[发明专利]一种生物处理过程的超声波频率优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波生物处理方法。

背景技术

超声波生物处理方法一般是：通过事先确定或选择超声波的某一处理频率，配置超声波发生设备及其换能器(振板)，然后以该频率的工作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，本发明采用多频带处理组组合并行搜索、捕捉、控制锁定最佳处理频率的运行策略，每一处理组配置一套处理槽罐及其上的检测装置、超声波电源、换能执行振板，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，各处理组的频带上、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，在各个频带上，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。其控制功能结构配置的技术方案为：通过上位机PC，操控终端行使在总体上控制整个系统的运行过程、参数设置，并根据各频带所在处理槽罐及其换能器参数，行使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，各处理组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，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；通过超声波电源装置，超声波电力产生环节行使将市电电力转换为超声波电力的功能；通过换能执行振板结构，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功能，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，送给操控能终端。

本发明的运行控制过程为：

根据处理槽罐数量和换能器可高效耦合带宽，人工配置处理组数量和设置各处理组的频带上、下限频率，并配置与相应频带中心频率匹配的换能执行振板；

——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；

——各处理组从其频带下限开始自下而上(或从其上限开始自上而下)同步扫频运行，即各处理槽罐中的处理液在换能执行振板工作面上，受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，在各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；