用於空化閾值特徵表示和控制的方法和設備的製作方法

2023-08-10 08:26:21

專利名稱：用於空化閾值特徵表示和控制的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及這樣一種技術，該技術使用通過流體傳播的聲能用於清潔或者一些其它目的，並且更特別的是涉及這樣一種系統，該系統使用當流體暴露到聲能時來自流體的光發射(聲致發光)，以避免瞬態空化。
背景技術：
通常，許多工業清潔方法已使用水化學流體以從物體上去除顆粒。在許多情況中，向處理溶液中增加在1KHz到10MHz的頻率範圍中的聲能已經顯示出能夠通過更徹底地並且在更短的時間段中去處顆粒從而改善清潔過程。向電鍍溶液中引入聲能同樣已經顯示出能夠通過化學和邊界層的改善的混合從而促進電鍍過程，導致在被電鍍的物體的表面處可獲得新的形式。另外，聲能已經顯示出有助於保持陰極和陽極清潔。
根據引起的聲場的頻率範圍，通過聲學促進的過程通常描述為超聲波或者兆頻超聲波(megasonic)。聲能通常利用正弦AC電壓激發壓電晶體而產生。晶體以由AC電壓的頻率確定的速度改變幅度。這些周期性的幅度變化是機械振動，振動的能量通過共振板被耦合到工藝流體，因此產生聲能場。晶體通常緊緊結合到稱為共振器的傳遞元件，所述傳遞元件與所述流體接觸。
超聲波清潔最適合于堅固的、耐熱的基底材料，所述基底材料需要清潔具有中等複雜的表面輪廓的物體。超聲波的頻率範圍同樣適合於從這些耐化學的表面去除相當大的顆粒。兆頻超聲波清潔適用於具有對熱和化學敏感的表面的物體，需要依賴於視線的清潔。兆頻超聲波清潔同樣是當顆粒的尺寸小於大約0.3微米時用於清潔的選擇方法。
聲空化通常認為是在清潔過程中用於去除顆粒的基本機理。在聲場中，當高壓撕扯流體時，產生泡或者空泡，產生泡或者空腔。這些泡或者空腔稱為空泡。
這些壓力振蕩產生泡，所述泡隨著壓力波形的波峰和波谷而膨脹和收縮。當所述泡膨脹和收縮時，在收縮過程中(壓縮循環)，形成泡的一些氣體被吸收到流體中，並且在膨脹過程中(解壓循環)，一些氣體擴散返回到所述泡中。當所述泡達到這樣的尺寸時，即流體的表面張力再不能反抗由於經過的聲波而造成的壓差的力而維持所述尺寸，所述泡內爆。
存在兩種類型的聲空化穩態和瞬態。在穩態空化中，穩態空泡(或泡)主要由氣體填充，並且在許多聲循環上非常緩慢地生長。隨著穩態空泡的內爆事件釋放的能量大大小於瞬態空泡的能量。在瞬態空化中，瞬態空泡(或泡)包括氬氣，但是其中具有非常少的其它氣體或者沒有其它氣體。它將在僅數個循環中生長到大的尺寸，並且當塌陷時釋放出非常大量的能量。
聲致發光(SL)是當所述泡塌陷或者更準確的是內爆時釋放的光。內爆的壓力和速度使所述泡內的氣體升高到足夠高的溫度以使得發射光子。來自聲致發光的光發射具有200納米到600納米的頻率，並且通常特徵為處於UV光譜。
聲致發光光譜大致在可見光譜的中間點處開始，並且延伸到UV範圍中。原理上，它是由於自然產生的氬的存在而發生，所述氬溶解在水中。在內爆時，氬是對於光子發射至關重要的等離子體中的主要成分。當空泡的尺寸振蕩時，主要的氣態的氮和氧分子隨著每個壓力循環變化而前後移動進出所述泡。然而，氬沒有，並且因此所述泡內的氬的濃度開始顯著上升高於地球的大氣中存在的大約1％的自然存在的濃度。因此，當泡塌陷時，所述泡中的主要氣體是氬，並且氬(和其它稀有氣體)主要顯示出聲致發光的特性。通常，聲致發光已經與瞬態空化相聯繫，並且沒有想到發生在穩態空化中。
空化閾值是這樣的點，在該點處，空化變得顯著瞬態，並且空泡開始猛烈坍塌，以光子的形式發出高的能級。過去，公知為水下測音器的檢測聲壓的傳感器已經用於檢測瞬態空化，因為瞬態空化內爆事件發射出高於傳感器的固有檢測閾值的充分的聲能。然而，穩態空化內爆發射出少很多的能量，並且因此不能由水下測音器檢測用於實用目的。
另一種測量空化的方法是通過使用空化室，例如在公開的2007年8月15日 申請日期2005年9月16日 優先權日2004年9月17日
發明者馬克·J.·貝克, 雷蒙德·Y.·利拉德, 埃裡克·G.·利布舍爾, 弗蘭克·M.·海丁雅克 申請人:產品系統公司