專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波生物處理運(yùn)行的頻帶搜索換能匹配方法。
背景技術(shù)：
超聲波對(duì)對(duì)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(duì)象的生物細(xì)胞種類(lèi)更與超聲波頻率高度相關(guān)，不同的生物細(xì)胞，對(duì)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(duì)額外進(jìn)行超聲波頻率分析、確定形成依賴(lài)性。實(shí)際工作過(guò)程是利用某生物細(xì)胞在不同頻率下的處理情況，進(jìn)行分頻帶對(duì)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(duì)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(duì)對(duì)象高效的最佳頻率，也不能對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行精確的精細(xì)頻率調(diào)整，積累的經(jīng)驗(yàn)也就不是最佳エ藝的；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)ー種新的高效策略，使超聲波生物處理工作不再沿用先經(jīng)分頻帶對(duì)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(guò)程最大限度地高效、自動(dòng)化進(jìn)行。解決該類(lèi)問(wèn)題的高效方案是超聲波生物處理頻率搜索控制的一體化結(jié)構(gòu)，而一體化結(jié)構(gòu)的最困難問(wèn)題是寬頻帶換能匹配技術(shù)，即隨著捜索頻率變化，在若干不同中心頻率的寬頻帶振板與驅(qū)動(dòng)電源之間，如何實(shí)現(xiàn)諧振網(wǎng)絡(luò)的頻帶搜索換能匹配。

發(fā)明內(nèi)容
為使超聲波生物處理過(guò)程的可測(cè)、可控，實(shí)現(xiàn)生物-機(jī)-電一體化處理系統(tǒng)中的寬頻帶換能諧振匹配，本發(fā)明提出一種超聲波生物處理的寬頻帶匹配方法，它是與驅(qū)動(dòng)電源輸出電能的頻帶切換同步，在處理模式的脈沖間歇內(nèi)，通過(guò)控制器選擇切換相應(yīng)繼電器，將驅(qū)動(dòng)電源相應(yīng)輸出端接通到與電感線圈相應(yīng)抽頭連接的振板，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)電感-振板匹配網(wǎng)絡(luò)的選擇切換。即，在進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行過(guò)程中，濃度裝置尚未檢測(cè)到高效處理頻帶時(shí)，轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程；在轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程后的運(yùn)行過(guò)程設(shè)定間歇時(shí)點(diǎn)，執(zhí)行切換到下一頻帶諧振匹配網(wǎng)路；在切換完成后，下ー脈沖開(kāi)始，繼續(xù)頻帶捜索處理運(yùn)行。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是先根據(jù)各振板中心頻率，計(jì)算出各匹配網(wǎng)絡(luò)所需電感量,確定設(shè)計(jì)相應(yīng)電感線圈及其抽頭；采用多抽頭電感線圈,通過(guò)電感線圈不同抽頭、振板接線端和繼電器常開(kāi)接點(diǎn)的連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源各頻率輸出端與對(duì)應(yīng)中心頻率振板的匹配結(jié)構(gòu)。與驅(qū)動(dòng)電源不同頻帶輸出電能的切換同步，在處理模式的所選脈沖間歇內(nèi)，通過(guò)控制器選擇切換，使相應(yīng)繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，將與電感線圈相應(yīng)抽頭連接的振板與驅(qū)動(dòng)電源相應(yīng)輸出端接通，而其它繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)電感-振板匹配網(wǎng)絡(luò)的選擇切換，構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電源-諧振電感-振板的所選頻帶諧振匹配網(wǎng)絡(luò)。其切換控制的過(guò)程為在包括超聲波處理脈沖間歇比、脈沖寬度、頻率搜索速率和捜索起、終點(diǎn)頻率等的控制系統(tǒng)各參數(shù)初始化與設(shè)置下，以下頻帶的下(或上頻帶的上)限起點(diǎn)頻率開(kāi)始進(jìn)行頻率搜索處理運(yùn)行；如果在運(yùn)行過(guò)程中得到頻帶鎖定信號(hào)，則跳出切換流程，否則繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)捜索處理頻率到達(dá)所運(yùn)行頻帶的上(或下)限值時(shí)，判斷處理脈沖間歇是否到來(lái)；如果間歇時(shí)點(diǎn)到來(lái)，又沒(méi)有得到跳出信號(hào)，則由控制器發(fā)出切換信號(hào)，系統(tǒng)執(zhí)行切換到上(或下)一頻帶諧振匹配網(wǎng)路，并控制使后ー處理脈沖到來(lái)前完成切換，切換后以新ー頻帶的下(或上)限起點(diǎn)頻率開(kāi)始繼續(xù)捜索處理運(yùn)行；如果間歇時(shí)點(diǎn)未到來(lái)，又沒(méi)有得到跳出信號(hào)，則鎖定在所運(yùn)行頻帶的上(或下)限頻率，繼續(xù)處理運(yùn)行，并在后ー處理脈沖間歇到來(lái)時(shí)切換到上(或下)頻帶，再在后ー處理脈沖到來(lái)前完成切換，以新ー頻帶的下(或上)限起點(diǎn)頻率開(kāi)始繼續(xù)捜索處理運(yùn)行。如果間歇時(shí)點(diǎn)到來(lái)并得到跳出信號(hào)，則控制器不發(fā)出切換信號(hào)，繼續(xù)后ー處理脈沖的處理運(yùn)行。如此繼續(xù)，直到捜索處理運(yùn)行到上頻帶的上(或下頻帶的下)限終點(diǎn)頻率。其運(yùn)行控制的過(guò)程為在控制系統(tǒng)的各參數(shù)初始化與設(shè)置，即超聲波處理脈沖間 歇比給定，脈沖寬度給定，頻率搜索速率給定，搜索起點(diǎn)頻率給定，終點(diǎn)頻率給定下，進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行；當(dāng)?shù)玫筋l帶鎖定信號(hào)，即處理槽罐紫外線濃度檢測(cè)裝置檢測(cè)到高效處理頻帶，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，控制單元發(fā)出頻帶鎖定信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行小步頻率搜索運(yùn)行；否則，轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程。在小步頻率搜索運(yùn)行中，當(dāng)?shù)玫筋l率鎖定信號(hào)，即濃檢測(cè)裝置檢測(cè)到高效處理頻率，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，控制單元發(fā)出跳出切換流程信號(hào)，使處理頻帶上下限頻率匯聚到檢測(cè)到的高效頻率點(diǎn)，并控制、鎖定到該高效頻率，系統(tǒng)在高效頻率點(diǎn)鎖定處理運(yùn)行；若未得到頻率鎖定信號(hào)，則判斷是否到達(dá)所在頻帶上(下)限？如果是，則繼續(xù)進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行；否則，繼續(xù)進(jìn)行超聲波生物處理的所在頻帶小步頻率捜索運(yùn)行。本發(fā)明的有益效果是采用多抽頭電感，提高了電感線圈的效用/體積比；利用摸式的處理脈沖間歇控制頻帶切換，實(shí)現(xiàn)了切換開(kāi)關(guān)過(guò)程的零電壓、零電流，從而產(chǎn)生系統(tǒng)エ作無(wú)沖擊、繼電器接點(diǎn)無(wú)損耗的效果。使一體化超聲波生物處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行操作大大簡(jiǎn)化，使得超聲波生物處理過(guò)程的可測(cè)、可控，實(shí)現(xiàn)生物-機(jī)-電一體化，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-振板結(jié)構(gòu)的頻率以提供最佳的超聲輸出；其利用顯示器的過(guò)程監(jiān)控、參數(shù)圖示功能不僅可對(duì)所有處理運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)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(guò)程理化參數(shù)的變化；通過(guò)其操控終端的人機(jī)對(duì)話(huà)方式，可對(duì)處理程序進(jìn)行調(diào)整。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)運(yùn)行工作流程圖。圖2是本實(shí)施例的頻帶切換運(yùn)行工作流程圖。圖3是本實(shí)施例的系統(tǒng)控制功能結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本實(shí)施例的切換執(zhí)行單元電路結(jié)構(gòu)5是本實(shí)施例的受控多路轉(zhuǎn)換單元電路結(jié)構(gòu)圖。在圖3 5中I.工作電源電路組，2.斬波調(diào)功電路，3.正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元，4.PWM驅(qū)動(dòng)單元，5. PWM電路，6.功率匹配輸出單元，7.頻帶切換電路，8.頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)，9.超聲波生物處理終端，10.信號(hào)處理、反饋控制電路，11.人-機(jī)交互終端；Dr為PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，T0為匹配電感始端，T01為功率匹配輸出第一路接線端子，T02為功率匹配輸出第ニ路接線端子，...，T010為功率匹配輸出第十路接線端子；TZ1為第一路振板第一接線端子，Tz2為第二路振板第一接線端子，...，Tzio為第十路振板第一接線端子；Ρ。為功率控制信號(hào)，Μ。為間歇控制信號(hào)，F(xiàn)c為頻率控制信號(hào)，F(xiàn)t為頻帶切換控制數(shù)據(jù)，其中F1為第一頻帶切換信號(hào)，F(xiàn)2為第二頻帶切換信號(hào)，...,F10為第十頻帶切換信號(hào)；ν為電壓反饋信號(hào)，i為電流反饋信號(hào)，De為濃度反饋信號(hào)，K為系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)，M為模式給定參數(shù)，F(xiàn)為頻率給定參數(shù)，P為功率給定參數(shù)，F(xiàn)s為頻率狀態(tài)數(shù)據(jù)，Ps為功率狀態(tài)數(shù)據(jù)，Ef為效率狀態(tài)數(shù)據(jù)。在圖4、5中TF1為第一頻帶切換信號(hào)接線端，Tf2為第二頻帶切換信號(hào)接線端，Tf3為第三頻帶切換信號(hào)接線端，Tf3為第四頻帶切換信號(hào)接線端，Tf5為第五頻帶切換信號(hào)接線端，Tf6為第六頻帶切換信號(hào)接線端，Tf7為第七頻帶切換信號(hào)接線端，Tf8為第八頻帶切換信號(hào)接線端，Tf9為第九頻帶切換信號(hào)接線端，Tfio為第十頻帶切換信號(hào)接線端；E為DC15Vエ作電源正極接線端況為第一路切換信號(hào)耦合電阻，T1為第一路開(kāi)關(guān)晶體管，J1為第一路切換執(zhí)行繼電器電磁線圏，J1-I為第一路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)，Z1為第一路振板，Tli為 匹配電感第一路接線端子；R2為第二路切換信號(hào)耦合電阻，T2為第二路開(kāi)關(guān)晶體管，J2為第二路切換執(zhí)行繼電器電磁線圏，J2-I為第二路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)，Z2為第二路振板，IY2為匹配電感第二路接線端子；...；R10為第十路切換信號(hào)耦合電阻，Tltl為第十路開(kāi)關(guān)晶體管，Jltl為第十路切換執(zhí)行繼電器電磁線圏，J10-I為第十路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)，Z10為第十路振板，Tlio為匹配電感第十路接線端子。在圖5中U為多路轉(zhuǎn)換器，Etl為DC5V工作電源正極接線端；(；為頻帶切換控制碼一位接線端，C1為頻帶切換控制碼二位接線端，C2為頻帶切換控制碼四位接線端，C3為頻帶切換控制碼八位接線端；Mc為間歇時(shí)點(diǎn)到達(dá)信號(hào)接線端。
具體實(shí)施例方式在圖I所示的系統(tǒng)運(yùn)行工作流程圖中Stl.啟動(dòng)，控制系統(tǒng)和各參數(shù)初始化與設(shè)置超聲波處理脈沖間歇比給定，脈沖寬度給定，頻率搜索速率給定，搜索起點(diǎn)頻率給定，終點(diǎn)頻率給定；開(kāi)始；St2.進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行；St3.當(dāng)?shù)玫筋l帶鎖定信號(hào)，即濃度裝置檢測(cè)到高效處理頻帶，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，進(jìn)行小步頻率搜索運(yùn)行；否則，轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程；St4.在前步運(yùn)行中，當(dāng)?shù)玫筋l率鎖定信號(hào)，即濃度裝置檢測(cè)到高效處理頻率，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行；否則，判斷是否到達(dá)所在頻帶上(下)限？如果是，則繼續(xù)進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行；否貝 1J，轉(zhuǎn) St2.；St5.在前步鎖定運(yùn)行中，當(dāng)?shù)玫酵Ｖ固幚硇盘?hào)吋，停止；否則，繼續(xù)進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行。在圖2所示的頻帶切換運(yùn)行工作流程圖中Stl.啟動(dòng)，控制系統(tǒng)和各參數(shù)初始化與設(shè)置超聲波處理脈沖間歇比給定，脈沖寬度給定，頻率搜索速率給定，搜索起點(diǎn)頻率給定，終點(diǎn)頻率給定；開(kāi)始；St2.進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行；St3.當(dāng)?shù)玫筋l帶鎖定信號(hào)，即濃度裝置檢測(cè)到高效處理頻帶，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，跳出本流程，即進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行工作流程的小步頻率捜索運(yùn)行；否則，判斷是否到達(dá)所在頻帶上(下)限？St4.如果超聲波生物處理的頻率搜索運(yùn)行到達(dá)所在頻帶上(下)限，則判斷是否到達(dá)所設(shè)置運(yùn)行模式的脈沖間歇起始時(shí)點(diǎn)？St5.如果上步運(yùn)行過(guò)程到達(dá)間歇時(shí)點(diǎn)，判斷是否得到跳出本流程的信號(hào)？St6.如果得到跳出本流程的信號(hào)，轉(zhuǎn)到St2.;否則，發(fā)出切換信號(hào)，繼而執(zhí)行切換到下一頻帶諧振匹配網(wǎng)路； St7.判斷切換是否完成？St8.如果切換完成，則間歇時(shí)段結(jié)束，下ー脈沖開(kāi)始，繼續(xù)頻帶搜索處理運(yùn)行，即轉(zhuǎn)到St2.;否則，延長(zhǎng)間歇時(shí)段，即下ー脈沖延時(shí)開(kāi)始，轉(zhuǎn)到St7.。在圖3所示的系統(tǒng)控制功能結(jié)構(gòu)框圖中整個(gè)系統(tǒng)由工作電源電路組I、斬波調(diào)功電路2、正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元3、PWM驅(qū)動(dòng)單元4、PWM電路5、功率匹配輸出單元6、頻帶切換電路7、頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)8、超聲波生物處理終端9、信號(hào)處理、反饋控制電路10、人-機(jī)交互終端11和人-機(jī)交互終端11組成。工作電源電路組I的交流輸入端ロ連接到 220V市電接入工作網(wǎng)絡(luò)；工作電源電路組I的DC250V輸出端ロ與斬波調(diào)功電路2的電源輸入端ロ對(duì)應(yīng)連接；工作電源電路組I的DC15V輸出端ロ同時(shí)與正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元3、PWM驅(qū)動(dòng)單元4、頻帶切換電路和人-機(jī)交互終端11的DC15V工作電源端ロ對(duì)應(yīng)連接；工作電源電路組I的DC5V輸出端ロ同時(shí)與超聲波生物處理終端9、信號(hào)處理、反饋控制電路10和人-機(jī)交互終端11的DC5V工作電源端ロ對(duì)應(yīng)連接。斬波調(diào)功電路2的電源輸出端ロ與PWM電路5的工作電源端ロ對(duì)應(yīng)連接；正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元3的信號(hào)輸出端ロ與PWM驅(qū)動(dòng)單元4的信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)連接；PWM驅(qū)動(dòng)單元4的信號(hào)輸出端ロ與PWM電路5的控制信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)連接，將PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr送入PWM電路5 ；PWM電路5的功率輸出端ロ與功率匹配輸出單元6的功率輸入端ロ對(duì)應(yīng)連接。功率匹配輸出單元6的功率輸出端ロ通過(guò)電壓檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接到信號(hào)處理、反饋控制電路10的電壓反饋信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)端，將電壓反饋信號(hào)V送入信號(hào)處理、反饋控制電路10 ;功率匹配輸出單元6的功率輸出端ロ始端連接到頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)8的匹配電感
始端Ttl ;功率匹配輸出單元6功率輸出端ロ的第一級(jí)輸出端、第二級(jí)輸出端.....第十級(jí)輸
出端分別通過(guò)功率匹配輸出第一路接線端子Τω、功率匹配輸出第二路接線端子Tffi.....功
率匹配輸出第十路接線端子T_連接到頻帶切換電路7的進(jìn)線對(duì)應(yīng)接線端子；頻帶切換電路7的出線對(duì)應(yīng)接線端子分別連接到頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)8的第一路振板第一接線端子ΤΖ1、
第二路振板第一接線端子Tz2.....第十路振板第一接線端子Tzitl ;頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)8的
匹配電感始端Ttl引線通過(guò)電流信號(hào)檢測(cè)器件連接到信號(hào)處理、反饋控制電路10的電流反饋信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)端，將電流相量反饋信號(hào)i送入信號(hào)處理、反饋控制電路10。頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)8的內(nèi)浸式振板結(jié)構(gòu)與處理液濃度檢測(cè)裝置裝配于超聲波生物處理槽內(nèi)，構(gòu)成超聲波生物處理終端9。超聲波生物處理終端9通過(guò)處理液濃度檢測(cè)裝置連接到信號(hào)處理、反饋控制電路10，將濃度反饋信號(hào)De送入信號(hào)處理、反饋控制電路10。信號(hào)處理、反饋控制電路10通過(guò)切換數(shù)據(jù)接ロ的對(duì)應(yīng)頻帶接線端連接到頻帶切換電路7，將頻帶切換控制數(shù)據(jù)FT，即其中的第一頻帶切換信號(hào)F1、第二頻帶切換信號(hào)
F2.....第十頻帶切換信號(hào)Fltl同時(shí)送入頻帶切換電路7 ;信號(hào)處理、反饋控制電路10的頻
率控制信號(hào)輸出接線端連接到正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元3的頻率控制信號(hào)輸入接線端，將頻率控制信號(hào)F。送入正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元3 ;信號(hào)處理、反饋控制電路10的功率控制信號(hào)輸出接線端和間歇控制信號(hào)輸出接線端分別連接到斬波調(diào)功電路2的功率控制信號(hào)輸入接線端和間歇控制信號(hào)輸入接線端，將功率控制信號(hào)Fc和間歇控制信號(hào)Mc為送入斬波調(diào)功電路
2。信號(hào)處理、反饋控制電路10通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)接ロ與人-機(jī)交互終端11構(gòu)成數(shù)據(jù)連接，將頻率狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs、功率狀態(tài)數(shù)據(jù)Fc和效率狀態(tài)數(shù)據(jù)Ef送入人-機(jī)交互終端11。 人-機(jī)交互終端11通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)接ロ與信號(hào)處理、反饋控制電路10構(gòu)成數(shù)據(jù)連接，將功率給定參數(shù)P、模式給定參數(shù)M和頻率給定參數(shù)F的設(shè)置值送入信號(hào)處理、反饋控制電路10 ;人-機(jī)交互終端11通過(guò)相應(yīng)信號(hào)接ロ與信號(hào)處理、反饋控制電路10構(gòu)成信號(hào)連接，將系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)K送入信號(hào)處理、反饋控制電路10。在圖4所示的切換執(zhí)行單元電路結(jié)構(gòu)圖中第一路切換信號(hào)耦合電阻R1的一端連接到第一頻帶切換信號(hào)接線端TF1，另一端與第一路開(kāi)關(guān)晶體管T1的基極連接；第一路開(kāi)關(guān)晶體管T1的集電極連接到DC15V工作電源正極接線端E，第一路開(kāi)關(guān)晶體管T1的發(fā)射極連接到第一路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J1的一端；第一路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J1的另一端接地；第一路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J1-I進(jìn)線端連接到功率匹配輸出第一路接線端子Τω，第一路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J1-I出線端連接到第一路振板Z1的第一路振板第一接線端子Tzi ;第一路振板も的第一路振板第二接線端子連接到匹配電感第一路接線端子Tu。第二路切換信號(hào)耦合電阻R2的一端連接到第二頻帶切換信號(hào)接線端TF2，另一端與第二路開(kāi)關(guān)晶體管T2的基極連接；第二路開(kāi)關(guān)晶體管T2的集電極連接到DC15V工作電源正極接線端E，第二路開(kāi)關(guān)晶體管T2的發(fā)射極連接到第二路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J2的一端；第二路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J2的另一端接地；第二路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J2-I進(jìn)線端連接到功率匹配輸出第二路接線端子Tre，第二路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J2-I出線端連接到第二路振板Z2的第二路振板第一接線端子Tz2 ;第二路振板Z2的第二路振板第二接線端子連接到匹配電感第二路接線端子ιγ2。......第十路切換信號(hào)耦合電阻Rltl的一端連接到第十頻帶切換信號(hào)接線端Tfici,另一端與第十路開(kāi)關(guān)晶體管Tltl的基極連接；第十路開(kāi)關(guān)晶體管Tltl的集電極連接到DC15V工作電源正極接線端Ε，第十路開(kāi)關(guān)晶體管Tltl的發(fā)射極連接到第十路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈Jki的一端；第十路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈Jltl的另一端接地；第十路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)Jici-I進(jìn)線端連接到功率匹配輸出第十路接線端子Τ_，第十路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)Jio-I出線端連接到第十路振板Zltl的第十路振板第十接線端子Tzici ;第十路振板Zltl的第十路振板第二接線端子連接到匹配電感第十路接線端子TU(I。頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)8的匹配電感始端Ttl連接到功率匹配輸出單元6的功率輸出 ロ始立而。
在圖5所示的受控多路轉(zhuǎn)換單元電路結(jié)構(gòu)圖中受控多路轉(zhuǎn)換單元為以DG406型多路轉(zhuǎn)換器U芯片為核心的電路結(jié)構(gòu)，作為信號(hào)處理、反饋控制電路10內(nèi)部的頻帶切換數(shù)據(jù)變換環(huán)節(jié)，將反饋控制電路產(chǎn)生的頻帶切換控制碼(CpC1X2和C3)轉(zhuǎn)換為頻帶切換控制
數(shù)據(jù)Ft (F1' F2.....F10)。多路轉(zhuǎn)換器U的I腳和28腳均連接到DC5V工作電源正極接線
端E0 ;多路轉(zhuǎn)換器U的4腳、5腳、6腳、26腳、25腳、24腳、23腳、22腳、21腳和20腳分別連接到第一頻帶切換信號(hào)接線端Tfi、第二頻帶切換信號(hào)接線端Tf2、第三頻帶切換信號(hào)接線端TF3、T第四頻帶切換信號(hào)接線端F3、第五頻帶切換信號(hào)接線端Tf5、第六頻帶切換信號(hào)接線端Tf6、第七頻帶切換信號(hào)接線端Tf7、第八頻帶切換信號(hào)接線端Tf8、第九頻帶切換信號(hào)接線端Tf9和第十頻帶切換信號(hào)接線端Tfici ;多路轉(zhuǎn)換器U的12腳接地；多路轉(zhuǎn)換器U的14腳、15腳、16腳和17腳分別與頻帶切換控制碼一位接線端Ctl、頻帶切換控制碼二位接線端C1. 頻帶切換控制碼四位接線端C2和頻帶切換控制碼八位接線端C3連接；多路轉(zhuǎn)換器U的18腳與間歇時(shí)點(diǎn)到達(dá)信號(hào)接線端&連接。
權(quán)利要求
1.一種超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法，其特征是 根據(jù)各振板中心頻率，計(jì)算出各匹配網(wǎng)絡(luò)所需電感量，確定設(shè)計(jì)相應(yīng)電感線圈及其抽頭；采用多抽頭電感線圈，通過(guò)電感線圈不同抽頭、振板接線端和繼電器常開(kāi)接點(diǎn)的連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源各頻率輸出端與對(duì)應(yīng)中心頻率振板的匹配結(jié)構(gòu)。與驅(qū)動(dòng)電源不同頻帶輸出電能的切換同步，在處理模式的所選脈沖間歇內(nèi)，通過(guò)控制器選擇切換，使相應(yīng)固態(tài)繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，將與電感線圈相應(yīng)抽頭連接的振板與驅(qū)動(dòng)電源相應(yīng)輸出端接通，而其它固態(tài)繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)電感-振板匹配網(wǎng)絡(luò)的選擇切換，構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電源-諧振電感-振板的所選頻帶諧振匹配網(wǎng)絡(luò)。
其切換控制的過(guò)程為在包括超聲波處理脈沖間歇比、脈沖寬度、頻率搜索速率和搜索起、終點(diǎn)頻率等的控制系統(tǒng)各參數(shù)初始化與設(shè)置下，以下頻帶的下(或上頻帶的上)限起點(diǎn)頻率開(kāi)始進(jìn)行頻率搜索處理運(yùn)行；如果在運(yùn)行過(guò)程中得到頻帶鎖定信 號(hào)，則跳出切換流程，否則繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)捜索處理頻率到達(dá)所運(yùn)行頻帶的上(或下)限值時(shí)，判斷處理脈沖間歇是否到來(lái)；如果間歇時(shí)點(diǎn)到來(lái)，又沒(méi)有得到跳出信號(hào)，則由控制器發(fā)出切換信號(hào)，系統(tǒng)執(zhí)行切換到上(或下)一頻帶諧振匹配網(wǎng)路，并控制使后ー處理脈沖到來(lái)前完成切換，切換后以新一頻帶的下(或上)限起點(diǎn)頻率開(kāi)始繼續(xù)捜索處理運(yùn)行；如果間歇時(shí)點(diǎn)未到來(lái)，又沒(méi)有得到跳出信號(hào)，則鎖定在所運(yùn)行頻帶的上(或下)限頻率，繼續(xù)處理運(yùn)行，并在后ー處理脈沖間歇到來(lái)時(shí)切換到上(或下)頻帶，再在后ー處理脈沖到來(lái)前完成切換，以新ー頻帶的下(或上)限起點(diǎn)頻率開(kāi)始繼續(xù)捜索處理運(yùn)行。如果間歇時(shí)點(diǎn)到來(lái)并得到跳出信號(hào)，則控制器不發(fā)出切換信號(hào)，繼續(xù)后ー處理脈沖的處理運(yùn)行。如此繼續(xù)，直到捜索處理運(yùn)行到上頻帶的上(或下頻帶的下)限終點(diǎn)頻率。
其運(yùn)行控制的過(guò)程為在控制系統(tǒng)的各參數(shù)初始化與設(shè)置，即超聲波處理脈沖間歇比給定，脈沖寬度給定，頻率搜索速率給定，搜索起點(diǎn)頻率給定，終點(diǎn)頻率給定下，進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行；當(dāng)?shù)玫筋l帶鎖定信號(hào)，即處理槽罐紫外線濃度檢測(cè)裝置檢測(cè)到高效處理頻帶，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，控制単元發(fā)出頻帶鎖定信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行小步頻率搜索運(yùn)行；否則，轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程。在小步頻率搜索運(yùn)行中，當(dāng)?shù)玫筋l率鎖定信號(hào)，即濃檢測(cè)裝置檢測(cè)到高效處理頻率，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，控制單元發(fā)出跳出切換流程信號(hào)，使處理頻帶上下限頻率匯聚到檢測(cè)到的高效頻率點(diǎn)，并控制、鎖定到該高效頻率，系統(tǒng)在高效頻率點(diǎn)鎖定處理運(yùn)行；若未得到頻率鎖定信號(hào)，則判斷是否到達(dá)所在頻帶上(下)限？如果是，則繼續(xù)進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行；否則，繼續(xù)進(jìn)行超聲波生物處理的所在頻帶小步頻率搜索運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法，其特征是 系統(tǒng)運(yùn)行工作流程為 Stl啟動(dòng)，控制系統(tǒng)和各參數(shù)初始化與設(shè)置超聲波處理脈沖間歇比給定，脈沖寬度給定，頻率搜索速率給定，搜索起點(diǎn)頻率給定，終點(diǎn)頻率給定；開(kāi)始； St2.進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行； St3.當(dāng)?shù)玫筋l帶鎖定信號(hào)，即濃度裝置檢測(cè)到高效處理頻帶，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，進(jìn)行小步頻率搜索運(yùn)行；否則，轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程; St4.在前步運(yùn)行中，當(dāng)?shù)玫筋l率鎖定信號(hào)，即濃度裝置檢測(cè)到高效處理頻率，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行；否則，判斷是否到達(dá)所在頻帶上(下)限？如果是，則繼續(xù)進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行；否則，轉(zhuǎn)St2.； St5.在前步鎖定運(yùn)行中，當(dāng)?shù)玫酵Ｖ固幚硇盘?hào)吋，停止；否則，繼續(xù)進(jìn)行超聲波處理的頻率鎖定運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法，其特征是 頻帶切換運(yùn)行工作流程為 Stl啟動(dòng)，控制系統(tǒng)和各參數(shù)初始化與設(shè)置超聲波處理脈沖間歇比給定，脈沖寬度給定，頻率搜索速率給定，搜索起點(diǎn)頻率給定，終點(diǎn)頻率給定；開(kāi)始； St2.進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行； St3.當(dāng)?shù)玫筋l帶鎖定信號(hào)，即濃度裝置檢測(cè)到高效處理頻帶，并以濃度反饋信號(hào)反饋到信號(hào)處理、反饋控制電路時(shí)，跳出本流程，即進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行工作流程的小步頻率搜索運(yùn)行；否則，判斷是否到達(dá)所在頻帶上(下)限？ St4.如果超聲波生物處理的頻率搜索運(yùn)行到達(dá)所在頻帶上(下)限，則判斷是否到達(dá)所設(shè)置運(yùn)行模式的脈沖間歇起始時(shí)點(diǎn)？ St5.如果上步運(yùn)行過(guò)程到達(dá)間歇時(shí)點(diǎn)，判斷是否得到跳出本流程的信號(hào)？ St6.如果得到跳出本流程的信號(hào)，轉(zhuǎn)到St2.;否則，發(fā)出切換信號(hào)，繼而執(zhí)行切換到下一頻帶諧振匹配網(wǎng)路； St7.判斷切換是否完成？ St8.如果切換完成，則間歇時(shí)段結(jié)束，下ー脈沖開(kāi)始，繼續(xù)頻帶搜索處理運(yùn)行，即轉(zhuǎn)到St2.;否則，延長(zhǎng)間歇時(shí)段，即下ー脈沖延時(shí)開(kāi)始，轉(zhuǎn)到St7.。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法，其特征是 整個(gè)超聲波生物處理系統(tǒng)由工作電源電路組、斬波調(diào)功電路、正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元、PWM驅(qū)動(dòng)單元、PWM電路、功率匹配輸出單元、頻帶切換電路、頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)、超聲波生物處理終端、信號(hào)處理、反饋控制電路、人-機(jī)交互終端和人-機(jī)交互終端組成。
斬波調(diào)功電路的電源輸出端ロ與PWM電路的工作電源端ロ對(duì)應(yīng)連接；正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元的信號(hào)輸出端ロ與PWM驅(qū)動(dòng)單元的信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)連接；PWM驅(qū)動(dòng)單元的信號(hào)輸出端ロ與PWM電路的控制信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)連接，將PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)Dr送入PWM電路；PWM電路的功率輸出端ロ與功率匹配輸出單元的功率輸入端ロ對(duì)應(yīng)連接。
功率匹配輸出單元的功率輸出端ロ通過(guò)電壓檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接到信號(hào)處理、反饋控制電路的電壓反饋信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)端，將電壓反饋信號(hào)V送入信號(hào)處理、反饋控制電路；功率匹配輸出單元的功率輸出端ロ始端連接到頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)的匹配電感始端Ttl;功率匹配輸出單元功率輸出端ロ的第一級(jí)輸出端、第二級(jí)輸出端.....第十級(jí)輸出端分別通過(guò)功率匹配輸出第一路接線端子Tm、功率匹配輸出第二路接線端子Tffi.....功率匹配輸出第十路接線端子T_連接到頻帶切換電路的進(jìn)線對(duì)應(yīng)接線端子；頻帶切換電路的出線對(duì)應(yīng)接線端子分別連接到頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)的第一路振板第一接線端子Tzi、第二路振板第一接線端子Tz2.....第十路振板第一接線端子Tzitl ;頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)的匹配電感始端Ttl引線通過(guò)電流信號(hào)檢測(cè)器件連接到信號(hào)處理、反饋控制電路的電流反饋信號(hào)輸入端ロ對(duì)應(yīng)端，將電流相量反饋信號(hào)i送入信號(hào)處理、反饋控制電路。頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)浸式振板結(jié)構(gòu)與處理液濃度檢測(cè)裝置裝配于超聲波生物處理槽內(nèi)，構(gòu)成超聲波生物處理終端。超聲波生物處理終端通過(guò)處理液濃度檢測(cè)裝置連接到信號(hào)處理、反饋控制電路，將濃度反饋信號(hào)De送入信號(hào)處理、反饋控制電路。
信號(hào)處理、反饋控制電路通過(guò)切換數(shù)據(jù)接ロ的對(duì)應(yīng)頻帶接線端連接到頻帶切換電路，將頻帶切換控制數(shù)據(jù)FT，即其中的第一頻帶切換信號(hào)F1、第二頻帶切換信號(hào)F2.....第十頻帶切換信號(hào)Fltl同時(shí)送入頻帶切換電路；信號(hào)處理、反饋控制電路的頻率控制信號(hào)輸出接線端連接到正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元的頻率控制信號(hào)輸入接線端，將頻率控制信號(hào)F。送入正弦波信號(hào)產(chǎn)生單元；信號(hào)處理、反饋控制電路的功率控制信號(hào)輸出接線端和間歇控制信號(hào)輸出接線端分別連接到斬波調(diào)功電路的功率控制信號(hào)輸入接線端和間歇控制信號(hào)輸入接線端，將功率控制信號(hào)Fc和間歇控制信號(hào)Mc為送入斬波調(diào)功電路。信號(hào)處理、反饋控制電路通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)接ロ與人-機(jī)交互終端構(gòu)成數(shù)據(jù)連接，將頻率狀態(tài)數(shù)據(jù)Fs、功率狀態(tài)數(shù)據(jù)F。和效 率狀態(tài)數(shù)據(jù)Ef送入人-機(jī)交互終端。
人-機(jī)交互終端通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)接ロ與信號(hào)處理、反饋控制電路構(gòu)成數(shù)據(jù)連接，將功率給定參數(shù)P、模式給定參數(shù)M和頻率給定參數(shù)F的設(shè)置值送入信號(hào)處理、反饋控制電路；人-機(jī)交互終端通過(guò)相應(yīng)信號(hào)接ロ與信號(hào)處理、反饋控制電路構(gòu)成信號(hào)連接，將系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)K送入信號(hào)處理、反饋控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法，其特征是 第一路切換信號(hào)耦合電阻R1的一端連接到第一頻帶切換信號(hào)接線端TF1，另一端與第一路開(kāi)關(guān)晶體管T1的基極連接；第一路開(kāi)關(guān)晶體管T1的集電極連接到DC15V工作電源正極接線端E，第一路開(kāi)關(guān)晶體管T1的發(fā)射極連接到第一路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J1的一端；第一路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J1的另一端接地；第一路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J1-I進(jìn)線端連接到功率匹配輸出第一路接線端子Τω，第一路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J1-I出線端連接到第一路振板\的第一路振板第一接線端子Tzi ;第一路振板\的第一路振板第二接線端子連接到匹配電感第一路接線端子Tu。
第二路切換信號(hào)耦合電阻R2的一端連接到第二頻帶切換信號(hào)接線端TF2，另一端與第ニ路開(kāi)關(guān)晶體管T2的基極連接；第二路開(kāi)關(guān)晶體管T2的集電極連接到DC15V工作電源正極接線端E，第二路開(kāi)關(guān)晶體管T2的發(fā)射極連接到第二路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J2的一端；第二路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈J2的另一端接地；第二路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J2-I進(jìn)線端連接到功率匹配輸出第二路接線端子Tre，第二路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)J2-I出線端連接到第二路振板Z2的第二路振板第一接線端子Tz2 ;第二路振板Z2的第二路振板第二接線端子連接到匹配電感第二路接線端子ιγ2。
第十路切換信號(hào)耦合電阻Rltl的一端連接到第十頻帶切換信號(hào)接線端Tfici,另一端與第十路開(kāi)關(guān)晶體管Tltl的基極連接；第十路開(kāi)關(guān)晶體管Tltl的集電極連接到DC15V工作電源正極接線端Ε，第十路開(kāi)關(guān)晶體管Tltl的發(fā)射極連接到第十路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈Jltl的一端；第十路切換執(zhí)行繼電器電磁線圈Jltl的另一端接地；第十路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)Jici-I進(jìn)線端連接到功率匹配輸出第十路接線端子Τ_，第十路切換執(zhí)行繼電器常開(kāi)接點(diǎn)Jio-I出線端連接到第十路振板Zltl的第十路振板第十接線端子Tzici ;第十路振板Zltl的第十路振板第二接線端子連接到匹配電感第十路接線端子TU(I。頻帶匹配、換能網(wǎng)絡(luò)的匹配電感始端Ttl連接到功率匹配輸出單元的功率輸出端ロ始端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法，其特征是受控多路轉(zhuǎn)換單元為以DG406型多路轉(zhuǎn)換器U芯片為核心的電路結(jié)構(gòu)，作為信號(hào)處理、反饋控制電路10內(nèi)部的頻帶切換數(shù)據(jù)變換環(huán)節(jié)，將反饋控制電路產(chǎn)生的頻帶切換控制碼(Ctl. C1, C2和C3)轉(zhuǎn)換為頻帶切換控制數(shù)據(jù)Ft (F1. F2.....F10)。多路轉(zhuǎn)換器U的I腳和28腳均連接到DC5V工作電源正極接線端Etl ;多路轉(zhuǎn)換器U的4腳、5腳、6腳、26腳、25腳、24腳、23腳、22腳、21腳和20腳分別連接到第一頻帶切換信號(hào)接線端Tfi、第二頻帶切換信號(hào)接線端Tf2、第三頻帶切換信號(hào)接線端TF3、T第四頻帶切換信號(hào)接線端F3、第五頻帶切換信號(hào)接線端Tf5、第六頻帶切換信號(hào)接線端Tf6·、第七頻帶切換信號(hào)接線端Tf7、第八頻帶切換信號(hào)接線端Tf8、第九頻帶切換信號(hào)接線端Tf9和第十頻帶切換信號(hào)接線端Tfici ;多路轉(zhuǎn)換器U的12腳接地；多路轉(zhuǎn)換器U的14腳、15腳、16腳和17腳分別與頻帶切換控制碼一位接線端Ctl、頻帶切換控制碼二位接線端C1、頻帶切換控制碼四位接線端C2和頻帶切換控制碼八位接線端C3連接；多路轉(zhuǎn)換器U的18腳與間歇時(shí)點(diǎn)到達(dá)信號(hào)接線端&連接。
全文摘要
一種超聲波生物處理的寬頻帶匹配方法，它是與驅(qū)動(dòng)電源輸出電能的頻帶切換同步，在處理模式的脈沖間歇內(nèi)，通過(guò)控制器選擇切換相應(yīng)繼電器，將驅(qū)動(dòng)電源相應(yīng)輸出端接通到與電感線圈相應(yīng)抽頭連接的振板，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)電感-振板匹配網(wǎng)絡(luò)的選擇切換。即，在進(jìn)行超聲波生物處理的大步頻帶搜索運(yùn)行過(guò)程中，濃度裝置尚未檢測(cè)到高效處理頻帶時(shí)，轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程；在轉(zhuǎn)入頻帶切換運(yùn)行工作流程后的運(yùn)行過(guò)程設(shè)定間歇時(shí)點(diǎn)，執(zhí)行切換到下一頻帶諧振匹配網(wǎng)路；在切換完成后，下一脈沖開(kāi)始，繼續(xù)頻帶搜索處理運(yùn)行。
文檔編號(hào)H03H11/30GK102723928SQ20121000401
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者屈百達(dá) 申請(qǐng)人:江南大學(xué)