[发明专利]超声振动产生以及应用

说明书

在本明是关于超声振动产生及应用。

通常用超声清洗电一机械换能器，典型的为一种压电换能装置，其中清洗液由提供液体振动的固定频率电信号驱动。

一种普通接受的理论是这样来解说超声清洗的，即该超声能量引起气蚀沸涌（Cavitation  bubbles），在液体中，声压超过实际操作温度和压力条件下的液体蒸发压力。该种理论是这样的，当该气蚀沸涌消失时，其作用非常突然并且非常有力，就像峰值能量脉冲通过该液体而起到清洗效果。

在现在进行的试验中，我们已经发现这种机制，不是最初的清洗机制，而是不再呈现为最重要的机制作用，并且在实际上先前接受的这种理论已试图导致主要在于优先发射频率，以便得到最大的功率输出，从而引起伴随声“热点”建立起驻波，这种声“热点”将促进气蚀沸涌。

我们的试验指出，如果我们不是试图由选择频率优选功率输出在有效的时间间隔促进这种气蚀，而是用这样的方法将超声振动输入清洗液，那就是该输入能量在一短的时间间隔上平均均匀分布通过该清洗液，则可获得非常值得注意的改善的清洗效应，而无必增加电源的输入能量。

进而，这种情况将允许实质性地重新考虑电源的必要性，因为它降低了对功率的要求。

在US4，736，130中PusKas公开了具有7个可控变量的设备，它们是：

1）功率脉冲序列的持续时间，跟随

2）不起作用的时间间隔，

3）在功率序列时间期间单个功率脉冲的持续时间，

4，在单个功率脉冲之间不起作用时间的持续时间。

5，每一个功率脉冲的幅调范围。

6）平均发射功率，以及

7，频调指数，

PusKas陈述，就7）而论，“扫频功能元件的最大和最小频率最好是在换能器的合理的范围内”没有什么限制强加于该频率扫描率。

在US4，398，925中，Trinh等公开了一种在液体中用来移动沸涌的超声发射设备，它揭示出该发射频率从0.5KHZ到40KHZ扫描，并且上下限频率之间的比值限制至少为10倍。该扫描率“十分的缓慢，使得每一个沸涌至少振荡若干周期”，4，398，925进一步指出，如果每一种频率扫描限制在约10秒或更长，则连续扫描约15分钟以后，多数沸涌将被移动。

在US3，648，188和4，588，917中Ratcliff公开了一种功率振荡设备，它具有不同的谐振调节和可能的反馈元件用来产生振荡。

US4，864，547描述产生一种软起动装置以及改变加到换能的功率的装置。

描述了若干锁相环设备，从而该换能器的一个谐振频率可由该驱动电子线路锁定，US4，743，365是该种设备的一个例子，它描述了用来搜索谐振然后将其锁定的装置。

本发明的一个目的是提供关于超声振动设备的改进以及对给定输入功率具有比现有的更有好的清洗效应的方法。

在该发明的一种形式内可以比方说归属于一种设备，包括一个液体容器，至少包括一设置的一个电转机械的换能器，以便有效的使超声振动发射进入该容器内，以及还包括用电驱动所说换能器的装置，该装置的特征在于该所说装置适于提供一个电驱动信号，以便该换能器的超声振动输出将产生其频率随时间快速变化的输出。

当同那些先有的公开的相比较的时候，测量频率变化的速度其目的是促进能量的高度集中，以维持“热点”或沸涌移动，如果在目前的建议中形成气蚀沸涌，则清洗效果能够借助更快的频率变化速率而得到改善。

发明的另一种形式可以比方说依赖于产生超声清洗的方法，该方法包括通过至少一个电转换机械换能器发射进入一液体容器的步骤，设置换能器是使超声振动发射进入该容器，一电驱动信号，例如换能器的超声振动输出将产生其频率随时间快速变化的输出。

按照本发明的更进一步的形式，提供一种产生超声振动的有效的方法，它包括实现用电驱动信号驱动一电转机械换能器，频率是许多不同的频率，该使用的频率是重复出现的迅速变化的序列。

一般地说，一个压电介质对于多数频率是呈容性的。如果用一个普通的放大器直接驱动该换能器，通常一个大的电抗性分量电流将来自所说的放大器，除非该频率这样进行选择，在该频率上换能器的阻抗量呈现电阻性的，这种情况或许在一个或两个换能器具有槽路以及包含许多谐振的情况下发生（不是所有的谐振，如果在那个频率上任何一个谐振将提供一纯阻阻抗的话）。