專利名稱：超聲波生物處理的頻率搜索控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波生物處理方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的超聲波生物處理方法是通過事先設(shè)定或選擇超聲波發(fā)生設(shè)備的某一工作 頻率，然后以該頻率的超聲波作用于處理對象。但超聲波對對象的處理速率與超聲波頻率 高度相關(guān)，超聲波頻率不同，處理效率大不相同；而且，處理對象的生物細(xì)胞種類更與超聲 波頻率高度相關(guān)，不同的生物細(xì)胞，對不同頻率超聲波的敏感性大不相同。這就造成了現(xiàn)有 超聲波生物處理方法的初次超聲波頻率確定的盲目性，進(jìn)而，對額外進(jìn)行超聲波頻率分析、 確定形成依賴性。實(shí)際工作過程是利用某生物細(xì)胞在不同頻率下的處理情況，進(jìn)行分組對 照、分析確定，得到有關(guān)數(shù)據(jù)；在以后的工作中，沿用該特定對象的數(shù)據(jù)，經(jīng)驗(yàn)地確定適合的 超聲波頻率。這已是習(xí)慣做法。本質(zhì)上，這樣的方法并不能保證所工作的超聲波頻率就是 對對象高效的最佳頻率，也不能對不同的對象進(jìn)行精確的精細(xì)頻率調(diào)整，積累的經(jīng)驗(yàn)也就 不是最佳工藝的；加之，該方法不僅在初期大量耗費(fèi)人力、財(cái)力、物力，而且在沿用期也經(jīng)常 地要求觀察、調(diào)整和維護(hù)。鑒于此，有必要研發(fā)一種新的高效策略，使超聲波生物處理工作 不再沿用先經(jīng)分組對照、分析確定超聲波頻率，再經(jīng)驗(yàn)地確定所需頻率的低效做法，而是將 確定所需頻率的過程最大限度地高效、自動化進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補(bǔ)現(xiàn)有單一頻率超聲波在生物處理應(yīng)用中的不足，本發(fā)明利用寬頻域超聲波 電源裝置，采用多頻帶處理順序搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運(yùn)行策略，運(yùn)行中，在 超聲波電源裝置工作頻域內(nèi)，按頻帶頻率搜索方向依次配置與頻帶中心頻率匹配的換能 器-變幅桿(-工具頭)振子，通過操控(總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能和掃頻模式與功 率給定功能)終端協(xié)調(diào)、控制，在上、下限頻率界定頻帶上進(jìn)行同步掃頻；參考換能器的固 有頻率，各頻帶上、下限頻率與掃描形式均可人工設(shè)定，也可自動連續(xù)續(xù)接。以此，使各種不 同的生物細(xì)胞、物品表面污漬、污染、污垢均能接受到適合頻率的超聲波作用，并鎖定在該 頻率上，從而成倍提高處理效率。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是通過對處理液處理作用區(qū)域的濃度 監(jiān)測，利用程序計(jì)算，依次在各個(gè)頻帶上，在設(shè)定模式下得到濃度變化的動態(tài)，依據(jù)該動態(tài)， 確定最佳工藝頻率點(diǎn)。其運(yùn)行控制的過程為 根據(jù)換能器可高效耦合帶寬，人工設(shè)置各處理頻帶的上、下限頻率，并配置與相應(yīng) 頻帶中心頻率匹配的換能器_變幅桿(_工具頭)振子； ——通過操控終端，人工統(tǒng)一設(shè)置包括超聲波處理脈沖間歇比、脈沖寬度、頻率搜 索速率等的處理模式，以及超聲波電源輸出功率； ——依次從各頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)掃頻運(yùn)行，即 處理槽罐中的處理液在換能器振子端面下，受超聲波空化作用而產(chǎn)生不同濃度的處理產(chǎn)
5物；同時(shí)，利用蛋白質(zhì)對200nM 400nM光譜的吸收特性，在處理槽罐裝設(shè)紫外線檢測裝置， 利用其紫外線接收器，接收到受不同濃度處理產(chǎn)物吸收后而不同的紫外線光通量信號，使 之以相應(yīng)變化幅度的電信號反饋給操控終端；在操控終端內(nèi)，加設(shè)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理和數(shù) 據(jù)通訊功能的A/D板作為反饋信號處理單元，將濃度反饋電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效率的數(shù) 字信號，再通過數(shù)據(jù)總線傳輸，由CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制使用；—當(dāng)處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到高效處理頻帶時(shí)，保持該處理頻帶各運(yùn)行 參數(shù)；否則，在原已運(yùn)行的處理頻帶組合外，人工重新設(shè)置各處理頻帶上、下限頻率，并配置 與相應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(-工具頭)振子； ——如果高效處理頻帶為上端頻帶(或下端頻帶)，保持該處理頻帶各運(yùn)行參數(shù)， 并在原已運(yùn)行的處理頻帶組合上端(或下端)以外，人工重新設(shè)置擴(kuò)展的各處理頻帶的上、
下限頻率，并配置與相應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(-工具頭)振子；否則，接下
止 少； ——從同頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)依次掃頻運(yùn)行；
——當(dāng)處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到高效處理頻率時(shí)，保持該處理頻率各運(yùn)行 參數(shù)；否則，在同頻帶繼續(xù)掃頻運(yùn)行； ——處理頻帶上下限頻率匯聚到檢測到的高效頻率點(diǎn)，并控制、鎖定到該高效頻
量信號幅度趨于飽和時(shí)，說明液體液位已低于換能器振子端面；否則，在同頻帶繼續(xù)掃頻運(yùn) 行。 其控制功能結(jié)構(gòu)配置的技術(shù)方案為通過上位機(jī)PC，操控終端行使控制整個(gè)系統(tǒng) 的運(yùn)行過程、參數(shù)設(shè)置，并換能器參數(shù)設(shè)置其頻帶上下頻率的功能；通過超聲波電力產(chǎn)生、 換能執(zhí)行、處理槽罐紫外線檢測和檢測信號轉(zhuǎn)換功能的系統(tǒng)配置，系統(tǒng)行使所在頻帶上掃 描頻率超聲波處理并檢測產(chǎn)生物光吸收量、反饋處理效率信號的功能；通過操作終端的掃
頻模式與功率給定環(huán)節(jié)，行使掃頻模式與功率給定模塊行使超聲波處理脈沖間歇比、處理 模式與電源輸出功率給定的功能；通過寬頻域超聲波電力產(chǎn)生裝置，行使將市電電力轉(zhuǎn)換 為超聲波電力的功能；通過換能器-變幅桿(-工具頭)振子結(jié)構(gòu)，換能執(zhí)行環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)將超 聲波電能轉(zhuǎn)換為超聲波機(jī)械能的功能；通過紫外線發(fā)射、接收對管在處理槽罐上的配置，處 理槽罐紫外線檢測環(huán)節(jié)利用被處理液中不同濃度產(chǎn)生物的不同光吸收作用，實(shí)現(xiàn)對紫外線 光通量變化的檢測，反映處理液中產(chǎn)生物的濃度變化；利用紫外線接收器將接收到的紫外 線光通量變化信號同步換為相應(yīng)的濃度變化電信號，檢測信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)通過低噪聲、高輸 入阻抗運(yùn)放的比較、放大等電路結(jié)構(gòu)，將發(fā)射器得到的驅(qū)動信號與接收器送出的濃度變化 電信號加以比較、放大，按所設(shè)定的處理脈沖間歇比、模式，形成處理效率變化檢測電信號， 作為超聲波處理效率的反饋信號，送給操控能終端。 本發(fā)明的有益效果是通過多頻帶依次搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率，和紫 外線通量檢測、電腦功能設(shè)定等功能的技術(shù)提升，在以下幾方面表現(xiàn)出了其有益效果便于 通過程序軟件的改變，方便地調(diào)整控制方案和實(shí)現(xiàn)多種新型控制策略，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù) 的自動儲存，有助于實(shí)現(xiàn)超聲波生物處理的智能化；可連續(xù)監(jiān)控、調(diào)節(jié)換能器、變幅桿、工具
率；
在高效頻率點(diǎn)鎖定運(yùn)行； -當(dāng)處理槽罐紫外線檢測裝置檢3
到處理效率處于漸近趨于零的過程，即光通頭的頻率以提供最佳的超聲輸出；其利用顯示器的過程監(jiān)控、參數(shù)圖示功能不僅可對所有 處理運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行專門編程，還可以用圖形表達(dá)超聲頻率、功率、處理速度和處理過程理化 參數(shù)的變化；通過其操控終端的人機(jī)對話方式，可對處理程序進(jìn)行調(diào)整，操作人員可按提示 輸入有關(guān)數(shù)據(jù)，操作直觀明了 ；免去了分組對照、分析確定最佳頻率的漫長時(shí)間消耗，容易 找到各種生物細(xì)胞處理的合適頻率，從而成倍提高處理效率；有利于建立其最佳工藝條件， 積累第一手資料。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例系統(tǒng)配置示意圖。
圖2是本實(shí)施例的系統(tǒng)控制功能結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本實(shí)施例的處理槽罐配置示意圖。 圖4是本實(shí)施例系統(tǒng)控制功能結(jié)構(gòu)的檢測信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)電路圖。 圖5是本實(shí)施例的運(yùn)行流程圖。 圖6是本實(shí)施例的處理效率反饋數(shù)據(jù)處理流程圖。 在圖1、圖2、圖3和圖4中1.操控終端，ll.總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能(環(huán)
節(jié))，12.掃頻模式與功率給定環(huán)節(jié)，2.超聲波電力產(chǎn)生(環(huán)節(jié))，3.換能執(zhí)行(環(huán)節(jié))，4.處
理槽罐紫外線檢測(環(huán)節(jié))，5.檢測信號轉(zhuǎn)換(環(huán)節(jié))，a.超聲波信號發(fā)生環(huán)節(jié)，b.隔離驅(qū)
動環(huán)節(jié)，c.功率放大環(huán)節(jié)，d.功率、頻率匹配環(huán)節(jié)，e.功率、頻率控制環(huán)節(jié)。 在圖3和圖4中31.換能器振子端面，32.超聲波電力輸出線，41.處理槽罐，
42.處理液，43.紫外線發(fā)射器，44.紫外線發(fā)射驅(qū)動線，45.紫外線接收器，51.檢測信號反饋線。 在圖4中LED為紫外線發(fā)射管，Re為紫外線發(fā)射管限流保護(hù)電阻，Dri、Dr2為紫外 線接收管，&、 R2為紫外線接收器橋臂平衡電阻，R為運(yùn)算放大器靜態(tài)偏流電阻，A為運(yùn)算放 大器，Rf為運(yùn)算放大器反饋電阻，E為電路工作電源；AD為A/D板，CPU為中央處理單元。
具體實(shí)施例方式
利用寬頻域超聲波電源裝置，考慮到換能器的諧振性能，在超聲波電源裝置工作 頻域內(nèi)，采用多頻帶組合搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運(yùn)行策略，在各個(gè)由上、下限 頻率界定的頻帶上順次進(jìn)行掃頻，其中上、下限頻率與掃描形式均可人工定義，也可自動連 續(xù)續(xù)接。在各個(gè)頻帶上，通過對處理液作用區(qū)域的濃度監(jiān)測，利用程序計(jì)算，在設(shè)定模式下 依次得到濃度變化的動態(tài)，依據(jù)該動態(tài)，確定最佳工藝頻率點(diǎn)。 在圖l的系統(tǒng)配置示意圖中操控終端1通過控制、反饋信號線路連接到寬頻帶超 聲波電力產(chǎn)生2電源裝置。其中，超聲波電力產(chǎn)生2裝置通過電力電纜連接到處理槽罐中的 換能執(zhí)行3器件；處理槽罐紫外線檢測環(huán)節(jié)4配置處的檢測信號轉(zhuǎn)換5裝置，通過前述電力 電纜的附帶屏蔽芯線，連接到超聲波電力產(chǎn)生2電源裝置的轉(zhuǎn)接端子，以與送向操控終端l 的反饋信號線連接。處理槽罐作為生物處理流程的核心環(huán)節(jié)，其原處理液從其下底中心的 管路入口流入，生成處理液經(jīng)其側(cè)壁上部的出口管路流出。
在圖2所示的系統(tǒng)控制功能結(jié)構(gòu)框圖中總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能環(huán)節(jié)11，通過上位機(jī)PC，在控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程、參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)各頻帶及其換能器參數(shù)設(shè) 置其頻帶上、下限頻率；超聲波電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)2、換能執(zhí)行環(huán)節(jié)3、處理槽罐紫外線檢測環(huán)節(jié) 4和檢測信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)5的系統(tǒng)配置，行使掃描頻率超聲波處理并檢測產(chǎn)生物光吸收量、 反饋處理效率信號的功能；掃頻模式與功率給定環(huán)節(jié)12，通過配置在超聲波電力產(chǎn)生2設(shè) 備上的操作執(zhí)行單元，行使執(zhí)行功能，實(shí)現(xiàn)總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能環(huán)節(jié)11所做的 超聲波處理脈沖間歇比、模式與電源輸出功率給定；超聲波電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)2，通過超聲波電 源裝置，行使將市電電力轉(zhuǎn)換為超聲波電力的功能；換能執(zhí)行環(huán)節(jié)3，通過換能器-變幅桿 (-工具頭)振子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)將超聲波電能轉(zhuǎn)換為超聲波機(jī)械能的功能；處理槽罐紫外線檢 測環(huán)節(jié)4，通過紫外線發(fā)射、接收對管在處理槽罐上的配置，利用處理液中不同濃度產(chǎn)生物 的不同光吸收作用，實(shí)現(xiàn)對紫外線光通量變化的檢測，反映處理液中產(chǎn)生物的濃度變化；檢 測信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)5，利用紫外線接收器將接收到的紫外線光通量變化信號同步換為相應(yīng)的 濃度變化電信號，通過低噪聲、高輸入阻抗運(yùn)放的比較、放大電路結(jié)構(gòu)，將發(fā)射器得到的驅(qū) 動信號與接收器送出的濃度變化電信號加以比較、放大，送給總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功 能環(huán)節(jié)ll。 在圖2所示系統(tǒng)控制功能結(jié)構(gòu)框圖的超聲波電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)2的功能配置中超聲 波信號發(fā)生環(huán)節(jié)a，通過單片機(jī)MCU及其外圍電路結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生所需頻率正弦波信號；隔離驅(qū) 動環(huán)節(jié)b，通過專用IGBT或MOSFEET驅(qū)動芯片及其外圍電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)所需頻率正弦波包絡(luò) 及相應(yīng)于所需功率占空比的P麗功率驅(qū)動信號；功率放大環(huán)節(jié)c，通過IGBT或M0SFEET器 件及其電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)P麗驅(qū)動下的直流_交流電力逆變；功率、頻率匹配環(huán)節(jié)d，通過電感 耦合及其電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)將P麗交流電力與換能器的諧振匹配，同時(shí)取得功率、頻率反饋信 號；功率、頻率控制環(huán)節(jié)e，通過反饋信號處理電路、鎖相環(huán)路等，實(shí)現(xiàn)對設(shè)定功率、頻率的 跟蹤、鎖定和控制。超聲波電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)2的功能已有許多成熟的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
在圖3所示的處理槽罐配置示意圖中換能器-變幅桿(-工具頭)振子結(jié)構(gòu)的換 能器振子端面31，置于處理槽罐的中心偏上部位，是最終實(shí)現(xiàn)超聲波換能執(zhí)行3的工作面。 在其下面附近空間區(qū)域，處理液42中的生物細(xì)胞由于超聲波的空化作用而產(chǎn)生游離產(chǎn)物， 從而使處理液42的濃度上升，上升的速度與超聲波頻率相關(guān)。超聲波電力輸出線32，將超 聲波電力產(chǎn)生2電源裝置的電力輸出端子與超聲波換能執(zhí)行3換能器的電力輸入端子連 接，將超聲波電力產(chǎn)生2電源裝置產(chǎn)生的超聲波電力送給換能器。處理槽罐41作為處理液 42承載容器，可以是封閉式盒槽罐，也可以通過下底和側(cè)壁分別裝配入液管和出液管，使其 中的處理液42勻速流動；處理槽罐41的左側(cè)和右側(cè)，分別安裝紫外線發(fā)射器43和裝有紫 外線接收器45的檢測信號轉(zhuǎn)換5裝置，并使紫外線發(fā)射器43和紫外線接收器45頭面相對， 兩器件的光軸心線穿過換能器振子端面31中心線下方，距離換能器振子端面31約一個(gè)端 面半徑長度；紫外線發(fā)射器43通過紫外線發(fā)射驅(qū)動線44連接到檢測信號轉(zhuǎn)換5裝置；檢測 信號反饋線51連接檢測信號轉(zhuǎn)換5裝置與操控終端1的上位機(jī)PC，將檢測信號轉(zhuǎn)換5裝置 輸出的超聲波處理效率反饋信號送給總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能環(huán)節(jié)11。
在圖4所示的系統(tǒng)控制功能結(jié)構(gòu)的檢測信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)電路圖中紫外線發(fā)射管 LED與紫外線發(fā)射管限流保護(hù)電阻Re串聯(lián)，按正向跨接在電路工作電源E正極與地之間。 紫外線接收管Dri與紫外線接收器橋臂平衡電阻R2串連，紫外線接收管 與紫外線接收器 橋臂平衡電阻Ri串連，以此構(gòu)成的紫外線接收器的兩橋臂；在兩橋臂的一端，紫外線接收管Dri與紫外線接收器橋臂平衡電阻&連接；在兩橋臂的另一端，紫外線接收管Drt與紫外線 接收器橋臂平衡電阻R2連接；兩端連接點(diǎn)按正向跨接在電路工作電源E正極與地之間；兩 橋臂兩側(cè)的x點(diǎn)和y點(diǎn)分別連接到運(yùn)算放大器A的同相輸入端和反相輸入端。運(yùn)算放大器 靜態(tài)偏流電阻R跨接在電路工作電源E正極與運(yùn)算放大器A的反相輸入端之間，運(yùn)算放大 器反饋Rf電阻跨接在運(yùn)算放大器A的輸出端與反相輸入端之間。在操控終端1內(nèi)PC機(jī)的 總線擴(kuò)展槽中，插入具有模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理和數(shù)據(jù)通訊功能的A/D板AD，作為反饋信號處理單 元，將濃度反饋電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效率的數(shù)字信號，再通過數(shù)據(jù)總線傳輸，由中央處理 單元CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制使用；運(yùn)算放大器A的輸出端，通過檢測信號反饋線51，以雙 端輸入方式，連接到操控終端1內(nèi)A/D板AD的模擬輸入端子。
在圖5中，本發(fā)明的控制運(yùn)行過程為
Stl.開始，控制系統(tǒng)和處理配置參數(shù)初始化； St2.根據(jù)換能器可高效耦合帶寬，人工設(shè)置各處理組頻帶的上、下限頻率，并配置 與相應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器_變幅桿(_工具頭)振子； St3.通過操控終端1的上位機(jī)PC，人工統(tǒng)一設(shè)置包括超聲波處理脈沖間歇比、脈 沖寬度、頻率搜索速率等的處理模式、超聲波電源輸出功率； St4.在前步設(shè)定下，各頻帶從其頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而 下)順次掃頻運(yùn)行，即處理槽罐41中的處理液42在換能器振子端面31下，受超聲波空化 作用而產(chǎn)生不同濃度的處理產(chǎn)物；同時(shí)，處理槽罐紫外線檢測4裝置的紫外線接收器45，接 收受到不同濃度的處理產(chǎn)物吸收的紫外線不同光通量信號，并以相應(yīng)變化幅度的檢測電信 號送給檢測信號轉(zhuǎn)換5單元，檢測信號轉(zhuǎn)換5單元將該檢測電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效率的 反饋信號，反饋給操控終端1 ;在操控終端1內(nèi)，具有模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理和數(shù)據(jù)通訊功能的A/D 板AD，將處理效率反饋模擬電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效率的數(shù)字信號，再通過數(shù)據(jù)總線傳輸， 由中央處理單元CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制使用； St5.當(dāng)處理槽罐紫外線檢測4裝置檢測到高效處理頻帶時(shí)，保持該頻帶各運(yùn)行參 數(shù)；否則，返回到St2，即在原已運(yùn)行的處理頻帶組合以外，人工重新設(shè)置擴(kuò)展的頻帶上、下 限頻率，并配置與相應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(-工具頭)振子；
St6.如果高效處理頻帶為上端頻帶(或下端頻帶)，保持該頻帶各運(yùn)行參數(shù)，返回 到St2，即在原已運(yùn)行的處理頻帶組合上端(或下端)以外，人工重新設(shè)置其擴(kuò)展的頻帶上、
下限頻率，并配置與相應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(-工具頭)振子；否則，接下
止 少； St7.在前步設(shè)定下，從同頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)掃 頻運(yùn)行，即處理槽罐41中的處理液42在換能器振子端面31下，受超聲波空化作用而產(chǎn)生 隨頻率變化而濃度變化的處理產(chǎn)物；同時(shí)，處理槽罐紫外線檢測4裝置的紫外線接收器45， 接收受到濃度變化的處理產(chǎn)物吸收的紫外線光通量變化信號，并以相應(yīng)變化幅度的檢測電 信號送給檢測信號轉(zhuǎn)換5單元，檢測信號轉(zhuǎn)換5單元再將該檢測電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效 率的反饋信號，反饋操控終端1 ; St8.當(dāng)處理槽罐紫外線檢測4裝置檢測到高效處理頻率時(shí)，保持該頻率下各運(yùn)行 參數(shù)；否則，返回到St7，即同頻帶繼續(xù)掃頻運(yùn)行； St9.頻帶上下限頻率匯聚到檢測到的高效頻率點(diǎn)，并控制、鎖定到該高效頻率；
9
StlO.在前步設(shè)定下，在高效頻率點(diǎn)鎖定運(yùn)行，即處理槽罐41中的處理液42在換 能器振子端面31下，受超聲波空化作用而產(chǎn)生隨頻率漂移而濃度變化的處理產(chǎn)物；同時(shí)， 處理槽罐紫外線檢測4裝置的紫外線接收器45，接收受到濃度變化的處理產(chǎn)物吸收的紫外 線光通量變化信號，并以相應(yīng)變化幅度的檢測電信號送給檢測信號轉(zhuǎn)換5單元，檢測信號 轉(zhuǎn)換5單元再將該檢測信號電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效率的反饋信號，反饋給操控終端1 ;
Stll.當(dāng)處理槽罐紫外線檢測4裝置檢測到處理效率處于趨近零的過程，即光通 量信號幅度趨于飽和時(shí)，說明液體液位已低于換能器振子端面31 ;否則，返回到StlO，即同 頻帶繼續(xù)掃頻運(yùn)行；
St 12.結(jié)束。 在圖6中，本實(shí)施例的處理效率反饋數(shù)據(jù)處理流程為
St(l).開始，數(shù)據(jù)處理參數(shù)初始化； St (2).讀入一次運(yùn)行時(shí)間L、頻帶總數(shù)N、間歇(脈沖)周期T、每頻帶頻率點(diǎn)數(shù)F 和控制精度e ;計(jì)算L/T送到一次運(yùn)行間歇次數(shù)(脈沖個(gè)數(shù))M，計(jì)算L/F送到掃頻切換的 兩頻率點(diǎn)間隔時(shí)間P ;設(shè)置掃頻頻率循環(huán)起點(diǎn)k = l，設(shè)置數(shù)據(jù)采樣序列循環(huán)起點(diǎn)j = l，設(shè) 置處理頻帶i巡回循環(huán)起點(diǎn)i = 1 ; St(3).對應(yīng)每一頻帶i，設(shè)置兩個(gè)字段Ai和Bi，并輸入前兩條數(shù)據(jù)記錄Ai。 = 0、An =0禾口 Bi(l = 0、禾口 Bn = 0 ; St (4).對于每一數(shù)據(jù)采樣序列j，用頻帶i的效率反饋數(shù)據(jù)采樣值Di，對所有頻帶 i的最后一條數(shù)據(jù)記錄A".予以累加更新，即以Aij+Di替換A".; St (5).對于每一頻率點(diǎn)k，對每一頻帶i字段&的全部記錄，相對于一次運(yùn)行間
歇次數(shù)(脈沖個(gè)數(shù))M，予以平均并作為第k條記錄Aik，即以Aij/M更新Aik ; St (6).從第三頻率點(diǎn)k(k > 2)起，逐點(diǎn)對每一頻帶i，以掃頻切換的兩頻率點(diǎn)間
隔時(shí)間P，依次做兩點(diǎn)差分，即計(jì)算(Adk—》/P送Aik，計(jì)算(Ai, k—「Ai, k—2) /P送Bik ;然后做
該點(diǎn)的差A(yù)ik-Bik，存入Cik; St (7).如果某頻帶i的Cik以給定精度e趨于O，說明處理效率隨頻率變化的動 態(tài)趨于恒值，即頻率點(diǎn)k所代表的超聲波處理頻率為高效頻率，故鎖定該頻率點(diǎn)k ;否則，到 下一處理頻帶(i+l)，返回St(6)，繼續(xù)巡回計(jì)算；或者(當(dāng)全部頻帶已遍歷時(shí))，到下一頻 率點(diǎn)(k+1)，返回St (4)，繼續(xù)掃頻處理； St (8).如果所有頻帶均無高效頻率顯示，則呼叫提示操作者，決定是否在原已運(yùn) 行的處理頻帶組合以外，重新配設(shè)、掃頻處理；
St (13).結(jié)束。
權(quán)利要求
一種超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征是利用寬頻域超聲波電源裝置，采用多頻帶組合搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運(yùn)行策略，在各個(gè)由上、下限頻率界定的頻帶上進(jìn)行同步掃頻；在各個(gè)頻帶上，通過對處理液作用區(qū)域的濃度監(jiān)測，利用程序計(jì)算，在設(shè)定模式下同步地得到濃度變化的動態(tài)，依據(jù)該動態(tài)，確定最佳工藝頻率點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征是操控終端 (1)通過控制、反饋信號線路連接到寬頻域超聲波電力產(chǎn)生(2)裝置，超聲波電力產(chǎn)生(2) 裝置通過電力電纜，連接到處理槽罐內(nèi)的換能執(zhí)行(3)器件；處理槽罐紫外線檢測環(huán)節(jié)(4) 配置處的檢測信號轉(zhuǎn)換(5)裝置，通過前述電力電纜的附帶屏蔽芯線，連接到超聲波電力 產(chǎn)生(2)裝置的對應(yīng)轉(zhuǎn)接端子，以與送向操控終端(1)的反饋信號線連接；處理槽罐作為生 物處理流程的核心環(huán)節(jié)，其原處理液從其下底中心的管路入口流入，生成處理液經(jīng)其側(cè)壁 上部的出口管路流出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征是總控、顯 示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能環(huán)節(jié)(11)，通過上位機(jī)PC，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程、參數(shù)設(shè)置，并 根據(jù)各頻帶及其換能器參數(shù)設(shè)置其頻帶上、下限頻率；通過超聲波電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)(2)、換能 執(zhí)行環(huán)節(jié)(3)、處理槽罐紫外線檢測環(huán)節(jié)(4)和檢測信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(5)的系統(tǒng)配置，系統(tǒng)行 使掃描頻率超聲波處理并檢測產(chǎn)生物光吸收量、反饋處理效率信號的功能；掃頻模式與功 率給定環(huán)節(jié)(12)，通過配置在超聲波電力產(chǎn)生(2)設(shè)備上的操作執(zhí)行單元，行使執(zhí)行功能， 實(shí)現(xiàn)總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能環(huán)節(jié)(11)所做的超聲波處理脈沖間歇比、模式與電源 輸出功率給定；超聲波電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)(2)，通過超聲波電源裝置，行使將市電電力轉(zhuǎn)換為超 聲波電力的功能；換能執(zhí)行環(huán)節(jié)(3)，通過換能器-變幅桿(-工具頭)振子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)將超 聲波電能轉(zhuǎn)換為超聲波機(jī)械能的功能；處理槽罐紫外線檢測環(huán)節(jié)(4)，通過紫外線發(fā)射、接 收對管在處理槽罐上的配置，利用處理液中不同濃度產(chǎn)生物的不同光吸收作用，實(shí)現(xiàn)對紫 外線光通量變化的檢測，反映處理液中產(chǎn)生物的濃度變化；檢測信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(5)，利用紫 外線接收器將接收到的紫外線光通量變化信號同步換為相應(yīng)的濃度變化電信號，通過低噪 聲、高輸入阻抗運(yùn)放的比較、放大電路結(jié)構(gòu)，將發(fā)射器得到的驅(qū)動信號與接收器送出的濃度 變化電信號加以比較、放大，送給總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能環(huán)節(jié)(11)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征 是超聲波信號發(fā)生環(huán)節(jié)(a)，通過單片機(jī)MCU及其外圍電路結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生所需頻率正弦波信 號；隔離驅(qū)動環(huán)節(jié)(b)，通過專用IGBT或MOSFEET驅(qū)動芯片及其外圍電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)所需頻 率正弦波包絡(luò)及相應(yīng)于所需功率占空比的P麗功率驅(qū)動信號；功率放大環(huán)節(jié)(c)，通過IGBT 或M0SFEET器件及其電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)P麗驅(qū)動下的直流_交流電力逆變；功率、頻率匹配環(huán) 節(jié)(d)，通過電感耦合及其電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)將P麗交流電力與換能器的諧振匹配，同時(shí)取得 功率、頻率反饋信號；功率、頻率控制環(huán)節(jié)(e)，通過反饋信號處理電路、鎖相環(huán)路等，實(shí)現(xiàn) 對設(shè)定功率、頻率的跟蹤、鎖定和控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征 是換能器-變幅桿(-工具頭)振子結(jié)構(gòu)的換能器振子端面(31)，置于處理槽罐的中心 偏上部位，是最終實(shí)現(xiàn)超聲波換能執(zhí)行(3)的工作面；超聲波電力輸出線(32)，將超聲波電 力產(chǎn)生(2)電源裝置的電力輸出端子與超聲波換能執(zhí)行(3)換能器的電力輸入端子連接， 將超聲波電力產(chǎn)生(2)電源裝置產(chǎn)生的超聲波電力送給換能器；處理槽罐(41)作為處理液(42)的承載容器，可以是封閉式盒槽罐，也可以通過下底和側(cè)壁分別裝配入液管和出液 管，使其中的處理液(42)勻速流動；處理槽罐(41)的左側(cè)和右側(cè)，分別安裝紫外線發(fā)射器 (43)和裝有紫外線接收器(45)的檢測信號轉(zhuǎn)換(5)裝置，并使紫外線發(fā)射器(43)和紫外 線接收器(45)頭面相對，兩器件的光軸心線穿過換能器振子端面(31)中心線下方，距離換 能器振子端面(31)約一個(gè)端面半徑長度；紫外線發(fā)射器(43)通過紫外線發(fā)射驅(qū)動線(44) 連接到檢測信號轉(zhuǎn)換(5)裝置；檢測信號反饋線(51)連接檢測信號轉(zhuǎn)換(5)裝置與操控終 端(1)的上位機(jī)PC，將檢測信號轉(zhuǎn)換(5)裝置輸出的超聲波處理效率反饋信號送給總控、顯 示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能環(huán)節(jié)(11)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征 是紫外線發(fā)射管(LED)與紫外線發(fā)射管限流保護(hù)電阻0O串聯(lián)，按正向跨接在電路工作 電源(E)正極與地之間；紫外線接收管(Dn)與紫外線接收器橋臂平衡電阻(R2)串連，紫外 線接收管(DJ與紫外線接收器橋臂平衡電阻(R》串連，以此構(gòu)成的紫外線接收器的兩橋 臂；在兩橋臂的一端，紫外線接收管(Dn)與紫外線接收器橋臂平衡電阻(R》連接；在兩橋 臂的另一端，紫外線接收管(DJ與紫外線接收器橋臂平衡電阻(R2)連接；兩端連接點(diǎn)按正 向跨接在電路工作電源E正極與地之間；兩橋臂兩側(cè)的x點(diǎn)和y點(diǎn)分別連接到運(yùn)算放大器 (A)的同相輸入端和反相輸入端；運(yùn)算放大器靜態(tài)偏流電阻(R)跨接在電路工作電源(E) 正極與運(yùn)算放大器A的反相輸入端之間，運(yùn)算放大器反饋(Rf)電阻跨接在運(yùn)算放大器(A) 的輸出端與反相輸入端之間；在操控終端(1)內(nèi)PC機(jī)的總線擴(kuò)展槽中，插入具有模數(shù)轉(zhuǎn)換、 處理和數(shù)據(jù)通訊功能的A/D板(AD);運(yùn)算放大器(A)的輸出端，通過檢測信號反饋線(51)， 以雙端輸入方式，連接到操控終端(1)內(nèi)A/D板(AD)的模擬輸入端子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征是系統(tǒng)的控制 運(yùn)行過程為Stl.開始，控制系統(tǒng)和處理配置參數(shù)初始化；St2.根據(jù)換能器可高效耦合帶寬，人工設(shè)置各處理組頻帶的上、下限頻率，并配置與相 應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(_工具頭)振子；St3.通過操控終端(1)的上位機(jī)PC，人工統(tǒng)一設(shè)置包括超聲波處理脈沖間歇比、脈沖 寬度、頻率搜索速率等的處理模式、超聲波電源輸出功率；St4.在前步設(shè)定下，各頻帶從其頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下) 順次掃頻運(yùn)行；同時(shí)，處理槽罐紫外線檢測(4)裝置的紫外線接收器(45)，接收受到不同 濃度的處理產(chǎn)物吸收的紫外線不同光通量信號，并以相應(yīng)變化幅度的檢測電信號送給檢測 信號轉(zhuǎn)換(5)單元，檢測信號轉(zhuǎn)換(5)單元將該檢測電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效率的反饋信 號，反饋給操控終端(1);在操控終端(1)內(nèi)，具有模數(shù)轉(zhuǎn)換、處理和數(shù)據(jù)通訊功能的A/D板 (AD)，將處理效率反饋模擬電信號轉(zhuǎn)化為反映處理效率的數(shù)字信號，再通過數(shù)據(jù)總線傳輸， 由中央處理單元(CPU)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制使用；St5.當(dāng)處理槽罐紫外線檢測(4)裝置檢測到高效處理頻帶時(shí)，保持該頻帶各運(yùn)行參 數(shù)；否則，返回到St2，即在原已運(yùn)行的處理頻帶組合以外，人工重新設(shè)置擴(kuò)展的頻帶上、下 限頻率，并配置與相應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(-工具頭)振子；St6.如果高效處理頻帶為上端頻帶(或下端頻帶)，保持該頻帶各運(yùn)行參數(shù)，返回到 St2，即在原已運(yùn)行的處理頻帶組合上端(或下端)以外，人工重新設(shè)置其擴(kuò)展的頻帶上、下限頻率，并配置與相應(yīng)頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(-工具頭)振子；否則，接下止 少；St7.在前步設(shè)定下，從同頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)掃頻運(yùn)行；St8.當(dāng)處理槽罐紫外線檢測(4)裝置檢測到高效處理頻率時(shí)，保持該頻率下各運(yùn)行參 數(shù)；否則，返回到St7，即同頻帶繼續(xù)掃頻運(yùn)行；St9.頻帶上下限頻率匯聚到檢測到的高效頻率點(diǎn)，并控制、鎖定到該高效頻率； StlO.在前步設(shè)定下，在高效頻率點(diǎn)鎖定運(yùn)行；Stll.當(dāng)處理槽罐紫外線檢測(4)裝置檢測到處理效率處于趨近零的過程，即光通量 信號幅度趨于飽和，說明液體液位已低于換能器振子端面(31);否則，返回到StlO，即同頻 帶繼續(xù)掃頻運(yùn)行；Stl2.結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波生物處理的頻率搜索控制方法，其特征是處理效率反 饋數(shù)據(jù)處理流程為St(l).開始，數(shù)據(jù)處理參數(shù)初始化；St (2).讀入一次運(yùn)行時(shí)間L、頻帶總數(shù)N、間歇(脈沖)周期T、每頻帶頻率點(diǎn)數(shù)F和控 制精度e ;計(jì)算L/T送到一次運(yùn)行間歇次數(shù)(脈沖個(gè)數(shù))M，計(jì)算L/F送到掃頻切換的兩頻 率點(diǎn)間隔時(shí)間P ;設(shè)置掃頻頻率循環(huán)起點(diǎn)k = l，設(shè)置數(shù)據(jù)采樣序列循環(huán)起點(diǎn)j = l，設(shè)置處 理頻帶i巡回循環(huán)起點(diǎn)i = 1 ;St (3).對應(yīng)每一頻帶i，設(shè)置兩個(gè)字段&和Bi，并輸入前兩條數(shù)據(jù)記錄AiQ = 0、 Au = 0禾口 Bi(l = 0、禾口 = 0 ;St (4).對于每一數(shù)據(jù)采樣序列j，用頻帶i的效率反饋數(shù)據(jù)采樣值Di，對所有頻帶i的 最后一條數(shù)據(jù)記錄A".予以累加更新，即以Aij+Di替換A".;St (5).對于每一頻率點(diǎn)k，對每一頻帶i字段&的全部記錄，相對于一次運(yùn)行間歇次 數(shù)(脈沖個(gè)數(shù))M，予以平均并作為第k條記錄Aik，即以Aij/M更新Aik ;St(6).從第三頻率點(diǎn)k(k > 2)起，逐點(diǎn)對每一頻帶i，以掃頻切換的兩頻率點(diǎn)間隔時(shí) 間P，依次做兩點(diǎn)差分，即計(jì)算(Aik-Ai,k—》/P送Aik，計(jì)算(Ai, k—「Ai, k—2) /P送Bik ;然后做該點(diǎn) 的差A(yù)ik-Bik，存入Cik;St(7).如果某頻帶i的Cik以給定精度e趨于O，說明處理效率隨頻率變化的動態(tài)趨于 恒值，即頻率點(diǎn)k所代表的超聲波處理頻率為高效頻率，故鎖定該頻率點(diǎn)k ;否則，到下一處 理頻帶i+l，返回St(6)，繼續(xù)巡回計(jì)算；或者(當(dāng)全部頻帶已遍歷時(shí))，到下一頻率點(diǎn)k+l，返回St(4)，繼續(xù)掃頻處理；St (8).如果所有頻帶均無高效頻率顯示，則呼叫提示操作者，決定是否在原已運(yùn)行的 處理頻帶組合以外，重新配設(shè)、掃頻處理； St (13).結(jié)束。
全文摘要
一種超聲波生物處理的頻率搜索控制方法。利用寬頻域超聲波電源裝置，采用多頻帶處理順序搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運(yùn)行策略，運(yùn)行中，在超聲波電源裝置工作頻域內(nèi)，按頻帶頻率搜索方向依次配置與頻帶中心頻率匹配的換能器-變幅桿(-工具頭)振子，通過操控(總控、顯示及運(yùn)行參數(shù)設(shè)置功能和掃頻模式與功率給定功能)終端協(xié)調(diào)、控制，在上、下限頻率界定頻帶上進(jìn)行同步掃頻；參考換能器的固有頻率，各頻帶上、下限頻率與掃描形式均可人工設(shè)定，也可自動連續(xù)續(xù)接。以此，使各種不同的生物細(xì)胞、物品表面污漬、污染、污垢均能接受到適合頻率的超聲波作用，并鎖定在該頻率上，從而成倍提高處理效率。
文檔編號C02F3/00GK101774679SQ20091021525
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者屈百達(dá) 申請人:江南大學(xué)