超聲波生物處理的頻率優化控制方法

2023-06-26 00:17:46

專利名稱：超聲波生物處理的頻率優化控制方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波生物處理方法。
背景技術：
超聲波生物處理方法一般是通過事先確定或選擇超聲波的某一處理頻率，配置超聲波發生設備及其換能器(振板)，然後以該頻率的工作超聲波作用於處理對象。但超 聲波對對象的處理速率與超聲波頻率高度相關，超聲波頻率不同，處理效率大不相同；而 且，處理對象的生物細胞種類更與超聲波頻率高度相關，不同的生物細胞，對不同頻率超聲 波的敏感性大不相同。這就造成了現有超聲波生物處理方法的初次超聲波頻率確定的盲目 性，進而，對額外進行超聲波頻率分析、確定形成依賴性。實際工作過程是利用某生物細胞 在不同頻率下的處理情況，進行分組對照、分析確定，得到有關數據；在以後的工作中，沿用 該特定對象的數據，經驗地確定適合的超聲波頻率。這已是習慣做法。本質上，這樣的方法 並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行精 確的精細頻率調整，積累的經驗也就不是最佳工藝的；加之，該方法不僅在初期大量耗費人 力、財力、物力，而且在沿用期也經常地要求觀察、調整和維護。鑑於此，有必要研發一種新 的高效策略，使超聲波生物處理工作不再沿用先經分組對照、分析確定超聲波頻率，再經驗 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、自動化進行。

發明內容
為彌補現有單一頻率超聲波在生物處理應用中的不足，本發明利用寬頻域超聲波 電源裝置，採用多頻帶處理順序搜索、捕捉、優化控制鎖定最佳處理頻率的運行策略，運行 中，在超聲波電源裝置工作頻域內，按頻帶頻率搜索方向依次配置與頻帶中心頻率匹配的 換能器振板，通過操控(總控、顯示及運行參數設置功能和掃頻模式與功率給定功能)終端 協調、控制，在上、下限頻率界定頻帶上進行依次掃頻；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定，也可自動連續續接。以此，使各種不同的生物細胞、物 品表面汙漬、汙染、汙垢均能接受到適合頻率的超聲波作用，並鎖定在該頻率上，從而成倍 提高處理效率。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是通過對處理液處理作用區域的濃度 監測，利用程序計算，依次在各個頻帶上，在設定模式下得到濃度變化的動態，依據該動態， 確定最佳工藝頻率點。其控制功能結構配置的技術方案為通過上位機PC，操控終端行使優化控制整個 系統的運行過程的功能，行使整個系統參數設置的功能，並行使換能器參數及其頻帶上下 頻率設置的功能；通過超聲波電力產生、換能執行、處理槽罐紫外線檢測和檢測信號轉換功 能的系統配置，系統行使所在頻帶上的超聲波掃頻處理並檢測產生物光吸收量、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節，行使掃頻模式、處理脈衝間歇 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生裝置，行使將市電電力轉換為超聲波電力的功能；通過換能器振板結構，換能執行環節實現將超聲波電能轉換 為超聲波機械能的功能；通過紫外線發射、接收對管在處理槽罐上的配置，處理槽罐紫外線 檢測環節利用被處理液中不同濃度產生物的不同光吸收作用，實現對紫外線光通量變化的 檢測功，反映處理液中產生物的濃度變化；利用紫外線接收器將接收到的紫外線光通量變 化信號同步轉換為相應的濃度變化電信號，檢測信號轉換環節將發射器得到的驅動信號與 接收器送出的濃度變化電信號加以比較、放大，按所設定的處理脈衝間歇比、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。其運行控制的過程為根據換能器可高效耦合帶寬，人工設置各處理頻帶的上、下限頻率，並配置與相應頻帶中心頻率匹配的換能器振板；——通過操控終端，人工統一設置包括超聲波處理脈衝間歇比、脈衝寬度、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)掃頻運行，即 處理槽罐中的處理液在換能器振板工作面上，受超聲波空化作用而產生不同濃度的處理產 物；同時，利用蛋白質對200nM 400nM光譜的吸收特性，在處理槽罐裝設紫外線檢測裝置， 利用其紫外線接收器，接收到受不同濃度處理產物吸收後而不同的紫外線光通量信號，使 之以相應變化幅度的電信號反饋給操控終端；在操控終端內，加設具有模數轉換、處理和數 據通訊功能的A/D板作為反饋信號處理單元，將濃度反饋電信號轉化為反映處理效率的數 字信號，再通過數據總線傳輸，由CPU進行數據處理與控制使用；—當處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到高效處理頻帶時，保持該處理頻帶各運行 參數；否則，在原已運行的處理頻帶組合外，人工重新設置各處理頻帶上、下限頻率，並配置 與相應頻帶中心頻率匹配的換能器振板；—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行參數， 並在原已運行的處理頻帶組合上端(或下端)以外，人工重新設置擴展的各處理頻帶的上、 下限頻率，並配置與相應頻帶中心頻率匹配的換能器振板；否則，接下步；——從當前頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)依次掃頻運行；——當處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到高效處理頻率時，保持該處理頻率各運行 參數；否則，在當前頻帶繼續掃頻運行；——處理頻帶上下限頻率匯聚到檢測到的高效頻率點，並控制、鎖定到該高效頻 率；——在高效頻率點鎖定運行；——當處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到處理效率處於漸近趨於零的過程，即光通 量信號幅度趨於飽和時，說明液體液位已低於出液管路口；否則，繼續當前運行。本發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、電腦功能設定等功能的技術提升，在以下幾方面表現出了其有益效果便於 通過程序軟體的改變，方便地調整控制方案和實現多種新型控制策略，可以實現運行數據 的自動儲存，有助於實現超聲波生物處理的智能化；可連續監控、調節換能器(振板)的頻 率以提供最佳的超聲輸出；其利用顯示器的過程監控、參數圖示功能不僅可對所有處理運 行參數進行專門編程，還可以用圖形表達超聲頻率、功率、處理速度和處理過程理化參數的變化；通過其操控終端的人機對話方式，可對處理程序進行調整，操作人員可按提示輸入有 關數據，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間消耗，容易找到各 種生物細胞處理的合適頻率，從而提高處理效率，建立其最佳工藝條件，積累第一手資料。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明的一個實施例系統配置示意圖。圖2是本實施例的系統控制功能結構框圖。圖3是本實施例的處理槽罐配置示意圖。圖4是本實施例系統控制功能結構的檢測信號轉換環節電路圖。圖5是本實施例的運行流程圖。圖6是本實施例的處理效率反饋數據處理流程圖。在圖1、圖2、圖3和圖4中1.操控終端，11.總控、顯示及運行參數設置功能(環 節)，12.掃頻模式與功率給定環節，2.超聲波電力產生(環節)，3.換能執行(環節)，4.處 理槽罐紫外線檢測(環節)，5.檢測信號轉換(環節)，a.超聲波信號發生環節，b.隔離驅 動環節，c.功率放大環節，d.功率、頻率匹配環節，e.功率、頻率控制環節。在圖3和圖4中31.振板工作面，32.超聲波電力輸出線，41.處理槽罐，42.處理 液，43.紫外線發射器，44.紫外線發射驅動線，45.紫外線接收器，51.檢測信號反饋線。在圖4中LED為紫外線發射管，Re為紫外線發射管限流保護電阻，Drl^Dr2為紫外 線接收管，R1^ R2為紫外線接收器橋臂平衡電阻，R為運算放大器靜態偏流電阻，A為運算放 大器，Rf為運算放大器反饋電阻，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，採用多頻帶組合搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運行策略，在各個由上、下限 頻率界定的頻帶上順次進行掃頻，其中上、下限頻率與掃描形式均可人工設定，也可自動連 續續接。在各個頻帶上，通過對處理液作用區域的濃度監測，利用程序計算，在設定模式下 依次得到濃度變化的動態，依據該動態，確定最佳工藝頻率點。在圖1的系統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 聲波電力產生2電源裝置。其中，超聲波電力產生2裝置通過電力電纜連接到處理槽罐中 的換能執行3器件(振板)；處理槽罐紫外線檢測環節4配置處的檢測信號轉換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生2電源裝置的轉接端子，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節，其原處理液從 其前端下底中心的入口管路流入，生成處理液經其後端上部的出液管路口流出。在圖2所示的系統控制功能結構框圖中總控、顯示及運行參數設置功能環節11， 通過上位機PC，控制整個系統的運行過程、參數設置，並根據各頻帶及其換能器(振板)參 數，設置其頻帶上、下限頻率；超聲波電力產生環節2、換能執行環節3、處理槽罐紫外線檢 測環節4和檢測信號轉換環節5的系統配置，行使掃描頻率超聲波處理並檢測產生物光吸 收量、反饋處理效率信號的功能；掃頻模式與功率給定環節12，通過配置在超聲波電力產生2設備上的操作執行單元，行使操作執行功能，實現總控、顯示及運行參數設置功能環節 11所做的超聲波處理脈衝間歇比、模式與電源輸出功率給定；超聲波電力產生環節2，通 過超聲波電源裝置，行使將市電電力轉換為超聲波電力的功能；換能執行環節3，通過換能 器振板結構，實現將超聲波電能轉換為超聲波機械能的功能；處理槽罐紫外線檢測環節4， 通過紫外線發射、接收對管在處理槽罐上的配置，利用處理液中不同濃度產生物的不同光 吸收作用，實現對紫外線光通量變化的檢測，反映處理液中產生物的濃度變化；檢測信號轉 換環節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轉換為相應的濃度變 化電信號，通過低噪聲、高輸入阻抗運放的比較、放大電路結構，將發射器得到的驅動信號 與接收器送出的濃度變化電信號加以比較、放大，送給總控、顯示及運行參數設置功能環節 11。在圖2所示系統控制功能結構框圖的超聲波電力產生環節2的功能配置中超聲 波信號發生環節a，通過單片機MCU及其外圍電路結構，產生所需頻率正弦波信號；隔離驅 動環節b，通過專用IGBT驅動晶片及其外圍電路結構，實現所需頻率正弦波包絡及相應於 所需功率佔空比的PWM功率驅動信號；功率放大環節c，通過IGBT器件及其電路結構，實現 PWM驅動下的直流一交流電力逆變；功率、頻率匹配環節d，通過電感耦合及其電路結構，實 現將PWM交流電力與換能器的諧振匹配，同時取得功率、頻率反饋信號；功率、頻率控制環 節e，通過反饋信號處理電路、鎖相環路等，實現對設定功率、頻率的跟蹤、鎖定和控制。超聲 波電力產生環節2的功能已有許多成熟的實現技術。在圖3所示的處理槽罐配置示意圖中換能器振板結構的振板工作面31，置於處 理槽罐的底部中心部位，是最終實現超聲波換能執行3的工作面。在其上面附近空間區域， 處理液42中的生物細胞由於超聲波的空化作用而產生游離產物，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。超聲波電力輸出線32，將超聲波電力產生2電源裝 置的電力輸出端子與超聲波換能執行3換能器的電力輸入端子連接，將超聲波電力產生2 電源裝置產生的超聲波電力送給換能器(振板)。處理槽罐41作為每一處理組的處理液 42承載容器，可以是封閉式盒槽罐，也可以通過前端側壁中心下部和後端側壁中心上部分 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的左側和右側，分別安 裝紫外線發射器43和裝有紫外線接收器45的檢測信號轉換5裝置，並使紫外線發射器43 和紫外線接收器45頭面相對，兩器件的光軸心線穿過振板工作面31中心線上方，與出液管 口中心處於同一水平高度；紫外線發射器43通過紫外線發射驅動線44連接到檢測信號轉 換5裝置；檢測信號反饋線51連接檢測信號轉換5裝置與操控終端1的上位機PC，將檢測 信號轉換5裝置輸出的超聲波處理效率反饋信號送給總控、顯示及運行參數設置功能環節 11。在圖4所示的系統控制功能結構的檢測信號轉換環節電路圖中紫外線發射管 LED與紫外線發射管限流保護電阻Re串聯，該串聯支路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的正極連接到電路工作電源E正極，負極與紫外線接收器橋臂 平衡電阻R2的一端連接，該連接點為橋臂一側y點；紫外線接收管Drf的負極接地，正極與 紫外線接收器橋臂平衡電阻R1的一端連接，該連接點為橋臂另一側χ點。兩橋臂兩側的χ 點和y點分別連接到運算放大器A的同相「+」輸入端和反相「-」輸入端。運算放大器靜態 偏流電阻R跨接在電路工作電源E正極與運算放大器A的反相「-」輸入端之間，運算放大器反饋Rf電阻跨接在運算放大器A的輸出端與反相「-」輸入端之間。在操控終端1內PC 機的總線擴展槽中，插入具有模數轉換、信號、數據處理和數據通訊功能的A/D板AD，作為 反饋信號處理單元，將濃度反饋電信號轉化為反映處理效率的數位訊號，再通過數據總線 傳輸，由中央處理單元CPU進行數據處理與控制使用；運算放大器A的輸出端，通過檢測信 號反饋線51，以偽雙端輸入方式，連接到操控終端1內A/D板AD模擬輸入口的對應端子。
在圖5中，本發明的控制運行過程為Stl.開始，控制系統和處理配置參數初始化；St2.根據換能器可高效耦合帶寬，人工設置各處理頻帶的上、下限頻率，並配置與 相應頻帶中心頻率匹配的換能器振板；St3.通過操控終端1的上位機PC，人工統一設置包括超聲波處理脈衝間歇比、脈 衝寬度、頻率搜索速率等的處理模式、超聲波電源輸出功率；St4.在前步設定下，從一頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)順 次掃頻運行，即處理槽罐41中的處理液42在換能器振板工作面31上，受超聲波空化作用 而產生不同濃度的處理產物；同時，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物吸收的紫外線不同光通量信號，並以相應變化幅度的檢測電信號 送給檢測信號轉換5單元，檢測信號轉換5單元將該檢測電信號轉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，具有模數轉換、處理和數據通訊功能的A/D板 AD，將處理效率反饋模擬電信號轉化為反映處理效率的數位訊號，再通過數據總線傳輸，由 中央處理單元CPU進行數據處理與控制使用；St5.當處理槽罐紫外線檢測4裝置檢測到高效處理頻帶時，保持該頻帶各運行參 數；否則，返回到St2，即在原已運行的處理頻帶組合以外，人工重新設置擴展的頻帶上、下 限頻率，並配置與相應頻帶中心頻率匹配的換能器振板；St6.如果高效處理頻帶為上端頻帶(或下端頻帶)，保持該頻帶各運行參數，返回 到St2，即在原已運行的處理頻帶組合上端(或下端)以外，人工重新設置其擴展的頻帶上、 下限頻率，並配置與相應頻帶中心頻率匹配的換能器振板；否則，接下步；St7.在前步設定下，從當前頻帶下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下) 掃頻運行；St8.當處理槽罐紫外線檢測4裝置檢測到高效處理頻率時，保持該頻率下各運行 參數；否則，返回到St7,即當前運行；St9.頻帶上下限頻率匯聚到檢測到的高效頻率點，並控制、鎖定到該高效頻率；StlO.在前步設定下，在高效頻率點鎖定運行；Stll.當處理槽罐紫外線檢測4裝置檢測到處理效率處於趨近零的過程，即光通 量信號幅度趨於飽和時，說明液體液位已低於出液管路口 ；否則，返回到Stio，即繼續當前 運行；Stl2.結束。在圖6中，本實施例的處理效率反饋數據處理流程為St (1).開始，數據處理參數初始化；St (2).讀入一次運行時間L、頻帶總數N、間歇(脈衝)周期T和每頻帶頻率點數 F ；計算L/T送到一次運行間歇次數(脈衝個數)M，計算L/F送到掃頻切換的兩頻率點間隔時間P ；設置掃頻頻率循環起點k = 1，設置數據採樣序列循環起點j = 1，設置處理頻帶i巡迴循環起點i = ι ；St (3).對應每一頻帶i，設置兩個欄位Ai和Bi,並輸入前兩條數據記錄Aitl = 0、Αη =0 和 Bi0 = 0、和 Bil = 0 ；St (4).對於每一數據採樣序列j，用頻帶i的效率反饋數據採樣值Di,對所有頻帶 i的最後一條數據記錄Aij予以累加更新，即以AifDi替換Aij ；St (5).對於每一頻率點k，對每一頻帶i欄位Ai的全部記錄，相對於一次運行間 歇次數(脈衝個數)M，予以平均並作為第k條記錄Aik，即以AijZiM更新Aik ；St (6).從第三頻率點k(k > 2)起，逐點對每一頻帶i，以掃頻切換的兩頻率點間 隔時間P，依次做兩點差分，即計算(Aik-Ai,H) /P送Aik,計算(Ai, H-Ai, k_2) /P送Bik ；然後做 該點的差Aik-Bik,存入Cik;St (7).如果某頻帶i的Cik以給定精度ε趨於0，說明處理效率隨頻率變化的動 態趨於恆值，即頻率點k所代表的超聲波處理頻率為高效頻率，故鎖定該頻率點k ；否則，到 下一處理頻帶(i+Ι)，返回St (6)，繼續巡迴計算；或者(當全部頻帶已遍歷時)，到下一頻 率點(k+Ι)，返回St (4)，繼續掃頻處理；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 行的處理頻帶組合以外，重新配設、掃頻處理；St (13).結束。
權利要求
一種超聲波生物處理的頻率優化控制方法，其特徵是利用寬頻域超聲波電源裝置，採用多頻帶組合順次搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運行策略，在各個由上、下限頻率界定的頻帶上進行依次掃頻；在各個頻帶上，通過對處理液作用區域的濃度監測，利用程序計算，在設定模式下依次地得到濃度變化的動態，依據該動態，確定最佳工藝頻率點；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生(2)裝置，超聲波電力產生(2)裝置通過電力電纜，連接到處理槽罐內的換能執行(3)器件；處理槽罐紫外線檢測環節(4)配置處的檢測信號轉換(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生(2)裝置的對應轉接端子，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節，其原處理液從其前端下部中心的入液管路口流入，生成處理液經其後端上部的出液管路口流出；總控、顯示及運行參數設置功能環節(11)，通過上位機PC，控制整個系統的運行過程、參數設置，並根據各頻帶及其換能器參數，設置其頻帶上、下限頻率；通過超聲波電力產生環節(2)、換能執行環節(3)、處理槽罐紫外線檢測環節(4)和檢測信號轉換環節(5)的系統配置，系統行使掃描頻率超聲波處理並檢測產生物光吸收量、反饋處理效率信號的功能；掃頻模式與功率給定環節(12)，通過配置在超聲波電力產生(2)設備上的操作執行單元，行使執行功能，實現總控、顯示及運行參數設置功能環節(11)所做的超聲波處理脈衝間歇比、模式與電源輸出功率給定；超聲波電力產生環節(2)，通過超聲波電源裝置，行使將市電電力轉換為超聲波電力的功能；換能執行環節(3)，通過換能器振板結構，實現將超聲波電能轉換為超聲波機械能的功能；處理槽罐紫外線檢測環節(4)，通過紫外線發射、接收對管在處理槽罐上的配置，利用處理液中不同濃度產生物的不同光吸收作用，實現對紫外線光通量變化的檢測，反映處理液中產生物的濃度變化；檢測信號轉換環節(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轉換為相應的濃度變化電信號，通過低噪聲、高輸入阻抗運放的比較、放大電路結構，將發射器得到的驅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、顯示及運行參數設置功能環節(11)。
2.根據權利要求1所述的超聲波生物處理的頻率優化控制方法，其特徵是超聲波電 力產生環節(2)的超聲波信號發生環節(a)，通過單片機MCU及其外圍電路結構，產生所需 頻率正弦波信號；隔離驅動環節(b)，通過專用IGBT驅動晶片及其外圍電路結構，實現所 需頻率正弦波包絡及相應於所需功率佔空比的PWM功率驅動信號；功率放大環節(c)，通過 IGBT器件及其電路結構，實現PWM驅動下的直流一交流電力逆變；功率、頻率匹配環節(d)， 通過電感耦合及其電路結構，實現將PWM交流電力與換能器的諧振匹配，同時取得功率、頻 率反饋信號；功率、頻率控制環節(e)，通過反饋信號處理電路、鎖相環路等，實現對設定功 率、頻率的跟蹤、鎖定和控制。
3.根據權利要求1所述的超聲波生物處理的頻率優化控制方法，其特徵是換能執行(3)振板結構的振板工作面(31)，置於處理槽罐的底部中心部位，是最終實現超聲波換能 執行(3)的工作面；超聲波電力輸出線(32)，將超聲波電力產生(2)電源裝置的電力輸出 端子與超聲波換能執行(3)換能器的電力輸入端子連接，將超聲波電力產生(2)電源裝置 產生的超聲波電力送給換能器振板；處理槽罐紫外線檢測環節(4)的處理槽罐(41作為每 一處理組的處理液(42)承載容器，可以是封閉式盒槽罐，也可以通過前端側壁中心下部和 後端側壁中心上部分別裝配入液管路和出液管路，使其中的處理液(42)勻速流動；處理槽罐(41)的左側和右側，分別安裝紫外線發射器(43)和裝有紫外線接收器(45)的檢測信號 轉換(5)裝置，並使紫外線發射器(43)和紫外線接收器(45)頭面相對，兩器件的光軸心線 穿過振板工作面(31)中心線上方，與出液管口中心處於同一水平高度；紫外線發射器(43) 通過紫外線發射驅動線(44)連接到檢測信號轉換(5)裝置；檢測信號反饋線(51)連接檢 測信號轉換(5)裝置與操控終端(1)的上位機PC，將檢測信號轉換(5)裝置輸出的超聲波 處理效率反饋信號送給總控、顯示及運行參數設置功能環節(11)。
4.根據權利要求1所述的超聲波生物處理的頻率優化控制方法，其特徵是在處理槽 罐紫外線檢測環節(4)和檢測信號轉換環節(5)的系統配置電路中，紫外線發射管(LED) 與紫外線發射管限流保護電阻OO串聯，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(Drt)與紫外線 接收器橋臂平衡電阻(R1)串連，以此構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(R1)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；兩端連接點按正向跨接在電路工作電源 E正極與地之間；兩橋臂兩側的χ點和y點分別連接到運算放大器(A)的同相輸入端和反 相輸入端；運算放大器靜態偏流電阻(R)跨接在電路工作電源(E)正極與運算放大器A的 反相輸入端之間，運算放大器反饋(Rf)電阻跨接在運算放大器(A)的輸出端與反相輸入端 之間；在操控終端(1)內PC機的總線擴展槽中，插入具有模數轉換、處理和數據通訊功能的 A/D板(AD)；運算放大器㈧的輸出端，通過檢測信號反饋線(51)，以偽雙端輸入方式，連 接到操控終端(1)內A/D板(AD)的模擬輸入端子。
5.根據權利要求1所述的超聲波生物處理的頻率優化控制方法，其特徵是系統的控制 運行過程為Stl.開始，控制系統和處理配置參數初始化；St2.根據換能器可高效耦合帶寬，人工設置各處理頻帶的上、下限頻率，並配置與相應 頻帶中心頻率匹配的換能器振板；St3.通過操控終端(1)的上位機PC，人工統一設置包括超聲波處理脈衝間歇比、脈衝 寬度、頻率搜索速率等的處理模式、超聲波電源輸出功率；St4.在前步設定下，從一頻帶頻帶下限開始自下而上順次掃頻運行；同時，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物吸收的紫外線不 同光通量信號，並以相應變化幅度的檢測電信號送給檢測信號轉換(5)單元，檢測信號轉 換(5)單元將該檢測電信號轉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，具有模數轉換、處理和數據通訊功能的A/D板(AD)，將處理效率反饋模擬電信 號轉化為反映處理效率的數位訊號，再通過數據總線傳輸，由中央處理單元(CPU)進行數 據處理與控制使用；St5.當處理槽罐紫外線檢測(4)裝置檢測到高效處理頻帶時，保持該頻帶各運行參 數；否則，返回到St2，即在原已運行的處理頻帶組合以外，人工重新設置擴展的頻帶上、下 限頻率，並配置與相應頻帶中心頻率匹配的換能器振板；St6.如果高效處理頻帶為上端頻帶，保持該頻帶各運行參數，返回到St2，即在原已運 行的處理頻帶組合上端以外，人工重新設置其擴展的頻帶上、下限頻率，並配置與相應頻帶 中心頻率匹配的換能器振板；否則，接下步；St7.在前步設定下，從當前頻帶下限開始自下而上掃頻運行； St8.當處理槽罐紫外線檢測(4)裝置檢測到高效處理頻率時，保持該頻率下各運行參 數；否則，返回到St7，即當前頻帶繼續掃頻運行；St9.頻帶上下限頻率匯聚到檢測到的高效頻率點，並控制、鎖定到該高效頻率； StlO.在前步設定下，在高效頻率點鎖定運行；Stll.當處理槽罐紫外線檢測(4)裝置檢測到處理效率處於趨近零的過程，即光通量 信號幅度趨於飽和，說明液體液位已低於出液管口 ；否則，返回到StlO，即繼續當前運行； St 12.結束。
6.根據權利要求1所述的超聲波生物處理的頻率優化控制方法，其特徵是處理效率反 饋數據處理流程為St(I).開始，數據處理參數初始化；St (2).讀入一次運行時間L、頻帶總數N、間歇周期T和每頻帶頻率點數F ；計算L/T送 到一次運行間歇次數M,計算L/F送到掃頻切換的兩頻率點間隔時間P ；設置掃頻頻率循環 起點k = 1，設置數據採樣序列循環起點j = 1，設置處理頻帶i巡迴循環起點i = 1 ；St (3).對應每一頻帶i，設置兩個欄位Ai和Bi,並輸入前兩條數據記錄Aitl = 0、Ail = 0 和 Bi0 = 0、和 Bil = 0 ；St (4).對於每一數據採樣序列j，用頻帶i的效率反饋數據採樣值Di,對所有頻帶i的 最後一條數據記錄Aij予以累加更新，即以Ai^Di替換Aij ；St (5).對於每一頻率點k，對每一頻帶i欄位Ai的全部記錄，相對於一次運行間歇次 數M，予以平均並作為第k條記錄Aik，即以Au/M更新Aik ；St (6).從第三頻率點k = 3起，逐點對每一頻帶i，以掃頻切換的兩頻率點間隔時間P， 依次做兩點差分，即計算(Aik-Ai, J /P送Aik，計算(Ai, ^1-Ai, k_2) /P送Bik ；然後做該點的差 Aik-Bik,存入 Cik ；St (7).如果某頻帶i的Cik以給定精度ε趨於0，說明處理效率隨頻率變化的動態趨 於恆值，即頻率點k所代表的超聲波處理頻率為高效頻率，故鎖定該頻率點k ；否則，到下一 處理頻帶i+Ι，返回St (6)，繼續巡迴計算；或者當全部頻帶已遍歷時，到下一頻率點k+Ι，返 回St (4)，繼續掃頻處理；St (8).如果所有頻帶均無高效頻率顯示，則呼叫提示操作者，決定是否在原已運行的 處理頻帶組合以外，重新配設、掃頻處理； St (13).結束。
全文摘要
一種超聲波生物處理的頻率優化控制方法，它利用寬頻域超聲波電源裝置，採用多頻帶順序搜索、捕捉、鎖定最佳處理頻率的運行策略，控制超聲波生物處理過程。運行中，在超聲波電源裝置工作頻域內，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振板，通過操控(總控、顯示及運行參數設置功能和掃頻模式與功率給定功能)終端協調、控制，在上、下限頻率界定頻帶上進行依次掃頻；參考換能器的固有頻率，人工設定或自動連續續接各頻帶上、下限頻率，人工或自動設定掃頻模式。
文檔編號C12N13/00GK101812441SQ20101013541
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月1日 優先權日2010年3月1日
發明者屈百達 申請人:江南大學