DE10244387A1

DE10244387A1 - Cavitation generating acoustic instrument checking method in which an optoelectronic detector is used to detect the sonoluminescent light flashes generated by bubble collapse within a predefined time window

Info

Publication number: DE10244387A1
Application number: DE2002144387
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr.-Ing. Ueberle
Original assignee: Dornier Medtech Systems GmbH
Current assignee: Dornier Medtech Systems GmbH
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Method for checking the operating properties of a cavitation generating acoustic instrument with which ultrasound pulses are used to generate cavitation bubbles and then to cause their collapse. The collapse of the bubbles is measured by detecting the light flashes generated by their collapse. A detection time window for detecting the light flashes is set from the time of generation of the ultrasound pulse for a fixed period corresponding to the expected bubble collapse time. An Independent claim is made for a device for checking the operation properties of a cavitation generating acoustic instrument having an optoelectronic capture device with an optoelectronic transducer for detecting the sonoluminescence generated by the cavitation bubble collapse.

Description

Es ist bekannt, daß man mit Hilfe von Ultraschall in einer Flüssigkeit Kavitationsblasen erzeugen kann. Diese Blasen nehmen mit Fortdauer der Ultraschalleinwirkung in ihrem Volumen zu, bis sie schließlich kollabieren. Der Kollaps erzeugt einen Lichtblitz sehr kurzer Zeitdauer, die im Femtosekundenbereich liegt. Dieser Effekt wird Sonolumineszenz genannt. Der Lichtblitz ist weiterhin von einem Schallimpuls begleitet, der durch das Kollabieren der Kavitationsblase erzeugt wird. Ein solcher Kollaps kann auch zur Entstehung einer neuen Blase führen, die wiederum kollabiert, unter Aussendung eines Lichtblitzes, usw., vergleichbar dem Effekt bei einem springenden Gummiball.It is known that with Using ultrasound in a liquid cavitation bubbles can generate. These bubbles decrease with the duration of the ultrasound in volume until they finally collapse. The collapse produces a flash of light of very short duration, in the femtosecond range lies. This effect is called sonoluminescence. The flash of light is still accompanied by a sound impulse caused by the collapse the cavitation bubble is generated. Such a collapse can also lead to the creation of a new bubble, which in turn collapses, emitting a flash of light, etc., comparable to the effect with a jumping rubber ball.

Mit Hilfe der Lichtblitze lassen sich Wirkungen in der betreffenden Flüssigkeit, in von ihr mitgeführten Feststoffen und in der von ihr berührten Umgebung hervorrufen. Beispielsweise läßt sich damit eine Zellmembran eines lebenden Organismus vorübergehend öffnen, wodurch die Medikamentenaufnahme der Zelle beeinflußt werden kann (Ultrasound in Med. and Biol. Vol. 27, Nr. 6, S. 841-850, 2001).Leave with the help of flashes of light effects in the liquid in question, in the solids carried by it and in the one she touched Cause environment. For example, a cell membrane can be used temporarily open a living organism, whereby the drug intake of the cell can be influenced (Ultrasound in Med. And Biol. Vol. 27, No. 6, pp. 841-850, 2001).

Es sind daher Geräte in Entwicklung, mit denen man Kavitation in Flüssigkeiten erzeugt. Dabei möchte man beispielsweise die Größe und die Menge der Blasen beeinflussen. Es ist hierzu bekannt, daß die maximale Größe einer Kavitationsblase und die Kollapszeit eng zusammenhängen. Die Kollapszeit ist jene Zeitdauer, die zwischen dem Beginnzeitpunkt der Entstehung einer Blase und deren Kollaps vergeht. Den Beginn der Entstehung einer Blase kann man nicht unmittelbar wahrnehmen, wohl aber den Kollaps, und zwar, wie erläutert, optisch und akustisch. Der Beginnzeitpunkt der Blasenbildung wird durch den Ultraschallimpuls getriggert. Aus dessen Beginnzeitpunkt und der Schalllaufzeit zwischen Ultraschallquelle und Blasenentstehungsort ist der Beginnzeitpunkt der Blasenbildung ermittelbar.Devices are therefore under development with which one cavitation in liquids generated. Would like to for example, the size and the Affect amount of bubbles. It is known that the maximum Size one Cavitation bubble and collapse time are closely related. The Collapse time is the length of time between the start time the formation of a bubble and its collapse passes. The beginning you cannot immediately notice the formation of a bubble, but collapse, as explained, optically and acoustically. The start of the bubble formation is the ultrasound pulse triggered. From its start time and the sound propagation time between the ultrasound source and bubble formation is the start point of bubble formation determined.

Die maximale Größe einer Kavitationsblase hängt u.a. von der Viskosität der beschallten Flüssigkeit und von dem auf die Flüssigkeit wirkenden Außendruck ab. Je größer letzterer ist, um so kleiner ist die maximale Blasengröße, während die Viskosität starken Einfluß besonders auf die Kollapszeit hat. Kollapszeiten wäßriger Flüssigkeiten liegen zwischen 40μs und 1600 μs. Es wurden schon Blasengrößen von 6,6 mm beschrieben, in der Praxis sind etwa 3mm ein brauchbarer Wert, der einer Kollapszeit (in Wasser) von etwa 300 μs entspricht.The maximum size of a cavitation bubble depends, among other things. on the viscosity the sonicated liquid and from that to the liquid acting external pressure from. The bigger the latter the smaller the maximum bubble size, while the viscosity is strong Influence especially on the collapse time. Collapse times of aqueous liquids are between 40μs and 1600 μs. Bubble sizes of 6.6 mm is described, in practice about 3 mm is a usable one Value that corresponds to a collapse time (in water) of about 300 μs.

Die mittels Kavitation hervorgerufenen Wirkungen möchte man beeinflussen und kontrollieren können. Fehler am die Kavitation hervorrufenden Gerät oder in anderen Teilen einer Behandlungsvorrichtung, beispielsweise an oder in Reagenzgefäßen, sollen erfaßbar sein.The caused by cavitation Want effects you can influence and control. Error on the cavitation causing device or in other parts of a treatment device, for example on or in test tubes ascertainable his.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. der die durch Ultrabeschallung hervorgerufene Sonolumineszenz mit großer Genauigkeit erfaßt werden kann.The invention is therefore the object to provide a method and a device with which or the sonoluminescence caused by ultrasound with great Accuracy recorded can be.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die in Anspruch 1, bezüglich der Vorrichtung durch die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is related to the Method by the in claim 1, relating to the device solved the features specified in claim 8. Advantageous configurations the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die durch Sonolumineszenz erzeugten Lichtblitze nur sehr schwach sind und daher schwierig zu erfassen sind. Die Lichtblitze sind schon aufgrund ihrer Kurzzeitigkeit so schwach, daß die aus ihnen ableitbaren elektrischen Signale sehr leicht im Rauschen untergehen können.The invention is based on knowledge from that the Flashes of light generated by sonoluminescence are only very weak and therefore difficult to grasp. The flashes of light are already so weak due to their short-term nature that those derived from them electrical signals can easily be lost in noise.

Die Erfindung macht daher den die Lichtblitze aufnehmenden Sensor nur in dem Augenblick, d.h. in einem Zeitfenster, empfindlich, in dem ein Lichtblitz dort eintrifft. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten:
Eine erste Möglichkeit geht von genau bekannten, festen Parametern aus, nämlich denen von Materialien, wie Zellen, Flüssigkeit, Teströhrchen, und denen der Erregung, wie Pulsform, Pulsenergie, Wiederholrate usw. Daraus ist aufgrund vorhergehender Messungen ein wahrscheinlicher Zeitpunkt für den Kollaps und damit für das Leuchten abschätzbar. Um den tatsächlichen Zeitpunkt optisch zu ermitteln, muß man in einer Reihe von Impulsen das Zeitfenster um jeweils einen geringen Betrag verschieben, bis man das Leuchten detektiert.The invention therefore makes the sensor that receives the light flashes sensitive only at the moment, ie in a time window, in which a light flash arrives there. There are several ways to do this:
A first possibility is based on precisely known, fixed parameters, namely those of materials such as cells, liquid, test tubes, and excitation such as pulse shape, pulse energy, repetition rate, etc. Based on previous measurements, this is a probable time for the collapse and thus can be estimated for the glow. In order to determine the actual time optically, the time window has to be shifted by a small amount in each case in a series of pulses until the lighting is detected.

Eine zweite Möglichkeit geht von der Tatsache aus, daß die Kollapszeit von der Erregerpulsenergie abhängt, und besteht darin, daß man die Zeitlage des Zeitfensters gegenüber der Startzeit des Erregerpulses und die Länge des Zeitfensters konstant hält und den Kollapszeitpunkt der Kavitation durch Verändern der Erregerpulsenergie so lange verändert, bis man in dem festen Zeitfenster ein Leuchten detektiert.A second possibility is based on the fact from that the Collapse time depends on the excitation pulse energy, and consists in that the Time slot of the time window opposite the start time of the excitation pulse and the length of the time window and the Collapse time of the cavitation by changing the excitation pulse energy changed until a glow is detected in the fixed time window.

Nach der Messerfahrung ist es günstig, wenn das Zeitfenster um etwa 15% der Dauer der Sollzeit vor dieser beginnt, die entsprechend der Wahl der Startzeit, wie unten erläutert, eingestellt wird, und etwa 15% länger offen bleibt. Dabei ist zu beachten, daß die Blasenlebensdauer von der Schallenergie und der Pulswiederholfrequenz abhängt. Die Blasenkollapszeiten variieren um mehr als 10%, wenn die Pulswiederholfrequenz zwischen beispielsweise 0,5 Hz, wo man schon von Einzelimpulsen sprechen kann, und 10 Hz verändert wird. Bei höheren Wiederholraten tritt eine Art Sättigung auf, d.h. die Kollapszeit stabilisiert sich.After the measurement experience, it is beneficial if that Time window around 15% of the duration of the target time before this begins, which are set according to the choice of start time as explained below and about 15% longer remains open. It should be noted that the bubble life of depends on the sound energy and the pulse repetition frequency. The Bladder collapse times vary by more than 10% when the pulse repetition rate between, for example, 0.5 Hz, where you can already see single pulses can speak, and changed 10 Hz becomes. At higher Repetition rates occur a kind of saturation on, i.e. the collapse time stabilizes.

Voraussetzung ist, daß die Ankunftszeit der Lichtblitze am Erfassungsort bekannt ist. Eine erste Möglichkeit hierzu ist, die Kavitation erregenden Ultraschallimpulse mit bekanntem zeitlichem Abstand, d.h. periodisch, zu erzeugen. Die Wiederholungsrate der Ultraschallimpulse ist dabei vorzugsweise einstellbar, um unterschiedlichen Schalllaufzeiten in unterschiedlichen untersuchten Medien Rechnung tragen zu können, d.h. um das Zeitfenster verschieben zu können. Die passende Wiederholungsrate läßt sich durch Beobachtung der Sensorsignale leicht ermitteln, ähnlich wie die Beobachtung einer Schwingspannungsamplitude bei der Abstimmung eines Schwingkreises auf eine gegebene Erregerfrequenz. Als Alternative ist auch eine mehr oder weniger zufällige Anregung denkbar. Es ist dann lediglich wichtig, den Erzeugungszeitpunkt des vorangehenden Erregerschallimpulses zu kennen. Weiterhin ist denkbar, daß ein nachfolgender Erregerschallimpuls in dem Augenblick ausgelöst wird, in dem ein Lichtblitz detektiert wird. An der sich dadurch ergebenden Wiederholungsrate der Erregerschallimpulse kann man dann die Blasenlebensdauer ablesen.The prerequisite is that the arrival time of the light flashes at the point of detection is known. A first possibility for this is to generate the cavitation-generating ultrasound pulses with a known time interval, ie periodically. The repetition rate of the ultrasound pulses is preferably adjustable to account for different sound propagation times in different examined media to be able, ie to be able to move the time window. The appropriate repetition rate can be easily determined by observing the sensor signals, similar to observing an oscillation voltage amplitude when tuning an oscillating circuit to a given excitation frequency. As an alternative, a more or less random suggestion is also conceivable. It is then only important to know the time of generation of the preceding excitation sound pulse. It is also conceivable that a subsequent excitation sound pulse is triggered at the moment when a flash of light is detected. The bubble lifespan can then be read from the resulting repetition rate of the excitation sound impulses.

Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, daß mit jedem Erregerschallimpuls nicht nur ein einzelnes Bläschen erzeugt wird, sondern zahlreiche Bläschen, die zwar zu verhältnismäßig ähnlichen Zeitpunkten kollabieren, aber nicht völlig synchron. Als Reaktion auf einen einzelnen Erregerimpuls erhält man also nicht einen Einzelblitz, der die Summe aller zur gleichen Femtosekunde synchron kollabierenden Blasen darstellen würde, sondern eine diffuse Leuchterscheinung, die sich aus den Beiträgen aller kollabierenden Blasen innerhalb des Zeitfensters zusammensetzt. Es gilt also, das Zeitfenster so abzustimmen, d.h. zu schieben, daß die Summe aller Leuchterscheinungen eine möglichst große Gesamtintensität ergibt.In this context it should be noted that with each excitation sound pulse does not just produce a single bubble will, but numerous bubbles, that at relatively similar times collapse, but not completely synchronous. So you get in response to a single excitation pulse not a single flash that is the sum of all at the same femtosecond would represent synchronously collapsing bubbles, but a diffuse lighting effect, resulting from the contributions of all collapsing bubbles within the time window. It is therefore important to coordinate the time window in this way, i.e. to push that the Sum of all lighting phenomena results in the greatest possible overall intensity.

Die Pulswiederholrate kann in einem weiten Bereich frei gewählt werden. Bei Einzelimpulsen oder sehr langsamer Pulswiederholrate stellt sich eine kürzere Kollapszeit ein, bei höherer Pulswiederholrate verlängert sich nach wenigen Impulsen die Kollapszeit um ca. 10% und bleibt dann, wie schon erwähnt, sehr stabil. Dieses erklärt sich aus der Tatsache, daß sich nach einigen wiederholten Impulsen eine Wolke von Blasenkeimen in dem Wirkungsbereich der Impulse befindet, die dann von jedem Impuls aufs Neue angeregt wird. Wenn zwischen den Impulsen zu viel Zeit vergeht, haben die größeren Keime ausreichend Zeit, zu verschwinden, d.h. sich aufzulösen oder aufzusteigen, so daß dann nur noch die kleineren Keime übrig bleiben, die bei Erregung zu kleineren Blasen führen, die entsprechend etwas schneller kollabieren.The pulse repetition rate can be in one wide range freely chosen become. For single pulses or very slow pulse repetition rates turns a shorter one Collapse time, at higher Pulse repetition rate extended after a few impulses, the collapse time increases by approx. 10% and remains then, as already mentioned, very stable. This explains derive from the fact that after a few repeated impulses, a cloud of bladder nuclei in the effective range of the impulses, which is then from each impulse is stimulated again. If there is too much time between the pulses passes, have the larger germs sufficient time to disappear, i.e. to dissolve or to ascend so that then only the smaller germs are left remain, which lead to smaller bubbles when excited, which is correspondingly somewhat faster collapse.

Allerdings kann die Pulswiederholrate nicht beliebig gewählt werden, da Blasenwolken, die gerade während ihrer Blasendynamik in der Phase großer Blasenradien sind, die Erregerschallimpulse dämpfen und damit wirkungslos machen. Man muß also den Kollaps abwarten, bevor man wieder erregen kann. Man nutzt also die Erkennung des Kollapszeitpunktes aus, um eine möglichst noch sinnvolle Pulswiederholrate zu bestimmen, indem der jeweils nachfolgende Erregerschallimpuls in dem Augenblick ausgelöst wird, in dem der Lichtblitz detektiert wird. Dann kommt der nächste Erregerschallimpuls genau um die akustische Laufzeit verzögert nach dem vorangehenden Kollaps an.However, the pulse repetition rate can not chosen arbitrarily because there are bubble clouds that are just in during their bubble dynamics the phase of large bubble radii are that dampen excitation sound impulses and make it ineffective. So you have to wait for the collapse before you can get excited again. So you use the detection of the Collapse time to a pulse repetition rate that is as sensible as possible to be determined by the subsequent excitation sound pulse triggered at the moment in which the flash of light is detected. Then the next excitation sound pulse comes exactly delayed by the acoustic running time after the previous one Collapse.

Die Startzeit des Zeitfensters relativ zu dem zugehörigen Schallimpuls richtet sich nach folgenden Größen:The start time of the time window relative to the associated one Sound impulse depends on the following sizes:

1. Duration of the sound impulses from the exciter to the location of the Kavitationsentstehung. It is essentially due to the speed of sound the transfer layers determines which the sound goes through.
2. Dynamics of the cavitation bubbles, in particular duration of the formation of the bladder until it collapses, that of the aforementioned Environmental conditions and the sound parameters.
The behavior of bubbles with the radius R 0 in a liquid of density ρ under constant external pressure Po was already described by Raleigh in 1917. They collapse after the time t z = 0.915R 0 (p / P 0 ) 1/2 . This behavior is comparable to that of a bubble that is exposed to a sinusoidal sound signal with an initially negative phase (= negative pressure). During the negative pressure it expands from the radius Rn to approximately 2Rn and then, driven by the subsequent overpressure phase, collapses to a much smaller radius. While it was originally thought that this collapse would finally lead to a breakdown of the bladder, the dissolution of the gas inside the bladder in the surrounding liquid and thus to a disappearance of the bladder, recent findings show that this process is constantly under the influence of oscillating sound fields can repeat because the collapse is slowed down by the increasing internal pressure of the gas-filled bladder. The result of this repeated collapse is a bubble that regularly emits flashes of femtosecond light as long as it is excited by the alternating sound.
3. In addition to this "natural" bubble dynamics there is also the case that an existing, sufficiently large bladder germ from the overpressure sound wave that hits it quasi "violently" collapses. Cavitation bubbles leave after going through their collapse cycles Residual bubble clouds, which typically have a diameter of 40 μm in water and 1 second after the generating shock wave are still detectable.

Die Kavitationsschwelle wird sowohl von der Ultraschallfrequenz, als auch von der Pulsdauer maßgeblich bestimmt. Gute Erfahrungen ergaben sich mit Frequenzen zwischen 200 und 500 kHz bei Puls(paket)dauern von 10 bis 50 μs, doch sind auch andere Frequenzund Pulsdauerkombinationen denkbar, etwa 20 kHz bis ca. 2 MHz bzw. unter 1 μs (bei reinen Stoßwellen) bis zu mehr als 100 μs. Bei Beschallung mit Dauerschall besteht spätestens nach dem ersten Kollapszyklus normalerweise kein sauberer Zusammenhang mehr zwischen Pulsbeginn und Kavitationszertall, und damit würde das Zeitfenster undefiniert. Sie würde bei akustischer Kollapsmessung auch wenig Sinn machen, denn man müsste dann die anregende Grundfrequenz ausfiltern, um eine Störungsgefahr zu vermeiden.The cavitation threshold is largely determined by the ultrasound frequency and the pulse duration. Good experiences have been made with frequencies between 200 and 500 kHz with a pulse (packet) lasting from 10 to 50 μs, but other frequency and pulse duration combinations are also conceivable, around 20 kHz to approx. 2 MHz or less than 1 μs (for pure shock waves) to to more than 100 μs. In the case of sonication with continuous sound, after the first collapse cycle at the latest, there is normally no longer a clean connection between the start of the pulse and the cavitation concert, and the time window would be undefined. It would also make little sense for acoustic collapse measurement, because one would then have to filter out the stimulating fundamental frequency in order to to avoid a risk of malfunction.

Die Verwendung eines Zeitfensters hebt die von dem Sensor erzeugten Signale klar aus dem Rauschen, es sind somit Signale erfaßbar, die viel schwächer sind als solche, die ohne Einsatz der Erfindung gerade noch auswertbar sind.The use of a time window clears the signals generated by the sensor from the noise, signals can thus be detected, the much weaker are as such that can still be evaluated without using the invention are.

Um eine Reaktion gezielter ablaufen zu lassen und eine bessere Lichtausbeute zu erhalten, ist unter Umständen ein bestimmtes Spektrum der Lichtblitze notwendig. Dieses kann er reicht werden, indem man die zu untersuchende Flüssigkeit mit einem geeigneten Inertgas, zum Beispiel Argon, durchspült. Das Gas bildet in der Flüssigkeit kleine Bläschen, die als Keime bei der Entwicklung der Kavitationsblasen wirken und dem Lichtblitz, der beim Kollabieren der Kavitationsblase erzeugt wird, eine bestimmte Farbe verleihen.To make a reaction more targeted to leave and get a better light output is below circumstances a certain spectrum of flashes of light is necessary. He can do this by examining the liquid to be examined with a suitable Inert gas, for example argon, flushed out. The gas forms in the liquid small bubbles, which act as germs in the development of the cavitation bubbles and the flash of light generated when the cavitation bubble collapses will give a certain color.

Da man in der Nähe der Ultraschallquelle mit starken elektromagnetischen Einstreuungen rechnen muß, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Erfassungsort der Lichtblitze und dem für die Signalerzeugung notwendigen optoelektrischen Wandler eine optische Strecke in Form eines Lichtwellenleiters vorhanden ist, da dieser gegen elektromagnetische Einstrahlung unempfindlich ist und es erlaubt, den Wandler räumlich von der Ultraschallquelle abzusetzen.Since you are near the ultrasound source with strong electromagnetic interference, it is advantageous if between the detection location of the flashes of light and that for signal generation necessary optoelectric converters in the form of an optical path of an optical fiber is present, as this against electromagnetic Irradiation is insensitive and allows the transducer to be spatially separated the ultrasound source.

Die Erfindung ermöglicht durch Auswertung der von dem Sensor gelieferten Signale vielfältige Auswertungen.The invention enables by evaluating the signals provided by the sensor provide a variety of evaluations.

Wenn zum Beispiel bei gegebener Ultraschall-Erregerleistung trotz passender Abstimmung der Periodendauer der Ultraschall-Erregerimpulse der Sensor ein zu geringes Signal abgibt, kann dieses ein Hinweis darauf sein, daß die Flüssigkeit nicht die vorgeschriebene Zusammensetzung hat oder unter einem falschen Druck steht. Der schwache Signalpegel kann ferner Hinweis dafür sein, daß die Flüssigkeit Verunreinigungen enthält, die die Entstehung großer Blasen verhindern. Ein von der Erwartung abweichender Signalpegel kann auch darauf hindeuten, daß das Gerät nicht in Ordnung ist. Es stehen dem Betreiber jedenfalls vielfältige Prüfmöglichkeiten zur Verfügung, um Einflußgrößen zu finden, die einen von der Erwartung abweichenden Signalpegel am Sensor hervorrufen, und durch gegebenenfalls stufenweise Prüfung läßt sich ermitteln, was die exakte Ursache für das unerwartete Meßergebnis ist.If, for example, with a given ultrasound excitation power despite matching the period of the ultrasound excitation pulses If the sensor emits a signal that is too low, this can indicate this be that the liquid does not have the prescribed composition or under an incorrect one There is pressure. The weak signal level can also be an indication that that the liquid Contains impurities, which the emergence of great Prevent bubbles. A signal level that deviates from the expectation can also indicate that the Device not is okay. In any case, the operator has a variety of test options to disposal, to find influencing factors which cause a signal level at the sensor that deviates from the expectation, and if necessary, step by step examination can determine what the exact cause for is the unexpected measurement result.

Eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 8. Weiterbildungen derselben sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Sie wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert.A device for executing the inventive method is the subject of claim 8. Further developments are the subject the dependent Expectations. It is described below with reference to one shown in the drawing embodiment explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Ansteuereinrichtung 1 für einen Schallwandler 2, der hier als ein zylindrischer Ringwandler ausgebildet ist, der einen Fokusbereich 3 umschließt, der sich in einem Medium 4 befindet, das in einem durch den Schallwandler 2 begrenzten Raum enthalten ist.The drawing schematically shows a control device 1 for a transducer 2 , which is designed here as a cylindrical ring converter, which has a focus area 3 encloses itself in a medium 4 located in one by the transducer 2 limited space is included.

In dem Medium 4 können auch die zu beschallenden Zellen und Moleküle sowie Leuchtverstärker, wie das schon erwähnte Inertgas, beispielsweise Argon, enthalten sein. Das Medium ist beispielsweise bis auf den Leuchtverstärker entgastes Wasser.In the medium 4 can also contain the cells and molecules to be sonicated and light amplifiers, such as the aforementioned inert gas, for example argon. The medium is, for example, degassed water except for the light amplifier.

In dem Medium befindet sich weiterhin ein Lichtsensor 5 für Kavitationsblitze. Alternativ kann der Sensor 5 außerhalb des Mediums angeordnet sein, ist dann aber mit einer Lichtleitfaser verbunden, die in dem Medium 4 endet, um dort die Lichtblitze aufzunehmen und zu dem entfernten Lichtsensor zu leiten.There is also a light sensor in the medium 5 for cavitation flashes. Alternatively, the sensor 5 Be arranged outside the medium, but is then connected to an optical fiber that is in the medium 4 ends to pick up the flashes of light and direct them to the remote light sensor.

Der Lichtsensor 5 ist mit einer elektronischen Auswerteeinheit 6 verbunden, die die von dem Lichtsensor 5 abgegebenen Signale entgegennimmt, verstärkt und auswertet.The light sensor 5 is with an electronic evaluation unit 6 connected to that of the light sensor 5 received signals received, amplified and evaluated.

In dem Medium 4 ist ferner ein akustischer Sensor 7 angeordnet, der die vom Kollaps einer Kavitationsblase ausgehenden Schallwellen aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, die einer mit ihm verbundenen elektronischen Steuereinheit 8 zugeführt sind, deren Aufgabe es ist, das Zeitfenster zu bestimmen, innerhalb dem die elektronische Auswerteeinheit 6 die ihr zugeführten, vom Lichtsensor 5 gelieferten Signale auswertet. Aus diesem Grunde ist die elektronische Steuereinheit 8 auch mit der Auswerteeinheit 6 verbunden und steht mit dieser in Wechselwirkung. Als Option kann die Steuereinheit 8 mittels einer Steuerleitung 9 auch mit der Ansteuereinrichtung 1 für den Schallwandler 2 verbunden sein, um die Ansteuerung des Wandlers zu triggern bzw. den Triggerzeitpunkt rückzumelden.In the medium 4 is also an acoustic sensor 7 arranged, which absorbs the sound waves emanating from the collapse of a cavitation bubble and converts them into electrical signals, that of an electronic control unit connected to it 8th are supplied, the task of which is to determine the time window within which the electronic evaluation unit 6 the supplied to it by the light sensor 5 evaluates delivered signals. For this reason, the electronic control unit 8th also with the evaluation unit 6 connected and interacts with it. As an option, the control unit 8th by means of a control line 9 also with the control device 1 for the transducer 2 be connected to trigger the control of the converter or to report the trigger time.

Claims

Method for testing the functional properties of a cavitation-generating acoustic device, with which cavitation bubbles are generated in a liquid by ultrasound and excited to collapse, characterized in that the cavitation bubbles are generated by excitation sound pulses, that the light flashes caused by the collapse of the cavitation bubbles are detected and that, taking into account the points in time at which the sound pulses are generated, time windows are determined for the detection of signals which are generated by an optoelectric transducer which receives the light flashes.

A method according to claim 1, characterized in that the Excitation sound pulses are generated cyclically.

A method according to claim 1, characterized in that for timing the power between the excitation sound pulses and the time windows the excitation sound impulse is varied.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the Duration of the time window depending of length an expected light flash sequence is set so that the time window up to about 15% before the expected arrival of the light flash sequence opens and until about 15% after the expected end of the flash sequence closes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the during the exam of the device liquid used for influencing the color of the light flashes with a predetermined, across from the liquid inert gas is added.

A method according to claim 5, characterized in that this Is gas argon.

Device for checking the functional properties a cavitation-generating acoustic device, which has an ultrasonic generator, an ultrasonic transducer and an optoelectric detection device for flashes of light which occurs when cavitation bubbles collapse, characterized in that a Pulse control device is provided with which the ultrasonic generator is so controllable that successive Ultrasound pulses of constant, adjustable distance are generated, and that one Time control device is provided by sound pulses or impulses derived therefrom controlled time window, in which the output of the optoelectric detection device with an electronic evaluation device is connected.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the Time control device controlled by the pulse control device is.

Apparatus according to claim 7, characterized in the existence acoustoelectric sound transducer is provided, which in the event of collapse of the cavitation bubbles generated sound pulses and its Output controls the timing device.

Device according to claim 9, characterized in that the the transducers emitting excitation sound impulses also for reception the collapse sound signals is set up.

Device for checking the functional properties a cavitation-generating acoustic device, which has an ultrasonic generator, an ultrasonic transducer and an optoelectric detection device for flashes of light which occurs when cavitation bubbles collapse, characterized in that a Pulse control device is provided with which the performance of the Ultrasonic generator can be controlled to reduce the collapse time of cavitation bubbles to change so that the Flashes of light generated during collapse fall in time windows whose time interval at the time of the respective excitation sound pulse is fixed.