[发明专利]声换能器自动起动及运行

说明书

供声换能器控制使用的操作点可在操作期间漂移并被补偿。针对换能器和/或环境频率响应的模型被提供并用来补偿来自换能器的反馈以确定对于操作点的调整。模型可在操作期间被重新校正。

关于联邦资助研究或开发的声明

(不适用)

背景

具有压电元件的声换能器可用于生成声波。当在主流体(host fluid)中传播时，声波可对主流体中在存在密度和/或可压缩性差异时所包含的颗粒或次级液滴(在本文中统称为颗粒)施加力，所述差异也被称为声学对比因子。声波的压力分布包含正弦声波波节处的局部极小压力振幅区和波腹处的局部极大区。根据颗粒的密度和可压缩性，颗粒可在声波的波节或波腹处被捕集(trap)。

能够生成声波的压电元件可以以电的方式激励。这样的电激励表示的是在驱动压电元件的电驱动器上的复杂的负载。

发明内容

声换能器可被驱动来在邻近的流体中产生声波，所述声波可以是行波或驻波，所述声波在与波传播方向成横向的方向上具有至少非零的声力。流体可容纳在声谐振室中，声换能器和声谐振室的组合在本文中被称为声系统。在流体中沿多于一个维度生成声力的声波在本文中被称为多维声波。多维声波的生成过程利用了宽松悬置的压电材料的高阶振动模态，压电材料可例如以板的形式实现。

对声换能器的控制可基于设定点实现。例如，对于向换能器输送的功率，用户可设置期望的功率水平。在使用声换能器的声室中的声泳(acoustophoresis)的性能可在声换能器的调制输入功率的基础上调制。在某些实例下，功率设定点是操作期望的，而其它参数比如频率、相位、电压或电流例如被调节。功率设定点决定了RF供电装置或功率放大器的功率输出。功率控制被设置来在与声泳装置操作关联的其它参数变化时维持功率设定点。所述功率控制感测向声换能器提供的信号，比如例如电压和电流。这些反馈信号被用来确定针对向换能器输送的功率的频率和相位角。在一些示例中，降压转换器被用作供电装置。降压转换器具有响应带宽，该响应带宽会影响功率控制的响应性。例如，如果降压转换器的带宽相对较窄，则对功率控制的系统响应对于声泳装置的期望操作性能环境而言会相对较慢。

声系统可初始化以为连续操作做准备。初始化过程可包括：识别待输入到声系统和/或待由声系统处理的材料，选择针对声系统的操作的配置，输入声系统的特性，校正声系统，初始化声系统，和/或以连续模式操作声系统。

多种不同材料可通过声泳装置进行处理，其中每种材料会在声换能器与声室上提供不同的负载特性。因此，供电装置可经受宽范围的负载，这会对供电装置提出要求，满足这些要求是富有挑战的。例如，声换能器和/或声室在处理某些类型的材料时所经历的重负载可导致供电装置部件过载和/或过热，或者可导致达到或超过跳闸点阈值。重负载或跳闸点阈值穿越可导致在功率控制中识别到故障，致使供电装置被关闭。另外，对供电装置的功率需求会随着其它操作参数的变化比如温度、频率或负载特性(包括电抗)的变化而显著改变。基于期望功率水平的功率控制该点因此会暗含需要其它的操作设定点(比如频率)来管理供电装置和声泳装置的操作以应对一系列的负载。

可调节声换能器压电材料的输入特性以便允许压电材料的各式振动模态。例如，纯正弦波可诱导压电材料的非常简洁的振动，而带有谐波含量的信号会引起压电材料的寄生振动。压电材料的输入可影响向声波形成于的流体中生成或输入的热。所述输入可在与压电材料耦合的流体中生成更加复杂的运动。