液中产生物的浓度变化；利用紫外线接收器将接收到的紫外线光通量变化信号同步换为相应的浓度变化电信号，检测信号转换环节将发射器得到的驱动信号与接收器送出的浓度变化电信号加以比较、放大，按所设定的处理脉冲间
5歇比、模式，形成处理效率变化检测电信号，作为超声波处理效率的反馈信号，送给操控装置。本发明的有益效果是由于一体化，使系统结构和运行操作大大简化，便于通过程序软件的改变，方便地调整控制方案和实现多种新型控制策略，可以实现运行数据的自动储存，使得超声波生物处理过程的可测、可控，实现生物-机-电一体化，有助于实现超声波生物处理的智能化；可连续监控、调节换能器-振板结构的频率以提供最佳的超声输出；其利用显示器的过程监控、参数图示功能不仅可对所有处理运行参数进行专门编程，还可以用图形表达超声频率、功率、处理速度和处理过程理化参数的变化；通过其操控终端的人机对话方式，可对处理程序进行调整，操作人员可按提示输入有关数据，操作直观明了 ；免去了分频带对照、分析确定最佳频率的漫长时间消耗，容易找到各种生物细胞处理的合适频率，快速建立其最佳工艺条件。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明实施例的系统控制功能结构框图。图2是本实施例的处理槽罐配置结构视图。图3是处理槽罐的处理效率检测装置结构俯视图。图4是本实施例系统配置结构左前透视示意图。图5是本实施例系统配置结构右前透视示意图。在图1 5中1.换能器-振板结构，1. 1.振板接线盒，1.2.振板连接线，1.3.振板连接插座，2.处理槽罐结构，2.1.上液管，2. 2.下液管，2. 3.蠕动泵，2. 4.操作装置， 3.处理效率检测装置，3.1.检测装置连接插座，3. 2.检测电路，3. 3.检测装置接线盒， 3.4.密封胶套，3. 5.支撑架，3. 6.密封管，3. 7.透光面，3. 8.紫外LED，3. 9.紫外线接收二极管，4.超声波电力产生装置，4.1.控制电路，4. 2.超声波电力产生电路，4. 3.多路固体接触器，4. 4.匹配谐振电感；I.第I处理频带，II.第II处理频带，N.第N处理频带。
具体实施例方式考虑到换能器-振板结构的谐振性能，采用多频带组合搜索、捕捉、控制锁定最佳处理频率的运行策略，在各个由上、下限频率界定的频带上进行顺序扫频。在各个频带上， 通过对处理液作用区域的浓度监测，利用程序计算，在设定模式下同步地得到浓度变化的动态，依据该动态，确定最佳工艺频率点。在图1的系统控制功能结构框图中操作装置2. 4用于通过之给定整个系统扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与输出功率的参数设置，使得控制电路4. 1行使扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与输出功率控制的功能，控制超声波电力产生电路4. 2按给定扫频搜索顺序、脉冲间歇比、处理模式与输出功率，输出超声波电力，并依扫频搜索顺序、脉冲间歇比，控制多路固体接触器4. 3，同步地切换匹配谐振电感4. 4和换能器-振板结构
1，使得给定频带(第I处理频带I、第II处理频带II........第N处理频带N)下的换能
器-振板结构1产生给定脉冲间歇比和处理模式下的给定频率超声波；处理效率检测装置 3行使检测生成物光吸收量、反馈处理效率的功能，将处理效率信号反馈给控制电路4. 1，使得控制电路4. 1-方面控制超声波电力产生电路4. 2的扫频搜索模式，另一方面在操作装置2. 4的显示器上显示处理效率及其动态。在图2所示的处理槽罐配置结构视图中将一系列以不同扫频中心频率为基准的宽频带换能器-振板结构1，按频带顺序相间分层，平行安装在同一优质防腐不锈钢处理槽罐结构2内的下部，形成由各频带总合而成的宽频带超声波产生工作空间；在处理槽罐结构2外的下部前侧，安装有振板接线盒1. 1 ；振板接线盒1. 1前壁的上部中位，安装有用于多组电力线插接的振板连接插座1. 3 ；各换能器-振板结构1通过各自的振板连接线1. 2， 分别连接到振板连接插座1. 3上的各自连接端子。将处理效率检测装置3，安装在处理槽罐结构2的中部靠前侧，最上层换能器-振板结构1的紧上部；在处理槽罐结构2外的中部前侧，振板接线盒1. 1的紧上部，安装有检测装置接线盒3. 3 ；在检测装置接线盒3. 3内的检测装置接线盒3. 3前壁与处理槽罐结构2前壁之间，焊有用于嵌套密封胶套3. 4的支撑架 3. 5 ；在检测装置接线盒3. 3内的检测装置接线盒3. 3前壁与支撑架3. 5之间，安装有焊布检测电路3. 2的电路板；在检测装置接线盒3. 3上壁的中间位置，装嵌有用于两组信号线插接的检测装置连接插座3. 1。在处理槽罐结构2的右壁的处理效率检测装置3上部中位，水密装配有上液管2. 1 ；在处理槽罐结构2的底壁中心，总下水管的紧根部，水密装配有下液管 2. 2。在图3所示的是处理槽罐处理效率检测装置结构俯视图中，通过各自的密封胶套 3. 4，两密封管3. 6以其管口的部段，分别紧固嵌套在由处理槽罐结构2前壁和支撑架3. 5 构成的两安装孔结构内；两密封管3. 6的内壁均涂有不透光涂层，涂层的密封管3. 6管底部段，留有透光面3. 7，两密封管3. 6的透光面3. 7相对；两密封管3. 6的透光面3. 7内侧，分别装配有紫外LED3. 8和紫外线接收二极管3. 9，紫外LED3. 8和紫外线接收二极管3. 9正面相对。在图4和图5所示的系统配置结构透视示意图中在处理槽罐结构2的前侧制有用于安装超声波电力产生装置4的主机室结构；在处理槽罐结构2的右壁侧侧，有弹性软管将上液管2. 1与下液管2. 2贯通，在贯通软管的中位，安装有蠕动泵2. 3用于使上下液单向流动。
权利要求
1.一种超声波生物处理频率搜索控制的一体化方法，其特征是通过操控键盘操作， 系统的操作装置行使控制整个系统的运行过程、参数设置，以及处理频带上、下频率给定的功能；通过超声波电力产生、匹配切换、换能执行、处理槽罐紫外线检测和检测信号转换功能的系统配置，系统行使所在频带上的扫频搜索式超声波处理、产生物光吸收量检测和处理效率信号反馈功能；通过操作键盘的扫频模式与功率给定环节，系统行使超声波处理的扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与电源输出功率给定功能；通过宽频域超声波电力产生装置，系统行使将市电电力转换为不同频率超声波电力的功能；通过固体接触器受控执行开关动作，切换跨频率段的换能器-振板结构与匹配谐振电感，换能执行环节实现扫频搜索频段的自动连续续接功能，以同一宽频域超声波电源，扫频驱动相应频带换能器-振板结构，实现将超声波电能转换为相应频率超声波机械能的功能；通过紫外线发射、接收对管在处理槽罐结构上的配置，处理槽罐紫外线检测环节利用被处理液中不同浓度产生物的不同光吸收作用，实现对紫外线光通量变化的检测，反映处理液中产生物的浓度变化；利用紫外线接收器将接收到的紫外线光通量变化信号同步换为相应的浓度变化电信号，检测信号转换环节将发射器得到的驱动信号与接收器送出的浓度变化电信号加以比较、放大，按所设定的处理脉冲间歇比、模式，形成处理效率变化检测电信号，作为超声波处理效率的反馈信号，送给操控装置；通过对处理液处理作用区域的浓度监测，利用单片机程序计算，在设定模式下得到浓度变化的动态，依据该动态，确定最佳工艺频率点。
2.根据权利要求1所述的超声波生物处理频率搜索控制一体化方法，其特征是将一系列以不同扫频中心频率为基准的宽频带换能器-振板结构，相间分层安装在同一优质防腐不锈钢槽内的下部，形成宽频带超声波产生工作空间；各换能器-振板结构通过不同匹配谐振网络和多路固体接触器，连接到同一宽频域超声波电源；用键盘设定上、下限频率、 单程扫频搜索时间、扫频搜索方式、总振荡时间，对槽内处理液进行周期性扫频搜索处理， 通过浓度变化的动态检测，观察其最敏感的频率带；在给定的运行过程、参数、处理频带上、 下频率、扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与电源输出功率下，通过控制固体接触器执行开关动作，切换跨频率段的换能器-振板结构与匹配电感，实现扫频搜索频段的自动连续续接功能，以同一宽频域超声波电源，扫频驱动相应频带换能器-振板结构。
3.根据权利要求1所述的超声波生物处理频率搜索控制一体化方法，其特征是操作装置用于通过之给定整个系统扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与输出功率的参数设置，使得控制电路行使扫频搜索模式、脉冲间歇比、处理模式与输出功率控制的功能，控制超声波电力产生电路按给定扫频搜索顺序、脉冲间歇比、处理模式与输出功率，输出超声波电力，并依扫频搜索顺序、脉冲间歇比，控制多路固体接触器，同步地切换匹配谐振电感和换能器-振板结构，使得给定频带下的换能器-振板结构产生给定脉冲间歇比和处理模式下的给定频率超声波；处理效率检测装置行使检测生成物光吸收量、反馈处理效率的功能， 将处理效率信号反馈给控制电路，使得控制电路一方面控制超声波电力产生电路的扫频搜索模式，另一方面在操作装置的显示器上显示处理效率及其动态。
4.根据权利要求1所述的超声波生物处理频率搜索控制一体化方法，其特征是各个换能器-振板结构，按频带顺序相间分层，平行安装在同一优质防腐不锈钢处理槽罐结构内的下部，形成由各频带总合而成的宽频带超声波产生工作空间；在处理槽罐结构外的下部前侧，安装有振板接线盒；振板接线盒前壁的上部中位，安装有用于多组电力线插接的振板连接插座；各换能器-振板结构通过各自的振板连接线，分别连接到振板连接插座上的各自连接端子；将处理效率检测装置，安装在处理槽罐结构的中部靠前侧，最上层换能器-振板结构的紧上部；在处理槽罐结构外的中部前侧，振板接线盒的紧上部，安装有检测装置接线盒；在检测装置接线盒内的检测装置接线盒前壁与处理槽罐结构前壁之间，焊有用于嵌套密封胶套的支撑架；在检测装置接线盒内的检测装置接线盒前壁与支撑架之间， 安装有焊布检测电路的电路板；在检测装置接线盒上壁的中间位置，装嵌有用于两组信号线插接的检测装置连接插座；在处理槽罐结构的右壁的处理效率检测装置3上部中位，水密装配有上液管；在处理槽罐结构的底壁中心，总下水管的紧根部，水密装配有下液管。
5.根据权利要求1所述的超声波生物处理频率搜索控制一体化方法，其特征是在处理槽罐结构的前侧制有用于安装超声波电力产生装置的主机室结构；在处理槽罐结构的右壁侧侧，有弹性软管将上液管与下液管贯通，在贯通软管的中位，安装有蠕动泵用于使上下液单向流动。
全文摘要
一种超声波生物处理频率搜索控制的一体化方法，它采用宽频带处理顺序搜索、捕捉、控制锁定最佳处理频率的运行策略，在超声波电源工作频域内，按超声波电源频域分层配置多块宽频带谐振换能器-振板结构，各换能器-振板结构通过不同匹配谐振网络和多路固体接触器，连接到同一宽频域超声波电源。通过控制、显示及运行参数设置功能和扫频模式与功率给定功能的执行，在上、下限频率界定内进行扫频搜索式超声波生物处理。
文档编号G05B19/04GK102331725SQ20111015822
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者屈百达 申请人:江南大学