CN101065329B - 产生用于处理流动液体的衰减振荡磁脉冲的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种产生用于处理流动液体的衰减振荡磁脉冲的方法和系统，包括线圈和与线圈串联连接的SCR以形成第一回路。电子开关与线圈串联连接以形成第二回路。将具有第一和第二半周期的AC电压信号施加给线圈。当SCR被正向偏置时，在第一半周期期间传导电流通过第一回路，同时阻止电流传导通过第二回路。在第二半周期的一部分期间传导电流通过第二回路，同时阻止电流传导通过第一回路。当线圈电流达到预定值时，在第二半周期的另一部分期间，中断电流通过第二回路以便中断电流流过线圈，从而产生衰减振荡磁脉冲。

Description

产生用于处理流动液体的衰减振荡磁脉冲的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2004年12月10提交的临时专利申请No.60/634,959和2005年7月27日提交的美国专利申请No.11/192,452所披露的主题的优先权并在此通过引用而并入。
技术领域
本发明总体涉及流动的水或其它液体的处理，具体来讲涉及使用衰减振荡磁脉冲来处理这种液体。
背景技术
在过去，为了减少液体的水垢形成倾向、为了减少包含在液体中的活的微生物的数量或者为了其它目的，已经提出了通过电磁通量来处理液体的各种不同的设备和方法。例如，在转让给ClearwaterSystems，LLC的美国专利No.6,063,267中披露了通过电磁通量来处理流动液体的装置，其披露的内容在此通过引用而并入。
这些现有设备中的一些已经使用了用于产生磁通量的静止或可移动永磁体，以及其它设备已经使用了相对于传导液体的管道以各种不同方法配置的电线圈，利用通过直流电源或交流电源供电的线圈来产生用作液体处理因子的电磁通量。在使用电磁通量的设备的情况下，从美国专利No.5,702,600可知，提供了一种包括围绕液体导管的不同分离纵向部分的多个电线圈的装置，其中的两个线圈在彼此之上缠绕，二极管在电路中与线圈和电源连接，使得来自电源的电流只在一个电压极性的交替的半周期期间传导通过线圈，随着二极管导通的每半周期的结束，具有衰减振荡特性的电流明显流过每个线圈。然而，产生的衰减振荡电流和电磁通量看起来是微弱的并且持续时间很短，从而产生的效果不明显。
当电流使极性反向时，使用衰减振荡磁脉冲来处理流动液体的现有系统使用二极管开关来中断线圈电流。例如，当电流被二极管阻止时，因为在线圈电容上仍然保留有电压，现有模拟控制系统在线圈电压上产生相对小的衰减振荡脉冲。修改该模拟控制系统以产生是上述以前的模拟控制系统的电压的十倍的更大“衰减振荡”电压。该设计使用一个开关来代替二极管，该开关包括多达十个并行连接的450伏MOSFET。该开关在线圈电流达到零之前中断电流流动，将存储的磁能留在线圈中以便激励较大的“衰减振荡”脉冲。使用该方法，需要能电气关断的开关，并且该开关倾向于是具有相对高的“011状态”电阻的低电流器件。因此，需要并联的十个开关来处理全线圈电流。
为了提高相对于上述现有模拟控制系统的操作稳定性，开发了数字控制系统。但是，仍然需要降低这种数字控制系统的复杂程度和成本。
因此，本发明的总的目的是，提供一种使用衰减振荡磁脉冲来处理液体的系统和方法，其克服了现有处理液体的系统和方法的上述缺点和不利。
发明内容
本发明提供一种产生用于处理流动液体的衰减振荡磁脉冲的方法.提供电感线圈和与该线圈串联连接的可控硅整流器(SCR)以形成第一电气回路.诸如MOSFET等的电控开关与所述线圈串联连接以形成第二电气回路.优选地所述开关通常与SCR并联电连接.将AC电压信号施加给所述线圈.所述AC电压信号具有包括第一半周期和与第一半周期的极性相反的第二半周期的周期.当SCR被正向偏置时，在第一半周期的至少一部分期间，传导电流通过第一回路，同时阻止电流传导通过第二回路.当SCR被反向偏置时，在第二半周期的第一部分期间，传导电流通过第二回路，同时阻止电流传导通过第一回路.当流过线圈的电流达到预定值时，在第二半周期的第二部分期间阻止电流流过第二回路，以便中断流过线圈的电流并从而产生衰减振荡磁脉冲.
本发明还提供一种用于产生衰减振荡磁脉冲的系统。该系统包括由AC电压信号供电的电感线圈，该AC电压信号具有包括第一半周期和与第一半周期的极性相反的第二半周期的周期。可控硅整流器(SCR)与线圈串联连接以形成第一电气回路。电控开关与线圈串联连接以形成第二电气回路。所述开关一般与SCR并联电连接。该系统还包括用于当SCR被正向偏置时，在第一半周期的至少一部分期间传导电流通过第一回路，同时阻止电流传导通过第二回路的装置。提供用于当SCR被反向偏置时，在第二半周期的第一部分期间传导电流通过第二回路，同时阻止电流传导通过第一回路的装置。该系统还包括用于当流过线圈的电流达到预定值时，在第二半周期的第二部分期间阻止电流流过第二回路，以便中断流过线圈的电流并从而产生衰减振荡磁脉冲的装置。
本发明还提供在所附的权利要求中阐述的系统的结构和操作方法的其它细节，并且根据本发明的优选实施例的以下详细描述、附图和权利要求本身，这些细节将变得很明显。
附图说明
图1是根据本发明，用于产生处理流动液体的衰减振荡磁脉冲的系统的示意性电路图。
图2是示出根据本发明的单个大衰减振荡脉冲的示波器描迹。
图3是示出根据本发明的跟随有不止一个大衰减振荡脉冲的“自然”衰减振荡脉冲的示波器描迹。
图4是示出根据本发明的一系列六个全的大衰减振荡脉冲的示波器描迹。
具体实施方式
参考附图，由附图标记10总体表示根据本发明的用于产生处理流动液体的衰减振荡磁脉冲的系统。系统10包括具有第一和第二输出端子14、16的输入电源变压器12、线圈IS、SCR 20、三端双向可控硅开关元件22、用作电控开关的MOSFET 24、电流水平开关26、峰值电压检测器28和可编程数字微控制器30。已经发现，可以修改用于产生衰减振荡磁脉冲的数字控制系统，以便成为通过用单个可控硅整流器(SCR)开关来代替MOSFET开关组件的较简单结构并且成本较低。SCR相对于MOSFET可提供较高额定电流并且损耗较低，并且单个器件能容易地处理线圈电流。但是，SCR不能像MOSFET那样被电关断，使得必须通过不同于中断线圈电流脉冲的其它方式来产生高电压“衰减振荡”脉冲，以下将进行更充分的阐述。
再次参考附图，具有并联连接的电感和电容的线圈18具有耦合到变压器12的第一端子14的第一端。这里所说的电容可以是线圈的电容并且在这里被认为只包括线圈的电容，但是，在一些线圈中，杂散电容可以由与线圈平行转换的离散电容器来补充。SCR 20具有与线圈18的第二端31耦合的阴极，以及与变压器12的第二输出端子16耦合的阳极。如图所示，SCR 20的阳极与电气地耦合。三端双向可控硅开关元件22用作SCR的栅极开关。如图所示，三端双向可控硅开关元件22是具有经由栅极电阻34与SCR 20的栅极耦合的第一端子32和与地电势耦合的第二端子36的光耦合三端双向可控硅开关元件。三端双向可控硅开关元件22还包括发光二极管(LED)38，当被激励发光时闭合栅极开关，以便使电流在三端双向可控硅开关元件22的第一和第二端子32、36之间流动。
微控制器30包括经由电阻42与LED 38的阳极耦合的第一输出40、与电流水平开关26耦合的第二输出44和与峰值电压检测器28耦合的第三输出46。电流水平开关26包括与微控制器30耦合的第一输出48和与MOSFET 24的栅极耦合的第二输出50。峰值电压检测器28包括与微控制器30耦合的输出52。数控电流参考分压器54与电流水平开关26的输入耦合，并且可由微控制器30调整。数控电压参考分压器56与峰值电压检测器28耦合，并可由微控制器30调整。
诸如所述的衬底与源极连接的n-沟道IGFET的MOSFET 24包括与地电势耦合的源极，以及经由电流感测电阻58与线圈18的第二端31耦合的漏极。高电压肖特基二极管60具有与线圈18的第二端31耦合的阳极和与峰值电压检测器28的输入62耦合的阴极。
系统10一般优选安装在印刷电路板(未示出)上。但是，两个元件，即线圈18和电源变压器12优选位于印刷电路板(PCB)之外。变压器12提供50-60Hz的AC电压来向线圈18供电。PCB上的主供电元件是SCR 20，其优选是热沉的并且用作可控二极管。当普通二极管被正向偏置(相对于阴极阳极为正电压)时，其传导电流。当SCR被正向偏置时，其将不传导电流，除非栅极(控制)引线也被正向偏置。如果SCR和普通二极管都被反向偏置，那么二者都将阻止电流。
当SCR栅极引线与其阳极(经由电阻器)连接时，当SCR阳极相对于其阴极为正时，SCR将传导电流。这在负电压半周期中出现(在图中SCR阳极被认为是电路地)。由于线圈18在60Hz主要是电感性的(具有一些小的内电阻)，对于正电压半周期的大部分，负电流将继续流过。当电流降为零时，与二极管整流器一样，SCR 20将阻止正电流流过(从阴极到阳极)。当SCR 20关断时，在正电压半周期的剩余期间，SCR上的电压将跳到正电平。在该正电压周期中，微控制器30在线圈18内产生谐振电流和电压脉冲。
当SCR 20关断时，通过首先在正电压周期中的任何时间将MOSFET固态开关24闭合一段短暂时间，来产生线圈18两端的衰减振荡电压脉冲。通过经由电流水平开关26向MOSFET 24的控制电极或栅极施加正电压来使MOSFET 24闭合或使其导通。当MOSFET 24闭合时，将在线圈18中建立正电流(由电流感测电阻58的值和线圈18的电感来确定上升时间)。当电流水平达到指定触发值时，MOSFET开关24突然被电流水平开关26开路(电流水平开关从MOSFET24的栅极去除正电压，这使MOSFET变为不导通)。线圈18的电感和电容值将确定得到的线圈内流动的谐振电流的频率和在SCR 20的两端看到的衰减振荡电压的幅度。衰减振荡的衰减时间由线圈18的内部电阻确定。在正电压期间可以产生多个衰减振荡脉冲(其数量主要由线圈谐振的衰减时间来限定)。在正电压期间，SCR 20的栅极电阻34必须与SCR的阳极断开，以阻止当产生衰减振荡脉冲时SCR接通-这会快速终止该衰减振荡.尝试了切换栅极电阻器34的多种方法(诸如直接或光学耦合的MOSFET和晶体管)，所有这些方法都呈现出操作和性能问题.确定用于切换栅极电阻器34的最佳方法是光学耦合的三端双向可控硅开关元件(如图所示).只需要在负电压半周期开始之前激励三端双向可控硅开关元件22.一旦电流开始在SCR 20中流动，就可以断电三端双向可控硅开关元件22。SCR 20将继续导通直到电流下降到零并且SCR两端的阴极-到-阳极电压为正。有趣的是，当SCR 20关断时，线圈18中出现小的衰减振荡脉冲，这是由存储在线圈电容中的电荷引起的。
主要使用与峰值电压检测器28和电流水平开关26耦合的可编程数字微控制器30并在峰值电压检测器28和电流水平开关26的辅助下来实现系统10的操作。微控制器30不直接与线圈18、SCR 20和MOSFET 24连接-微控制器也不直接观察线圈电压水平。通过高电压肖特基二极管60将线圈电压提供给电流水平开关26和峰值电压检测器28。电流水平开关26和峰值电压检测器28将收到的电压水平分别与由数控分压器54、56设置的参考电压水平进行比较，以便确定其动作。
峰值电压检测器28的主要功能是比较线圈衰减振荡电压信号的电平和由与峰值电压检测器相关的数字分压器56设置的参考电平。如果峰值电平超过给定参考电平，则峰值电压检测器28将存储该事件使得其稍后可被微控制器30读取。在其由微控制器30读取之后，存储的事件被清除。使用峰值电压检测器28来确定峰值电压超过最小期望值并且其没有超过最大值。峰值电压检测器28的第二功能是确定启动时变压器电压的值。微控制器30需要知道变压器电压，因为衰减振荡信号重叠在变压器电压之上。当设置参考电压时，将变压器电压读数与所需的衰减振荡电压水平相加。
电流水平开关26控制用于产生线圈衰减振荡脉冲的MOSFET24。微控制器30向电流水平开关26发送触发脉冲，以便启动衰减振荡。当被触发时，电流水平开关26使MOSFET 24的栅极引线上的电压上升，从而将其接通。MOSFET 24的“接通”电阻比电流感测电阻器58的值小得多。MOSFET 24保持“接通”，直到电流感测电阻器58的线圈连接处(SCR 20的阴极)的电压超过由与电流水平开关26相关的电流参考分压器54设置的参考电压。与确保MOSFET 24关断的电流值对于给定分压器设置是可重复的相比，电阻58和参考电压的值不那么重要。微控制器30的作用是，调整电流水平开关26的分压器54以便实现线圈“衰减振荡”的所需电压水平。
在包含在微控制器内的软件中执行微控制器30的所有操作。现在来描述该软件程序的功能。当首先对系统10加电时，SCR 20和MOSFET 24都关断(即，没有电流流过线圈18)。微控制器30的第一任务是测试来自变压器12的线圈电源电压的存在。这可以通过将峰值电压检测器28设置为低电平并监视输出来完成。可选择方法是监视在电流水平开关26中提供的抽头，当线圈电压为负时其读取零，而当线圈电压变为正时其上升到+5V。微控制器30在行动前等待直到其观察到两个交替的50-60Hz电源线电压周期。当检测到AC线圈电压时，微控制器30在其使电压参考分压器56的电平上升的同时，通过监视峰值电压检测器28的输出来测量其峰值电平。将峰值电平读数保留在微控制器30中并被用作偏移，用于调整产生的重叠在线圈电源电压之上的衰减振荡脉冲的电平。
下一个软件任务是接通SCR 20，这是每个电压周期发生一次的周期性任务.就在正电压周期结束之前(在该“正”周期期间，SCR的阳极-到-阴极电压为负，因为SCR阳极被用作地-参考)，通过对其光耦合的LED38供电，来接通SCR的栅极开关或三端双向可控硅开关元件22.当SCR 20两端的负电压接近2伏时，SCR将开始传导电流，此时，去除对栅极开关LED 38的供电。SCR 20将在不对栅极开关22供电上保持锁定，直到SCR 20的电流下降为零。
通过第二周期性软件任务来产生衰减振荡脉冲。该任务等待直到SCR 20关断并且检测到正线圈电压(其是接近峰值线圈电压高度的突跳)。该任务等待几毫秒，以便允许(当SCR 20关断时出现的)小的线圈衰减振荡逐渐消失。为了产生高电压衰减振荡脉冲，所述软件将触发信号发送到电流水平开关26，其接通MOSFET 24，允许正电流在线圈18中上升。所述任务监视电流水平开关26，等待电流水平开关发出电流水平已经上升到触发点并且MOSFET 24已经关断的信号。所述任务等待几毫秒，以便确保在行动前线圈衰减振荡已经逐渐消失。在正线圈电压周期内可以产生六个衰减振荡脉冲。
在负电压周期期间，微控制器30确定峰值电压检测器28是否已被触发，这表示衰减振荡信号超过了在电压参考分压器56中设置的参考电平。可以将电压参考分压器56设置为最小或最大的所需峰值电压水平。如果将电压参考分压器56设置为最小峰值电压，并且峰值电压检测器28还没有被触发，则微控制器30将增大电流参考分压器54的电平并且使电压参考分压器56保持在最小电平。如果电压参考分压器56被设置为最小峰值电压，并且峰值电压检测器28已经被触发，则微控制器30将保持电流参考分压器54的电平并且将电压参考分压器56改变为最大电平。如果将电压参考分压器56设置为最大电平，并且峰值电压检测器28已经被触发，则微控制器30将减小电流参考分压器54的电平并且将电压参考分压器56保持在最大电平。如果将电压参考分压器56设置为最大电平，并且峰值电压检测器28还没有被触发，则微控制器30将保持电流参考分压器54的电平并且将电压参考分压器56改变为最小电平。上述动作将在最小和最大所需值之间移动并保持衰减振荡脉冲的峰值电压水平。上述逻辑方式用作用于衰减振荡电压脉冲的数字电压调节器。
同时，在负电压周期期间，微控制器30读取附加到SCR 20的热沉的负温度系数(NTC)热敏电阻(未示出)的电阻值。如果电阻下降到低于折合到为SCR的热沉指定的最大温度(其低于SCR的破坏电平)的值，微控制器30将关断SCR并且停止产生衰减振荡脉冲。微控制器30将继续周期性地读取热敏电阻，并且当确定SCR温度下降到安全水平时，微控制器将自动恢复操作。在印刷电路板底部可以是两种状态的LED(未示出)-最好是一个红色一个绿色-可通过控制器盖中的孔看到。当微控制器30已经确定衰减振荡脉冲的电压水平在所需范围内时，绿色LED被点亮，否则红色LED被点亮。优选地提供单极双掷继电器触点(未示出)，用于远程监视所述状态-当绿色LED被点亮时，为继电器供电。
上述SCR开关的电路的功能如下：SCR(可控硅整流器)用作具有可控接通能力的二极管。当在“正向”(相对于阴极正向偏置的阳极为正)施加电压时，二极管将传导电流。然而，如果电流不在其“栅极”电路中流过，则当正向偏置时，SCR也不导通。如果不施加栅极电流，SCR即使当正向偏置时也将阻止电流的流动。当电流流动的方向相反(阴极到阳极是相反电流方向)时，SCR和二极管都将阻止电流的流动。在已经接通SCR之后，不能通过去除其栅极电流来关断SCR。只能通过使电流流动方向相反来关断SCR。在此，其作用与硅二极管(整流器)相同。因此其名称为“可控硅整流器”。
使用此作为背景，Dolphin处理的正常周期如下。线圈、变压器和SCR开关都串联连接。当时变(每秒50或60个周期)变压器电压向SCR施加正向偏置时，施加栅极电流并且SCR传导电流通过线圈。当导通时，SCR从阳极到阴极具有很低的电压降(一般小于或等于1伏)，使得其用作几乎完美的开关。在现有器件的电路板上，MOSFET(金属氧化物硅场效应晶体管)被用作开关，并且这些MOSFET比SCR具有更大的“正向”电压降，并且比SCR消耗更多热量。因此，在现有器件中，使用十个并行连接的MOSFET来承载线圈电流，而在根据本发明的器件中，单个SCR将具有相同的作用，具有较低的总功率损耗。
当线圈电流试图反向时，SCR关断并且允许电压在其两端上升，与二极管相同。当电流反向时，SCR将阻止电流流过。因为线圈两端的电压和电流彼此相位相差几乎90度，当在线圈两端仍然存在相当大的电压时，电流通过零(反向)。这使得线圈可以由于存储在其杂散电容中的能量而在低电压水平“衰减振荡”。在该初始的小的或自然的“衰减振荡”脉冲逐渐消失之后，允许通过闭合MOSFET开关在线圈中构建小的电流。该开关不承载主线圈电流，所以小的开关可用于这种“再充电”功能。
当该电流已经达到预置水平时，关断MOSFET，并且线圈电压再次“衰减振荡”，这次根据允许构建的电流的量，在较高电压水平产生大的衰减振荡脉冲。调节器电路测量该“衰减振荡”电压的峰值并与所需值进行比较，其中，所需值作为数值存储在电路板上的微处理器芯片中。如果电压太低，则在衰减振荡脉冲已经消失之后，微处理器再次接通MOSFET并且在较长时间保持其“接通”，允许比以前构建更多的线圈电流。然后，关断MOSFET，并且重复大的衰减振荡脉冲。
如果脉冲电压太高，则微处理器对于下一个脉冲减少MOSFET开关的“接通时间”，使得构建较少的线圈电流。然后MOSFET关断，再次测量衰减振荡电压。当衰减振荡电压已经达到所需水平时(其落入微处理器中存储的电压的“窗口”范围内)，调节器“记住”这一点，并且调节器将用于后续脉冲的MOSFET的“接通”时间固定在该值，除非脉冲电压再次漂移到所述“窗口”之外。如果在操作期间线圈电阻随着线圈温度的改变而改变，则这种情况会发生。如果发生了这种情况，则重复前述步骤，直到电压再次在“窗口”之内。在SCR开关被来自电源变压器的施加的电路电压反向偏置的间隔期间，产生所有大的“衰减振荡”脉冲。SCR允许衰减振荡脉冲发生(在该间隔期间栅极电流为零)，即使衰减振荡脉冲电压有时将使SCR电压转换为“正向”偏置条件。当这种情况发生时，与二极管不同，SCR将不接通，因为其栅极电流被栅极驱动开关保持为零。不能使用二极管开关，因为其将导通并破坏“衰减振荡”脉冲。
可以将几个大的衰减振荡脉冲插入在该反向偏置时间间隔中。如果需要更多电压，则增加存储在微处理器中的“电压窗口”数量。然后调节器如上进行操作，以迫使电压向上。则需要更多的时间用电流来“充电”线圈，因此在间隔中可以产生更少脉冲；反之亦然。
可以使用其它技术来产生与上述相似的衰减振荡脉冲.如上所述，优选的技术使用线圈的电感作为能量存储元件，以便产生衰减振荡电压，因此其比必须将能量存储在其它地方的方法要简单.然而，可以使用存储所需脉冲能量的任何器件来产生衰减振荡脉冲.例如，可以将电容器充电到150伏(或任何其它所需电压)，并且在线圈电流的“关断时间”切换到线圈两端.这也将产生衰减振荡脉冲，但是其需要高的电压电源和额外的电容器.该方法还会增大“衰减振荡”电路中的电容，并且造成比我们的方法更低的“衰减振荡”频率.优选的方法使用线圈的不可避免的“杂散”电容作为谐振电容，并产生最高的可能的衰减振荡频率.
如图1所示并且如上所述的器件的性能的一系列测试使用工作台上的数字示波器产生图2、3和4所示的结果。可以看出，本发明的控制电路可以将几个(在这种情况下为六个)大的衰减振荡脉冲固定在变压器电流脉冲之间的可用“关断”时间窗口内。可以通过经由计算机编程接口输入一个数到控制程序来选择大的衰减振荡脉冲的数量。图2示出来自组的单个脉冲；左侧的打印表示两个水平光标线(白色)，以208伏相隔。扫描速度是100μs/刻度。电压标尺是50V/刻度。
在图3中看出，当SCR关断时，第一个“自然”衰减振荡的峰-峰值大约为75伏。然后到来由控制电路引起的大的衰减振荡，大的衰减振荡脉冲的电压比小的“自然”衰减振荡脉冲大三到四倍之间。注意，在图3中可看到不止一个大的衰减振荡脉冲。这里扫描速度是200μs/刻度并且电压标尺是50V/刻度。
最后，在图4中可以看到全部六个大的衰减振荡脉冲。这些适合用于该尺寸(一英寸)器件的接近8毫秒的“SCR关断”时间。使用较大的线圈，该时间可以更短并将适于更少脉冲。这里扫描速度为2ms/刻度，并且电压标尺是50V/刻度。
总之，实现本发明的系统和方法使用SCR来处理主线圈电流并使用单个MOSFET开关在主电流脉冲结束之后使相对小的电流流过电流线圈。然后通过关断该开关来产生一个或多个大的衰减振荡脉冲。在通过线圈的电流为零的间隔期间，可以用这种方式产生几个衰减振荡脉冲，并且已经实现产生高达六个脉冲。
本领域技术人员可以理解，可以在不偏离本发明的范围的情况下，对本发明的上述实施例进行多种修改和替换。因此，本说明书的上述部分是为了说明起见，不应该是限制性的。

Claims (22)

1.一种用于电磁处理液体流的方法，所述方法的特征在于下列步骤：
提供线圈装置，该线圈装置围绕所述流并具有彼此并联的电感和电容；
提供AC电压源，具有包括一个极性的第一半周期和与第一半周期极性相反的第二半周期的周期；
将第一开关与所述AC电压源和线圈装置串联连接，所述第一开关与所述线圈装置和AC电压源形成第一电气回路；
提供电控第二开关，与所述线圈装置和AC电压源串联连接以形成第二电气回路；
使用微控制器来控制第一开关，以便在AC电压源的每个第一半周期的至少一部分期间，传导来自AC电压源的电流在一个方向上通过第一开关和线圈装置，以及在AC电压源的每个第二半周期期间，不使电流在与所述一个方向相反的方向上传导通过第一开关；
提供耦合到所述微控制器的峰值电压检测器；
在AC电压源的每个第二半周期期间，执行下列连续子步骤至少一次：首先使用所述微控制器和所述峰值电压检测器打开所述第二开关以将AC电压源与所述线圈装置连接以便向线圈装置添加电能，然后关闭所述第二开关使所述AC电压源与所述线圈装置断开以便在所述线圈装置中产生衰减振荡电流脉冲；以及
通过经由所述微控制器和所述峰值电压检测器来调节所述第二开关，来调节所述衰减振荡脉冲。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一开关是可控硅整流器SCR。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当SCR被正向偏置时，在第一半周期的至少一部分期间传导电流通过第一电气回路，同时阻止电流传导通过第二电气回路；
当SCR被反向偏置时，在第二半周期的第一部分期间传导电流通过第二电气回路，同时阻止电流传导通过第一电气回路；以及
当流过线圈的电流达到预定值时，在第二半周期的第二部分期间阻止电流流过第二电气回路，以便中断电流流过线圈并从而产生衰减振荡磁脉冲。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，提供电控第二开关的步骤包括：提供电控第二开关使其与SCR电气并联连接。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，提供电控第二开关的步骤包括：提供MOSFET。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，控制第一开关的步骤包括：将触发信号发送到SCR的栅极，以及在SCR变为导通后，随即从栅极去除触发信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，发送触发信号的步骤包括下列步骤：
提供耦合到所述SCR的三端双向可控硅开关元件；
启动所述三端双向可控硅开关元件以便将触发信号传递给SCR的栅极，此后，使三端双向可控硅开关元件失效以便从SCR的栅极去除触发信号。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括调节衰减振荡电流脉冲的电压的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述调节步骤包括：调节衰减振荡电流脉冲的电压，使其位于预定最小值和预定最大值之间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述调节步骤进一步包括：测量启动时线圈装置两端的AC电压，并使用启动时的AC电压作为偏移。
11.根据权利要求3所述的方法，进一步包括步骤：在执行传导电流通过第一和第二电气回路的步骤之前，启动时完成预定数量的AC电压信号周期。
12.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤：监视SCR的温度，并且当SCR的温度超过预定最大值时，随即停止传导电流通过SCR。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：当SCR的温度降低到低于预定最大值时，恢复通过SCR的受控电流传导。
14.一种用于电磁处理液体流的系统，所述系统包括：
线圈装置，该线圈装置围绕所述流并具有电感和电容；
提供AC电压源的装置，所述AC电压源具有包括一个极性的第一半周期和与第一半周期极性相反的第二半周期的周期；
与AC电压源和线圈装置串联连接的第一开关，所述第一开关与线圈装置和AC电压源形成第一电气回路；
电控第二开关，与线圈装置和AC电压源串联连接形成第二电气环路；
微控制器，控制第一开关以便在AC电压源的每个第一半周期的至少一部分期间，传导来自AC电压源的电流在一个方向上通过第一开关和线圈装置，以及在AC电压源的每个第二半周期期间，不使电流在与所述一个方向相反的方向上传导通过第一开关；以及
耦合到所述微控制器的峰值电压检测器，所述峰值电压检测器和微控制器用于在AC电压源的每个第二半周期期间执行至少一次打开所述第二开关将AC电压源与所述线圈装置连接以便向线圈装置添加电能，然后关闭所述第二开关使所述AC电压源与所述线圈装置断开以便在所述线圈装置中产生衰减振荡电流脉冲以及调整所述衰减振荡电流脉冲。
15.如权利要求14所述的系统，其中，
所述第一开关是可控硅整流器SCR。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第二开关与SCR电气并联连接。
17.根据权利要求14所述的系统，进一步包括用于当SCR被正向偏置时，在第一半周期的至少一部分期间将触发信号发送到SCR的栅极，以及在SCR变为导通后随即从栅极去除所述触发信号的装置。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，用于发送触发信号的装置包括三端双向可控硅开关元件，当被启动时，将触发信号传递到SCR的栅极，以及当被失效时，从SCR的栅极去除触发信号。
19.根据权利要求14的系统，其中，所述电控第二开关是MOSFET。
20.根据权利要求14的系统，还包括用于调节衰减振荡电流脉冲的电压的装置。
21.根据权利要求20的系统，其中，所述调节装置包括用于将衰减振荡电流脉冲的电压调节为位于预定最小值和预定最大值之间的装置。
22.根据权利要求15的系统，进一步包括用于监视SCR的温度，以及当SCR的温度超过预定最大值时，随即停止传导电流通过SCR的装置。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6751670B1 (en) * 1998-11-24 2004-06-15 Drm Technologies, L.L.C. Tracking electronic component
WO2004068320A2 (en) * 2003-01-27 2004-08-12 Vincent Wen-Jeng Lue Method and apparatus for adapting web contents to different display area dimensions
US7524423B2 (en) * 2004-12-10 2009-04-28 Clearwater Systems Corporation System and method of generating a ringing magnetic pulse for the treatment of flowing liquids
US7704364B2 (en) * 2005-10-11 2010-04-27 Evapco, Inc. Full wave rectified power water treatment device
US7981288B2 (en) * 2005-11-21 2011-07-19 Evapco, Inc. Pulse resonating device
WO2007133634A1 (en) * 2006-05-09 2007-11-22 Clearwater Systems Corporation Pulsed power water treatment
US20080083468A1 (en) * 2006-09-22 2008-04-10 Eaton Corporation Magnetic filtering hose
US20080311639A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Tajchai Navapanich Pulsed electric field apparatus and methods for ethanol production
US20080311638A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Optiswitch Technology Corporation Shock wave apparatus and methods for ethanol production
US8273251B2 (en) * 2007-09-07 2012-09-25 Clearwater Systems Corporation Use of electromagnetic pulses in cross-flow filtration systems
US20090071889A1 (en) * 2007-09-10 2009-03-19 Juan Manuel Corpa Arenas Magnetic field generating device for polarizing fluids and distribution components using the same
US20090095352A1 (en) * 2007-10-11 2009-04-16 Clearwater Systems Corporation Large scale pulsed energy water treatment system
US9227859B2 (en) 2008-03-06 2016-01-05 Griswold Water Systems System and method for using AC and DC sensors for water treatment
US7977933B2 (en) * 2008-03-06 2011-07-12 Griswold Water Systems High voltage sensor circuit
IES20080879A2 (en) * 2008-10-31 2010-03-03 Austin Darragh Apparatus for delivering electromagnetic energy into a solution
WO2010101461A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-10 Technische Universiteit Eindhoven Device and method for treating cells
FI124831B (fi) * 2010-03-10 2015-02-13 Upm Kymmene Oyj Menetelmä ja reaktori kalsiumkarbonaatin in-line-valmistamiseksi paperimassavirtaukseen
CN102556400A (zh) * 2010-12-30 2012-07-11 上海古鳌电子科技股份有限公司 一种捆钞机烫头控制电路
US9181113B2 (en) * 2011-02-25 2015-11-10 Msl Oilfield Services Limited Method and system for injecting RF signal into a fluid-containing system
JP4932047B1 (ja) * 2011-06-30 2012-05-16 楽天株式会社 コンテンツ又はアプリケーションの提供システム、コンテンツ又はアプリケーションの提供システムの制御方法、端末装置、端末装置の制御方法、認証装置、認証装置の制御方法、プログラム、及び情報記憶媒体
TWI456382B (zh) 2011-10-03 2014-10-11 Leadtrend Tech Corp 電源供應器、用於電源供應器的電源管理裝置及用於電源管理裝置之低電壓保護以及過溫度保護之方法
CN103036454A (zh) * 2011-10-08 2013-04-10 通嘉科技股份有限公司 电源供应器、电源管理装置及低电压和过温度保护的方法
US9708205B2 (en) 2013-01-31 2017-07-18 Reverse Ionizer Systems, Llc Devices for the treatment of liquids using plasma discharges and related methods
US9481588B2 (en) * 2013-01-31 2016-11-01 Reverse Ionizer Systems, Llc Treating liquids with electromagnetic fields
NO347105B1 (no) * 2013-02-05 2023-05-15 Roxar Flow Measurement As Konduktivitetsmåling
AU2014203279B2 (en) * 2013-06-19 2019-01-24 Hydrosmart A Liquid Treatment Device
US20160207801A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Basic Water Solutions, LLC Systems and Methods for Conditioning Water
US10401203B2 (en) * 2015-12-09 2019-09-03 Baker Hughes Incorporated Multi-frequency micro induction and electrode arrays combination for use with a downhole tool
NO20170503A1 (en) 2017-03-28 2018-10-01 Roxar Flow Measurement As Flow measuring system
US10566971B2 (en) 2017-08-23 2020-02-18 Honeywell International Inc. Adaptive proximity sensor
US10692619B2 (en) 2018-01-03 2020-06-23 Reverse Ionizer Systems, Llc Methods and devices for treating radionuclides in a liquid
US10626030B2 (en) * 2018-02-07 2020-04-21 Anthony J. Orler Electromagnetic fluid separation and combination
US10974977B2 (en) 2018-02-07 2021-04-13 Anthony J. Orler Electromagnetic fluid separation and combination
US10183881B1 (en) 2018-03-20 2019-01-22 Reverse Ionizer Systems, Llc Systems and methods for treating industrial feedwater
US11554972B2 (en) * 2019-06-10 2023-01-17 H2oElite LLC Treating water using a non-uniform magnetic field
MX2022016299A (es) * 2020-06-17 2023-06-09 Awe Tech Llc Destruccion de patogenos y microorganismos transportados por el aire sobre granos y alimentos secos utilizando ultrasonidos.
GB202105017D0 (en) 2021-04-08 2021-05-26 Msl Oilfield Services Ltd Fluid treatment apparatus
US11634344B2 (en) * 2021-09-10 2023-04-25 Go Green Global Technologies Corp Apparatus and method for treating substances using asymmetric-vector electrical fields

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5106491A (en) * 1989-07-04 1992-04-21 Elfriede Schulze Device for eliminating boiler scale using arrangement of magnetic coils and baffle plates
CN1162870A (zh) * 1997-02-03 1997-10-22 中国人民解放军军械工程学院 多功能电磁脉冲模拟器
US5738766A (en) * 1996-05-17 1998-04-14 Nathan Jefferson Enterprises, Inc. Device for neutralizing and preventing formation of scale and method
US6063267A (en) * 1998-07-16 2000-05-16 Clearwater Systems, Llc Apparatus for treating flowing liquid with electromagnetic flux

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5304302A (en) * 1990-04-06 1994-04-19 Gerdi Bossert Apparatus for treating a liquid with alternating magnetic and electric fields
US6193878B1 (en) * 1995-01-25 2001-02-27 Zpm, Inc. Multi-modal method and apparatus for treating a solution
IT1280397B1 (it) * 1995-03-14 1998-01-20 Iat Istituto Analitico Tuscane Dispositivo decalcificatore anticalcare a risonanza variabile, collegato a trasformatore del tipo a rifasamento sequenzionale
NL1011304C2 (nl) * 1999-02-15 2000-08-17 Jan Pieter De Baat Doelman Stelsel voor het behandelen van vloeistoffen.
US6641739B2 (en) * 2001-12-14 2003-11-04 Clearwater Systems, Llc Process of forming an oxidizing agent in liquid by use of ringing magnetic flux
US7524423B2 (en) * 2004-12-10 2009-04-28 Clearwater Systems Corporation System and method of generating a ringing magnetic pulse for the treatment of flowing liquids
US7981288B2 (en) * 2005-11-21 2011-07-19 Evapco, Inc. Pulse resonating device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5106491A (en) * 1989-07-04 1992-04-21 Elfriede Schulze Device for eliminating boiler scale using arrangement of magnetic coils and baffle plates
US5738766A (en) * 1996-05-17 1998-04-14 Nathan Jefferson Enterprises, Inc. Device for neutralizing and preventing formation of scale and method
CN1162870A (zh) * 1997-02-03 1997-10-22 中国人民解放军军械工程学院 多功能电磁脉冲模拟器
US6063267A (en) * 1998-07-16 2000-05-16 Clearwater Systems, Llc Apparatus for treating flowing liquid with electromagnetic flux

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Publication number Publication date
WO2006062784B1 (en) 2006-11-23
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DE602005012542D1 (de) 2009-03-12
US20090236294A1 (en) 2009-09-24
IL182571A0 (en) 2007-07-24
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HK1107079A1 (en) 2008-03-28

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