专利名称：超声波生物处理的频率搜索控制方法
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，进行分组对 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 不再沿用先经分组对照、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。
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，本发明利用宽频域超声波 电源装置，采用多频带处理顺序搜索、捕捉、控制锁定最佳处理频率的运行策略，运行中，在 超声波电源装置工作频域内，按频带频率搜索方向依次配置与频带中心频率匹配的换能 器-变幅杆(-工具头)振子，通过操控(总控、显示及运行参数设置功能和扫频模式与功 率给定功能)终端协调、控制，在上、下限频率界定频带上进行同步扫频；参考换能器的固 有频率，各频带上、下限频率与扫描形式均可人工设定，也可自动连续续接。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，从而成倍提高处理效率。 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，依次在各个频带上，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。其运行控制的过程为 根据换能器可高效耦合带宽，人工设置各处理频带的上、下限频率，并配置与相应 频带中心频率匹配的换能器_变幅杆(_工具头)振子； ——通过操控终端，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，以及超声波电源输出功率； ——依次从各频带下限开始自下而上(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换能器振子端面下，受超声波空化作用而产生不同浓度的处理产
5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终端；在操控终端内，加设具有模数转换、处理和数 据通讯功能的A/D板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，再通过数据总线传输，由CPU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带时，保持该处理频带各运行 参数；否则，在原已运行的处理频带组合外，人工重新设置各处理频带上、下限频率，并配置 与相应频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(-工具头)振子； ——如果高效处理频带为上端频带(或下端频带)，保持该处理频带各运行参数， 并在原已运行的处理频带组合上端(或下端)以外，人工重新设置扩展的各处理频带的上、
下限频率，并配置与相应频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(-工具头)振子；否则，接下
止 少； ——从同频带下限开始自下而上(或从其上限开始自上而下)依次扫频运行；
——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
量信号幅度趋于饱和时，说明液体液位已低于换能器振子端面；否则，在同频带继续扫频运 行。 其控制功能结构配置的技术方案为通过上位机PC，操控终端行使控制整个系统 的运行过程、参数设置，并换能器参数设置其频带上下频率的功能；通过超声波电力产生、 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扫 描频率超声波处理并检测产生物光吸收量、反馈处理效率信号的功能；通过操作终端的扫
频模式与功率给定环节，行使扫频模式与功率给定模块行使超声波处理脉冲间歇比、处理 模式与电源输出功率给定的功能；通过宽频域超声波电力产生装置，行使将市电电力转换 为超声波电力的功能；通过换能器-变幅杆(-工具头)振子结构，换能执行环节实现将超 声波电能转换为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，检测信号转换环节通过低噪声、高输 入阻抗运放的比较、放大等电路结构，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，送给操控能终端。 本发明的有益效果是通过多频带依次搜索、捕捉、控制锁定最佳处理频率，和紫 外线通量检测、电脑功能设定等功能的技术提升，在以下几方面表现出了其有益效果便于 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，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、变幅杆、工具
率；
在高效频率点锁定运行； -当处理槽罐紫外线检测装置检3
到处理效率处于渐近趋于零的过程，即光通头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 ；免去了分组对照、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，从而成倍提高处理效率；有利于建立其最佳工艺条件， 积累第一手资料。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一个实施例系统配置示意图。
图2是本实施例的系统控制功能结构框图。
图3是本实施例的处理槽罐配置示意图。 图4是本实施例系统控制功能结构的检测信号转换环节电路图。 图5是本实施例的运行流程图。 图6是本实施例的处理效率反馈数据处理流程图。 在图1、图2、图3和图4中1.操控终端，ll.总控、显示及运行参数设置功能(环
节)，12.扫频模式与功率给定环节，2.超声波电力产生(环节)，3.换能执行(环节)，4.处
理槽罐紫外线检测(环节)，5.检测信号转换(环节)，a.超声波信号发生环节，b.隔离驱
动环节，c.功率放大环节，d.功率、频率匹配环节，e.功率、频率控制环节。 在图3和图4中31.换能器振子端面，32.超声波电力输出线，41.处理槽罐，
42.处理液，43.紫外线发射器，44.紫外线发射驱动线，45.紫外线接收器，51.检测信号反馈线。 在图4中LED为紫外线发射管，Re为紫外线发射管限流保护电阻，Dri、Dr2为紫外 线接收管，&、 R2为紫外线接收器桥臂平衡电阻，R为运算放大器静态偏流电阻，A为运算放 大器，Rf为运算放大器反馈电阻，E为电路工作电源；AD为A/D板，CPU为中央处理单元。
具体实施例方式
利用宽频域超声波电源装置，考虑到换能器的谐振性能，在超声波电源装置工作 频域内，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 频率界定的频带上顺次进行扫频，其中上、下限频率与扫描形式均可人工定义，也可自动连 续续接。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 依次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l的系统配置示意图中操控终端1通过控制、反馈信号线路连接到宽频带超 声波电力产生2电源装置。其中，超声波电力产生2装置通过电力电缆连接到处理槽罐中的 换能执行3器件；处理槽罐紫外线检测环节4配置处的检测信号转换5装置，通过前述电力 电缆的附带屏蔽芯线，连接到超声波电力产生2电源装置的转接端子，以与送向操控终端l 的反馈信号线连接。处理槽罐作为生物处理流程的核心环节，其原处理液从其下底中心的 管路入口流入，生成处理液经其侧壁上部的出口管路流出。
在图2所示的系统控制功能结构框图中总控、显示及运行参数设置功能环节11，通过上位机PC，在控制整个系统的运行过程、参数设置，并根据各频带及其换能器参数设 置其频带上、下限频率；超声波电力产生环节2、换能执行环节3、处理槽罐紫外线检测环节 4和检测信号转换环节5的系统配置，行使扫描频率超声波处理并检测产生物光吸收量、 反馈处理效率信号的功能；扫频模式与功率给定环节12，通过配置在超声波电力产生2设 备上的操作执行单元，行使执行功能，实现总控、显示及运行参数设置功能环节11所做的 超声波处理脉冲间歇比、模式与电源输出功率给定；超声波电力产生环节2，通过超声波电 源装置，行使将市电电力转换为超声波电力的功能；换能执行环节3，通过换能器-变幅杆 (-工具头)振子结构，实现将超声波电能转换为超声波机械能的功能；处理槽罐紫外线检 测环节4，通过紫外线发射、接收对管在处理槽罐上的配置，利用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；检 测信号转换环节5，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，通过低噪声、高输入阻抗运放的比较、放大电路结构，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，送给总控、显示及运行参数设置功 能环节ll。 在图2所示系统控制功能结构框图的超声波电力产生环节2的功能配置中超声 波信号发生环节a，通过单片机MCU及其外围电路结构，产生所需频率正弦波信号；隔离驱 动环节b，通过专用IGBT或MOSFEET驱动芯片及其外围电路结构，实现所需频率正弦波包络 及相应于所需功率占空比的P丽功率驱动信号；功率放大环节c，通过IGBT或M0SFEET器 件及其电路结构，实现P丽驱动下的直流_交流电力逆变；功率、频率匹配环节d，通过电感 耦合及其电路结构，实现将P丽交流电力与换能器的谐振匹配，同时取得功率、频率反馈信 号；功率、频率控制环节e，通过反馈信号处理电路、锁相环路等，实现对设定功率、频率的 跟踪、锁定和控制。超声波电力产生环节2的功能已有许多成熟的实现技术。
在图3所示的处理槽罐配置示意图中换能器-变幅杆(-工具头)振子结构的换 能器振子端面31，置于处理槽罐的中心偏上部位，是最终实现超声波换能执行3的工作面。 在其下面附近空间区域，处理液42中的生物细胞由于超声波的空化作用而产生游离产物， 从而使处理液42的浓度上升，上升的速度与超声波频率相关。超声波电力输出线32，将超 声波电力产生2电源装置的电力输出端子与超声波换能执行3换能器的电力输入端子连 接，将超声波电力产生2电源装置产生的超声波电力送给换能器。处理槽罐41作为处理液 42承载容器，可以是封闭式盒槽罐，也可以通过下底和侧壁分别装配入液管和出液管，使其 中的处理液42匀速流动；处理槽罐41的左侧和右侧，分别安装紫外线发射器43和装有紫 外线接收器45的检测信号转换5装置，并使紫外线发射器43和紫外线接收器45头面相对， 两器件的光轴心线穿过换能器振子端面31中心线下方，距离换能器振子端面31约一个端 面半径长度；紫外线发射器43通过紫外线发射驱动线44连接到检测信号转换5装置；检测 信号反馈线51连接检测信号转换5装置与操控终端1的上位机PC，将检测信号转换5装置 输出的超声波处理效率反馈信号送给总控、显示及运行参数设置功能环节11。
在图4所示的系统控制功能结构的检测信号转换环节电路图中紫外线发射管 LED与紫外线发射管限流保护电阻Re串联，按正向跨接在电路工作电源E正极与地之间。 紫外线接收管Dri与紫外线接收器桥臂平衡电阻R2串连，紫外线接收管 与紫外线接收器 桥臂平衡电阻Ri串连，以此构成的紫外线接收器的两桥臂；在两桥臂的一端，紫外线接收管Dri与紫外线接收器桥臂平衡电阻&连接；在两桥臂的另一端，紫外线接收管Drt与紫外线 接收器桥臂平衡电阻R2连接；两端连接点按正向跨接在电路工作电源E正极与地之间；两 桥臂两侧的x点和y点分别连接到运算放大器A的同相输入端和反相输入端。运算放大器 静态偏流电阻R跨接在电路工作电源E正极与运算放大器A的反相输入端之间，运算放大 器反馈Rf电阻跨接在运算放大器A的输出端与反相输入端之间。在操控终端1内PC机的 总线扩展槽中，插入具有模数转换、处理和数据通讯功能的A/D板AD，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，再通过数据总线传输，由中央处理 单元CPU进行数据处理与控制使用；运算放大器A的输出端，通过检测信号反馈线51，以双 端输入方式，连接到操控终端1内A/D板AD的模拟输入端子。
在图5中，本发明的控制运行过程为
Stl.开始，控制系统和处理配置参数初始化； St2.根据换能器可高效耦合带宽，人工设置各处理组频带的上、下限频率，并配置 与相应频带中心频率匹配的换能器_变幅杆(_工具头)振子； St3.通过操控终端1的上位机PC，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、超声波电源输出功率； St4.在前步设定下，各频带从其频带下限开始自下而上(或从其上限开始自上而 下)顺次扫频运行，即处理槽罐41中的处理液42在换能器振子端面31下，受超声波空化 作用而产生不同浓度的处理产物；同时，处理槽罐紫外线检测4装置的紫外线接收器45，接 收受到不同浓度的处理产物吸收的紫外线不同光通量信号，并以相应变化幅度的检测电信 号送给检测信号转换5单元，检测信号转换5单元将该检测电信号转化为反映处理效率的 反馈信号，反馈给操控终端1 ;在操控终端1内，具有模数转换、处理和数据通讯功能的A/D 板AD，将处理效率反馈模拟电信号转化为反映处理效率的数字信号，再通过数据总线传输， 由中央处理单元CPU进行数据处理与控制使用； St5.当处理槽罐紫外线检测4装置检测到高效处理频带时，保持该频带各运行参 数；否则，返回到St2，即在原已运行的处理频带组合以外，人工重新设置扩展的频带上、下 限频率，并配置与相应频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(-工具头)振子；
St6.如果高效处理频带为上端频带(或下端频带)，保持该频带各运行参数，返回 到St2，即在原已运行的处理频带组合上端(或下端)以外，人工重新设置其扩展的频带上、
下限频率，并配置与相应频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(-工具头)振子；否则，接下
止 少； St7.在前步设定下，从同频带下限开始自下而上(或从其上限开始自上而下)扫 频运行，即处理槽罐41中的处理液42在换能器振子端面31下，受超声波空化作用而产生 随频率变化而浓度变化的处理产物；同时，处理槽罐紫外线检测4装置的紫外线接收器45， 接收受到浓度变化的处理产物吸收的紫外线光通量变化信号，并以相应变化幅度的检测电 信号送给检测信号转换5单元，检测信号转换5单元再将该检测电信号转化为反映处理效 率的反馈信号，反馈操控终端1 ; St8.当处理槽罐紫外线检测4装置检测到高效处理频率时，保持该频率下各运行 参数；否则，返回到St7，即同频带继续扫频运行； St9.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；
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StlO.在前步设定下，在高效频率点锁定运行，即处理槽罐41中的处理液42在换 能器振子端面31下，受超声波空化作用而产生随频率漂移而浓度变化的处理产物；同时， 处理槽罐紫外线检测4装置的紫外线接收器45，接收受到浓度变化的处理产物吸收的紫外 线光通量变化信号，并以相应变化幅度的检测电信号送给检测信号转换5单元，检测信号 转换5单元再将该检测信号电信号转化为反映处理效率的反馈信号，反馈给操控终端1 ;
Stll.当处理槽罐紫外线检测4装置检测到处理效率处于趋近零的过程，即光通 量信号幅度趋于饱和时，说明液体液位已低于换能器振子端面31 ;否则，返回到StlO，即同 频带继续扫频运行；
St 12.结束。 在图6中，本实施例的处理效率反馈数据处理流程为
St(l).开始，数据处理参数初始化； St (2).读入一次运行时间L、频带总数N、间歇(脉冲)周期T、每频带频率点数F 和控制精度e ;计算L/T送到一次运行间歇次数(脉冲个数)M，计算L/F送到扫频切换的 两频率点间隔时间P ;设置扫频频率循环起点k = l，设置数据采样序列循环起点j = l，设 置处理频带i巡回循环起点i = 1 ; St(3).对应每一频带i，设置两个字段Ai和Bi，并输入前两条数据记录Ai。 = 0、An =0禾口 Bi(l = 0、禾口 Bn = 0 ; St (4).对于每一数据采样序列j，用频带i的效率反馈数据采样值Di，对所有频带 i的最后一条数据记录A".予以累加更新，即以Aij+Di替换A".; St (5).对于每一频率点k，对每一频带i字段&的全部记录，相对于一次运行间
歇次数(脉冲个数)M，予以平均并作为第k条记录Aik，即以Aij/M更新Aik ; St (6).从第三频率点k(k > 2)起，逐点对每一频带i，以扫频切换的两频率点间
隔时间P，依次做两点差分，即计算(Adk—》/P送Aik，计算(Ai, k—「Ai, k—2) /P送Bik ;然后做
该点的差Aik-Bik，存入Cik; St (7).如果某频带i的Cik以给定精度e趋于O，说明处理效率随频率变化的动 态趋于恒值，即频率点k所代表的超声波处理频率为高效频率，故锁定该频率点k ;否则，到 下一处理频带(i+l)，返回St(6)，继续巡回计算；或者(当全部频带已遍历时)，到下一频 率点(k+1)，返回St (4)，继续扫频处理； St (8).如果所有频带均无高效频率显示，则呼叫提示操作者，决定是否在原已运 行的处理频带组合以外，重新配设、扫频处理；
St (13).结束。
权利要求
一种超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征是利用宽频域超声波电源装置，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同步扫频；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。
2. 根据权利要求1所述的超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征是操控终端 (1)通过控制、反馈信号线路连接到宽频域超声波电力产生(2)装置，超声波电力产生(2) 装置通过电力电缆，连接到处理槽罐内的换能执行(3)器件；处理槽罐紫外线检测环节(4) 配置处的检测信号转换(5)装置，通过前述电力电缆的附带屏蔽芯线，连接到超声波电力 产生(2)装置的对应转接端子，以与送向操控终端(1)的反馈信号线连接；处理槽罐作为生 物处理流程的核心环节，其原处理液从其下底中心的管路入口流入，生成处理液经其侧壁 上部的出口管路流出。
3. 根据权利要求1所述的超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征是总控、显 示及运行参数设置功能环节(11)，通过上位机PC，控制整个系统的运行过程、参数设置，并 根据各频带及其换能器参数设置其频带上、下限频率；通过超声波电力产生环节(2)、换能 执行环节(3)、处理槽罐紫外线检测环节(4)和检测信号转换环节(5)的系统配置，系统行 使扫描频率超声波处理并检测产生物光吸收量、反馈处理效率信号的功能；扫频模式与功 率给定环节(12)，通过配置在超声波电力产生(2)设备上的操作执行单元，行使执行功能， 实现总控、显示及运行参数设置功能环节(11)所做的超声波处理脉冲间歇比、模式与电源 输出功率给定；超声波电力产生环节(2)，通过超声波电源装置，行使将市电电力转换为超 声波电力的功能；换能执行环节(3)，通过换能器-变幅杆(-工具头)振子结构，实现将超 声波电能转换为超声波机械能的功能；处理槽罐紫外线检测环节(4)，通过紫外线发射、接 收对管在处理槽罐上的配置，利用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；检测信号转换环节(5)，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，通过低噪 声、高输入阻抗运放的比较、放大电路结构，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，送给总控、显示及运行参数设置功能环节(11)。
4. 根据权利要求1或权利要求3所述的超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征 是超声波信号发生环节(a)，通过单片机MCU及其外围电路结构，产生所需频率正弦波信 号；隔离驱动环节(b)，通过专用IGBT或MOSFEET驱动芯片及其外围电路结构，实现所需频 率正弦波包络及相应于所需功率占空比的P丽功率驱动信号；功率放大环节(c)，通过IGBT 或M0SFEET器件及其电路结构，实现P丽驱动下的直流_交流电力逆变；功率、频率匹配环 节(d)，通过电感耦合及其电路结构，实现将P丽交流电力与换能器的谐振匹配，同时取得 功率、频率反馈信号；功率、频率控制环节(e)，通过反馈信号处理电路、锁相环路等，实现 对设定功率、频率的跟踪、锁定和控制。
5. 根据权利要求1或权利要求3所述的超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征 是换能器-变幅杆(-工具头)振子结构的换能器振子端面(31)，置于处理槽罐的中心 偏上部位，是最终实现超声波换能执行(3)的工作面；超声波电力输出线(32)，将超声波电 力产生(2)电源装置的电力输出端子与超声波换能执行(3)换能器的电力输入端子连接， 将超声波电力产生(2)电源装置产生的超声波电力送给换能器；处理槽罐(41)作为处理液(42)的承载容器，可以是封闭式盒槽罐，也可以通过下底和侧壁分别装配入液管和出液 管，使其中的处理液(42)匀速流动；处理槽罐(41)的左侧和右侧，分别安装紫外线发射器 (43)和装有紫外线接收器(45)的检测信号转换(5)装置，并使紫外线发射器(43)和紫外 线接收器(45)头面相对，两器件的光轴心线穿过换能器振子端面(31)中心线下方，距离换 能器振子端面(31)约一个端面半径长度；紫外线发射器(43)通过紫外线发射驱动线(44) 连接到检测信号转换(5)装置；检测信号反馈线(51)连接检测信号转换(5)装置与操控终 端(1)的上位机PC，将检测信号转换(5)装置输出的超声波处理效率反馈信号送给总控、显 示及运行参数设置功能环节(11)。
6. 根据权利要求1或权利要求3所述的超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征 是紫外线发射管(LED)与紫外线发射管限流保护电阻0O串联，按正向跨接在电路工作 电源(E)正极与地之间；紫外线接收管(Dn)与紫外线接收器桥臂平衡电阻(R2)串连，紫外 线接收管(DJ与紫外线接收器桥臂平衡电阻(R》串连，以此构成的紫外线接收器的两桥 臂；在两桥臂的一端，紫外线接收管(Dn)与紫外线接收器桥臂平衡电阻(R》连接；在两桥 臂的另一端，紫外线接收管(DJ与紫外线接收器桥臂平衡电阻(R2)连接；两端连接点按正 向跨接在电路工作电源E正极与地之间；两桥臂两侧的x点和y点分别连接到运算放大器 (A)的同相输入端和反相输入端；运算放大器静态偏流电阻(R)跨接在电路工作电源(E) 正极与运算放大器A的反相输入端之间，运算放大器反馈(Rf)电阻跨接在运算放大器(A) 的输出端与反相输入端之间；在操控终端(1)内PC机的总线扩展槽中，插入具有模数转换、 处理和数据通讯功能的A/D板(AD);运算放大器(A)的输出端，通过检测信号反馈线(51)， 以双端输入方式，连接到操控终端(1)内A/D板(AD)的模拟输入端子。
7. 根据权利要求1所述的超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征是系统的控制 运行过程为Stl.开始，控制系统和处理配置参数初始化；St2.根据换能器可高效耦合带宽，人工设置各处理组频带的上、下限频率，并配置与相 应频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(_工具头)振子；St3.通过操控终端(1)的上位机PC，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、超声波电源输出功率；St4.在前步设定下，各频带从其频带下限开始自下而上(或从其上限开始自上而下) 顺次扫频运行；同时，处理槽罐紫外线检测(4)装置的紫外线接收器(45)，接收受到不同 浓度的处理产物吸收的紫外线不同光通量信号，并以相应变化幅度的检测电信号送给检测 信号转换(5)单元，检测信号转换(5)单元将该检测电信号转化为反映处理效率的反馈信 号，反馈给操控终端(1);在操控终端(1)内，具有模数转换、处理和数据通讯功能的A/D板 (AD)，将处理效率反馈模拟电信号转化为反映处理效率的数字信号，再通过数据总线传输， 由中央处理单元(CPU)进行数据处理与控制使用；St5.当处理槽罐紫外线检测(4)装置检测到高效处理频带时，保持该频带各运行参 数；否则，返回到St2，即在原已运行的处理频带组合以外，人工重新设置扩展的频带上、下 限频率，并配置与相应频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(-工具头)振子；St6.如果高效处理频带为上端频带(或下端频带)，保持该频带各运行参数，返回到 St2，即在原已运行的处理频带组合上端(或下端)以外，人工重新设置其扩展的频带上、下限频率，并配置与相应频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(-工具头)振子；否则，接下止 少；St7.在前步设定下，从同频带下限开始自下而上(或从其上限开始自上而下)扫频运行；St8.当处理槽罐紫外线检测(4)装置检测到高效处理频率时，保持该频率下各运行参 数；否则，返回到St7，即同频带继续扫频运行；St9.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； StlO.在前步设定下，在高效频率点锁定运行；Stll.当处理槽罐紫外线检测(4)装置检测到处理效率处于趋近零的过程，即光通量 信号幅度趋于饱和，说明液体液位已低于换能器振子端面(31);否则，返回到StlO，即同频 带继续扫频运行；Stl2.结束。
8.根据权利要求1所述的超声波生物处理的频率搜索控制方法，其特征是处理效率反 馈数据处理流程为St(l).开始，数据处理参数初始化；St (2).读入一次运行时间L、频带总数N、间歇(脉冲)周期T、每频带频率点数F和控 制精度e ;计算L/T送到一次运行间歇次数(脉冲个数)M，计算L/F送到扫频切换的两频 率点间隔时间P ;设置扫频频率循环起点k = l，设置数据采样序列循环起点j = l，设置处 理频带i巡回循环起点i = 1 ;St (3).对应每一频带i，设置两个字段&和Bi，并输入前两条数据记录AiQ = 0、 Au = 0禾口 Bi(l = 0、禾口 = 0 ;St (4).对于每一数据采样序列j，用频带i的效率反馈数据采样值Di，对所有频带i的 最后一条数据记录A".予以累加更新，即以Aij+Di替换A".;St (5).对于每一频率点k，对每一频带i字段&的全部记录，相对于一次运行间歇次 数(脉冲个数)M，予以平均并作为第k条记录Aik，即以Aij/M更新Aik ;St(6).从第三频率点k(k > 2)起，逐点对每一频带i，以扫频切换的两频率点间隔时 间P，依次做两点差分，即计算(Aik-Ai,k—》/P送Aik，计算(Ai, k—「Ai, k—2) /P送Bik ;然后做该点 的差Aik-Bik，存入Cik;St(7).如果某频带i的Cik以给定精度e趋于O，说明处理效率随频率变化的动态趋于 恒值，即频率点k所代表的超声波处理频率为高效频率，故锁定该频率点k ;否则，到下一处 理频带i+l，返回St(6)，继续巡回计算；或者(当全部频带已遍历时)，到下一频率点k+l，返回St(4)，继续扫频处理；St (8).如果所有频带均无高效频率显示，则呼叫提示操作者，决定是否在原已运行的 处理频带组合以外，重新配设、扫频处理； St (13).结束。
全文摘要
一种超声波生物处理的频率搜索控制方法。利用宽频域超声波电源装置，采用多频带处理顺序搜索、捕捉、控制锁定最佳处理频率的运行策略，运行中，在超声波电源装置工作频域内，按频带频率搜索方向依次配置与频带中心频率匹配的换能器-变幅杆(-工具头)振子，通过操控(总控、显示及运行参数设置功能和扫频模式与功率给定功能)终端协调、控制，在上、下限频率界定频带上进行同步扫频；参考换能器的固有频率，各频带上、下限频率与扫描形式均可人工设定，也可自动连续续接。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，从而成倍提高处理效率。
文档编号C02F3/00GK101774679SQ20091021525
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者屈百达 申请人:江南大学