BE1013167A3 - Procede d'alimentation d'un organe piezoelectrique destine a un pulverisateur ultrasonique et dispostif destine a cet effet. - Google Patents

Procede d'alimentation d'un organe piezoelectrique destine a un pulverisateur ultrasonique et dispostif destine a cet effet. Download PDF

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un pulvérisateur ultrasonique qui comprend un élément piézo-électrique (11) et un amplificateur mécanique qui permet d'amplifier la vibration générée au sein de l'élément piézo-électrique (11), caractérisé en ce que l'on stabilise la fréquence de résonance dudit pulvérisateur en faisant passer le courant d'excitation de l'élément piézo-électrique (11) au maximum de sa résonance par une résistance (R5), en transmettant le signal de sortie aux bornes de la résistance (R5) à un premier amplificateur (U1), le signal étant ensuite envoyé sur l'entrée d'un amplificateur de sortie (U2/U3), un bouclage de la sortie de l'amplificateur de sortie (U2/U3) étant enfin assuré par le passage par l'élément piézo-électrique (11).

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  PROCEDE D'ALIMENTATION D'UN ORGANE PIEZO-ELECTRIQUE DESTINE A UN PULVERISATEUR ULTRASONIQUE ET DISPOSITIF DESTINE A CET
EFFET Objet de l'invention [0001] La présente invention concerne un procédé d'alimentation d'un organe piézo-électrique destiné à un pulvérisateur ultrasonique. 



  [0002] La présente invention se rapporte également à un dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. 



  Arrière-plan technologique [0003] Dans le but, en particulier, de la pulvérisation ultrasonique de liquides, on utilise un sandwich d'éléments piézo-électriques fixés entre un support et une tige métallique dont le rôle est d'amplifier les vibrations ultrasoniques. 



  [0004] Un mince film liquide déposé à l'extrémité de l'amplificateur, appelé transducteur, explose instantanément en gouttelettes. 



    [0005]   Le circuit électronique d'alimentation de l'organe piézo-électrique comprend généralement un générateur d'ondes constitué par un circuit oscillant et des moyens d'élévation de la puissance du signal tels qu'un amplificateur haute tension. 



    [0006]   Dans les procédés connus, il est nécessaire d'ajuster exactement la fréquence du circuit oscillatoire à 

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 la fréquence propre de résonance du transducteur : en effet, la plage de fréquence où a lieu la résonance est très étroite et varie et dérive en fonction de facteurs comme le temps, la température et la charge de l'organe piézo-électrique. Les circuits de sortie comprennent des transistors et un transformateur. 



    [0007]   L'un des inconvénients de ce type d'alimentation électronique est de rendre le couple circuit électronique d'alimentation-transducteur inséparable. Ces systèmes, s'ils sont produits en grande série, nécessitent un réglage pour chaque couple circuit électronique d'alimentation-transducteur. 



    [0008]   De plus, en cas de dérive en fréquence de l'un des deux éléments, ce qui n'est pas rare, il n'y a plus de pulvérisation. 



  [0009] D'autres circuits électroniques existent pour remédier à ces inconvénients, mais ils restent relativement complexes. 



    [0010]   Les électroniques connues sont toujours coûteuses. Par ailleurs, les alimentations électroniques dans la plupart des systèmes existants comprennent un transformateur de sortie à haute fréquence. Ce transformateur n'est pas disponible en série et en outre, il fixe la puissance et la fréquence de fonctionnement. 



    [0011]   En effet, la bande passante étant relativement étroite pour un transformateur donné, la gamme de fréquence possible sera relativement limitée. 



  Buts de l'invention   [0012]   La présente invention vise à proposer un procédé et un dispositif qui permettent   11 autorégulation   d'un courant d'alimentation par rapport à la fréquence de résonance du transducteur. 

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    [0013]   La présente invention vise donc à permettre de dissocier le couple circuit électronique d'alimentation - transducteur et d'éviter d'être gêné par les divergences dans les caractéristiques physiques d'un transducteur à l'autre pour un même procédé de fabrication ou encore par la dérive en fréquence apparaissant pour un même transducteur. 
 EMI3.1 
 



  [0014] La présente invention vise également à proposer une solution simple et peu coûteuse où le circuit électronique d'alimentation est composé d'éléments disponibles dans le commerce. 



    [0015]   La présente invention vise à proposer une solution qui peut être utilisée pour une gamme plus large de puissances et de fréquences de fonctionnement que celles proposées selon l'état de la technique. 



    [0016]   La présente invention vise à proposer une solution impliquant une très faible consommation d'énergie. 



  Principaux éléments caractéristiques de l'invention   [0017]   La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un pulvérisateur ultrasonique qui comprend un élément piézo-électrique et un élément amplificateur mécanique de la vibration générée au sein de l'élément piézo-électrique, caractérisé en ce que l'on réalise un circuit oscillant pour commander l'organe piézo-électrique en l'asservissant de manière automatique à la fréquence de résonance dudit transducteur. 



    [0018]   Selon la présente invention, on stabilise la fréquence de résonance dudit transducteur en faisant passer le courant d'excitation de l'élément piézo-électrique au maximum de sa résonance par une résistance, en transmettant le signal de sortie aux bornes de la résistance à un premier amplificateur inverseur, le signal étant ensuite envoyé sur l'entrée d'un amplificateur de sortie, un 

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 bouclage de la sortie de l'amplificateur de sortie étant enfin assuré par le passage par l'élément piézo-électrique. 



    [0019]   De préférence, le signal de sortie aux bornes de ladite résistance est filtré par un élément d'inductance et une capacité disposés en série avec ladite résistance.   [0020]   De préférence, le signal est lissé par un condensateur en parallèle sur ladite résistance. 



    [0021]   De manière particulièrement avantageuse, la valeur de la résistance est très faible par rapport à la résistance de l'élément piézo-électrique. 



    [0022]   La présente invention se rapporte également au dispositif de commande d'un pulvérisateur ultrasonique qui comprend un élément piézo-électrique et un amplificateur mécanique comprenant, disposés en série, un premier amplificateur inverseur, un second amplificateur de sortie, ledit élément piézo-électrique et une résistance qui est elle-même en série avec le premier amplificateur. 



    [0023]   De préférence, un filtre constitué d'un élément d'inductance et d'un élément capacitif est disposé en série entre la résistance et le premier amplificateur. 



    [0024]   De préférence, un élément capacitif est disposé en parallèle sur ladite résistance. 



    [0025]   La présente invention vise à proposer une technique bien adaptée en particulier aux applications suivantes : - humidification de l'air, - distribution de produits actifs, - production de poudres techniques (par exemple métalliques) ou alimentaires, - recouvrement de surfaces en couches très minces, - combustion, - pulvérisations médicales, 

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 - agronomiques, comme irrigation et/ou pulvérisation de produits phytosanitaires. 



  Brève description des figures   [0026]   La figure 1 représente schématiquement un pulvérisateur ultrasonique de liquide utilisant le circuit électronique d'alimentation selon la présente invention. 



    [0027]   La figure 2 représente le circuit électronique de commande de l'organe piézo-électrique. 



    [0028]   La figure 3 représente en détails le circuit électronique d'alimentation permettant l'alimentation du circuit de commande de l'organe piézo-électrique. 



  Description détaillée de l'invention   [0029]   La figure 1 représente un pulvérisateur comprenant un support 10, un organe piézo-électrique 11 composé de deux éléments piézo-céramiques et un élément amplificateur mécanique. Celui-ci comprend une tige 4 formant amplificateur mécanique pour le mouvement de vibration qui est communiqué par l'organe piézo-électrique   il,   ainsi qu'une surface d'extrémité 5 qui est la surface active sur laquelle un film de liquide sera pulvérisé. Le liquide est introduit par une alimentation 13 qui parcourt le pulvérisateur sur sa longueur. La connexion électrique 16 destinée à être raccordée au circuit électronique d'alimentation permet l'excitation du pulvérisateur 12. 



    [0030]   A la résonance du pulvérisateur, une quantité d'énergie minimum entraîne la formation d'ondes instables de surface du film liquide dont les crêtes se détachent en gouttelettes, réalisant la pulvérisation du liquide. 



  [0031] La figure 2 représente schématiquement l'ensemble du circuit électronique de commande de l'organe piézo-électrique 11. Ce circuit électronique comprend d'une part un générateur constitué par un circuit oscillateur 

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 dont la fréquence doit être ajustée de manière automatique à la fréquence du transducteur et un amplificateur de signal qui alimente directement l'organe piézo-électrique.   [0032]   Dans ce but, une résistance R5 se trouve en série sur l'organe piézo-électrique 11. Cette résistance R5 présente une valeur très inférieure à la résistance électrique de l'organe piézo-électrique 11. A la résonance, l'impédance du pulvérisateur est la plus faible.

   Du point de vue électrique, le pulvérisateur peut être considéré comme une résistance pure, c'est-à-dire que le courant et la tension sont en phase. 



    [0033]   La tension aux bornes de la résistance R5 est envoyée sur un amplificateur inverseur Ul à travers le filtre Ll/C3 afin d'éviter que la fréquence de l'alimentation ne s'établisse sur une harmonique de la fréquence de résonance du pulvérisateur. Un autre système de filtrage peut également être utilisé. Le signal est lissé au moyen du condensateur C2, connecté en parallèle à la résistance R5. Le signal qui sort de l'amplificateur Ul est envoyé à l'entrée du double amplificateur U2/U3. Les amplificateurs inverseurs Ul et U2 sont alimentés en basse tension continue ; l'amplificateur inverseur booster U3 donne la puissance finale nécessaire à la pulvérisation grâce à son alimentation en haute tension continue. 



    [0034]   Le circuit est composé, à titre d'éléments actifs, uniquement d'amplificateurs inverseurs opérationnels, disponibles dans le commerce et peu coûteux. 



  Il ne comprend pas de transformateur de sortie habituel dans les solutions de l'état de la technique qui fixerait la puissance de la pulvérisation. L'ensemble forme un circuit oscillatoire dont la fréquence s'adapte automatiquement'et exactement à la fréquence de résonance du pulvérisateur malgré la dérive de fréquence éventuelle 

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 de celle-ci. Il met donc le pulvérisateur en résonance, ce qui assure la pulvérisation. 



    [0035]   Le générateur haute fréquence est très stable. On crée ainsi des gouttes très fines, de 30 microns par exemple, avec une distribution très étroite du diamètre des gouttelettes. 



  [0036] Le grand avantage de la présente invention réside dans le fait de la grande modularité du circuit d'alimentation. En effet, un même circuit pourra être adapté à plusieurs fréquences de fonctionnement dans une plage de fréquence relativement importante (allant de 10 à 150 kHz selon la taille des gouttes souhaitée par l'utilisateur) et dans une large gamme de puissance de fonctionnement. 



  [0037] En effet, dans certains cas comme par exemple pour une utilisation de liquides relativement visqueux ou pour une éjection plus lointaine ou encore dans le cas d'un débit accru, il est nécessaire d'augmenter la puissance du pulvérisateur. 



  [0038] La figure 3 représente le circuit permettant l'alimentation du circuit de commande de l'organe piézo-électrique. Celui-ci est composé de 2 transformateurs dont les sorties sont raccordées à 2 ponts de diodes. Le premier pont de diodes (PD1) permet, après filtrage via les condensateurs   C4jC5,   de fournir la haute tension   l   HV nécessaire pour alimenter le circuit de sortie de l'amplificateur U3 du circuit de commande. Le deuxième pont de diodes (PD2) permet, après filtrage via les condensateurs   C6/C7,   et via 2 régulateurs (GND) de générer la tension   l   V nécessaire pour alimenter les amplificateurs Ul et U2 du circuit de commande.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un pulvérisateur ultrasonique qui comprend un élément piézo-électrique (11) et un amplificateur mécanique qui permet d'amplifier la vibration générée au sein de l'élément piézo-électrique (11), caractérisé en ce que l'on stabilise la fréquence de résonance dudit pulvérisateur en faisant passer le courant d'excitation de l'élément piézo-électrique (11) au maximum de sa résonance par une résistance (R5), en transmettant le signal de sortie aux bornes de la résistance (R5) à un premier amplificateur inverseur (Ul), le signal étant ensuite envoyé sur l'entrée d'un amplificateur de sortie (U2/U3), un bouclage de la sortie de l'amplificateur de sortie (U2/U3) étant enfin assuré par le passage par l'élément piézo-électrique (11).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de sortie aux bornes de ladite résistance (R5) est filtré par un élément d'inductance (Ll) et une capacité (C3) disposés en série avec ladite résistance (R5).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal est lissé par un condensateur (C2) en parallèle sur ladite résistance (R5).
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de la résistance (R5) est très faible par rapport à la résistance de l'élément piézo-électrique.
  5. 5. Dispositif de commande d'un pulvérisateur ultrasonique qui comprend un élément piézo-électrique (11) et un amplificateur mécanique comprenant, disposés en série, un premier amplificateur inverseur (Ul), un second amplificateur dé sortie (U2/U3), ledit élément piézo- électrique (11) et une résistance (R5) qui est elle-même en série avec le premier amplificateur (Ul). <Desc/Clms Page number 9>
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un filtre constitué d'un élément d'inductance (Ll) et d'un élément capacitif (C3) est disposé en série entre la résistance (R5) et le premier amplificateur (Ul).
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'un élément capacitif (C2) est disposé en parallèle sur ladite résistance (R5).
  8. 8. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour des applications d'humidification d'air.
  9. 9. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour des applications de distribution de produits actifs.
  10. 10. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour des applications de production de poudres techniques ou alimentaires.
  11. 11. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour des applications de recouvrement de surfaces en couches très minces.
  12. 12. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour des applications de combustion.
  13. 13. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif selon <Desc/Clms Page number 10> l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour des applications de pulvérisations médicales.
  14. 14. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour des applications dans le domaine agronomique telles que l'irrigation et/ou la pulvérisation de produits phytosanitaires.
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