DE3641058C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur
Speisung eines Ultraschallgebers, insbesondere für ein
Zahnsteinentfernungsgerät, mit einem magnetostriktiven
Wandler, welcher eine Erregerspule aufweist, und mit einer
Steuereinrichtung, welche die Speisung der Erregerspule mit
Erregersignalen bewirkt, deren Impulsrate auf die Resonanz
frequenz des magnetostriktiven Wandlers einstellbar ist,
wobei der Erregerspule des magnetostriktiven Wandlers zu
Beginn jeder Inbetriebsetzung zunächst Erregerimpulse mit
unterschiedlichen Impulsraten zugeführt werden, wobei der
die Erregerspule jeweils durchfließende Strom ermittelt
wird, wobei die Impulsrate derjenigen Erregerimpulse bestimmt
wird, bei der der magnetostriktive Wandler in Resonanz
ist, und wobei anschließend die Abgabe der Erregerimpulse
mit der betreffenden bestimmten Impulsrate fortgesetzt
wird.
Es ist bereits ein Ultraschallgenerator mit einem magneto
striktiven Wandler sowie mit einem Oszillator bekannt (DE-OS
29 29 646), der ein ein periodisches An- und Abschalten des
Wandlers bewirkendes Signal liefert und dessen Frequenz
durch eine Regelspannung auf die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven
Wandlers nachregelbar ist. Zur Erzeugung der
Regelspannung dient dabei ein Integrationsglied, welches im
Takte des Ab- und Anschaltens des Wandlers geladen und/oder
entladen wird und welches aus der Summe einer festen Spannung
und der Rückschlagspannung, die am Wandler bzw. an
dessen Wicklung beim periodischen Ab- und Anschalten des
Wandlers auftritt, die Regelspannung gewinnt. Durch diese
Maßnahme ist es zwar möglich, bei Bekanntsein der Resonanzfrequenz
des magnetostriktiven Wandlers diesen bei dieser
Frequenz betreiben zu können. Wenn sich die Resonanzfrequenz
des magnetostriktiven Wandlers jedoch ändert, wie
durch Alterungseinflüsse, dann arbeitet der bekannte Ultraschallgenerator
nicht mehr in der gewünschten Weise.
Aus der US-PS 42 75 363 ist bereits eine Anordnung bekannt,
bei der ebenfalls der Erregerspule eines magnetostriktiven
Wandlers zu Beginn jeder Inbetriebnahme zunächst Erregerimpulse
mit unterschiedlichen Impulsfrequenzen zugeführt werden,
der die Erregerspule jeweils durchfließende Strom ermittelt
wird, die Impulsfrequenz derjenigen Erregerimpulse
bestimmt wird, bei der der magnetostriktive Wandler in Resonanz
ist und anschließend die Abgabe der Erregerimpulse
mit der betreffenden bestimmten Impulsfrequenz fortgesetzt
wird.
Aus der DE-OS 34 28 523 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung
des Betriebs eines Ultraschallwandlers bekannt, bei
dem vorgesehen ist, daß der Resonanzpunkt eines magnetostriktiven
Wandlers aus dem Stromverlauf durch die Wandlerspule
ermittelt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen,
die es gestattet, auf einfache Weise bei relativ geringem
schaltungstechnischen Aufwand den magnetostriktiven Wandler
stets bei der in einer Inbetriebsetzungsphase genau ermittelten
Resonanzfrequenz desselben zu betreiben.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung
zur Speisung eines Ultraschallgebers, insbesondere für
ein Zahnsteinentfernungsgerät, vorgeschlagen mit einem magnetostriktiven
Wandler, welcher eine Erregerspule aufweist,
und mit einer Steuereinrichtung, welche die Speisung der
Erregerspule mit Erregerimpulsen bewirkt, deren Impulsrate
auf die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers
einstellbar ist, wobei der Erregerspule des magnetostriktiven
Wandlers zu Beginn jeder Inbetriebsetzung zunächst Erregerimpulse
mit unterschiedlichen Impulsraten zugeführt
werden, wobei der die Erregerspule jeweils durchfließende
Strom ermittelt wird, wobei die Impulsrate derjenigen Erregerimpulse
bestimmt wird, bei der der magnetostriktive
Wandler in Resonanz ist, und wobei anschließend die Abgabe
der Erregerimpulse mit der betreffenden bestimmten Impuls
rate fortgesetzt wird, welche Schaltungsanordnung erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Erregerspule
des magnetostriktiven Wandlers die Impulse einer jeweils
vorgegebenen Anzahl von Impulsraten iterativ in jeweils
aufeinanderfolgend kleineren Impulsratenbereichen zugeführt
werden.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit insgesamt
relativ geringem schaltungstechnischen Aufwand ausgekommen
werden kann, um den magnetostriktiven Wandler im Betrieb
stets bei seiner Resonanzfrequenz betreiben zu können, d. h.
bei optimalen Betriebsbedingungen. Dazu wird mit jeder Inbetrieb
setzung zunächst in einer Einmeß- oder Abgleichphase
die jeweils gerade vorliegende Resonanzfrequenz des magnetostriktiven
Wandlers ermittelt, und in der daran sich anschließenden
Betriebsphase wird der magnetostriktive Wandler
dann bei dieser Resonanzfrequenz betrieben. Dies bedeutet,
daß bei der vorliegenden Erfindung eine manuelle bzw. feste
Einstellung der Frequenz entfällt, bei der der magnetostriktive
Wandler arbeiten soll. Im übrigen können die
üblicherweise für einen magnetostriktiven Wandler der
angegebenen Art
verwendeten Lamellenbündel ausgetauscht und durch neue
Lamellenbündel ersetzt werden, ohne daß eine kompli
zierte Neueinstellung des magnetostriktiven Wandlers
damit verbunden ist. In jedem Falle wird die maximale
Leistung von dem Ultraschallgeber und insbesondere von
dem Zahnsteinentfernungsgerät abgegeben, in welchem der
magnetostriktive Wandler verwendet ist. Überdies
spielt eine Drift infolge von Temperatureinflüssen
überhaupt keine Rolle.
Von Vorteil ist ferner, daß bei Verwendung des magneto
striktiven Wandlers in einem Zahnsteinentfernungsgerät
Lamellenbündel unterschiedlicher magnetostriktiver
Wandler verschiedener Behandlungseinheiten ausgetauscht
werden können, und dennoch wird in jedem Falle der
jeweilige magnetostriktive Wandler bei maximaler Lei
stung betrieben.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt eine Anzeige in dem Fall, daß festgestellt
wird, daß die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven
Wandlers außerhalb eines festgelegten Impulsraten
bereiches liegt. Durch diese Maßnahme kann auf relativ
einfache Weise eine Anzeige in dem Fall erhalten wer
den, daß beispielsweise bei einem den magnetostrikti
ven Wandler verwendeten Zahnsteinentfernungsgerät
dessen Behandlungsspitze nicht angezogen ist oder
das Lamellenbündel des betreffenden Wandlers defekt
ist.
Zweckmäßigerweise werden der Erregerspule des magneto
striktiven Wandlers Impulse mit einer vorgegebenen An
zahl von Impulsraten in aufeinanderfolgend kleineren
Impulsratenbereichen zugeführt werden. Hierdurch er
gibt sich der Vorteil, daß auf relativ einfache Weise
die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers
sehr genau bestimmt werden kann.
Vorzugsweise dient zur Ermittlung des die Erreger
spule jeweils durchfließenden Stromes ein zu dieser
Erregerspule in Reihe liegender Widerstand, mit dem
eine Spannungsauswerteschaltung verbunden ist, die
ein der an dem Widerstand jeweils abfallenden
Spannung entsprechendes digitales Signal an die
Steuereinrichtung abgeben. Hierdurch ergibt sich der
Vorteil einer relativ einfachen Möglichkeit der Er
mittlung des die Erregerspule jeweils durchfließenden
Stromes und der Gewinnung einer für die Steuerein
richtung maßgebenden Steuergröße.
Die Spannungsauswerteschaltung weist zweckmäßiger
weise einen mit dem Widerstand verbundenen Spannungs-
Frequenz-Wandler auf, der Impulse mit einer der an
dem Widerstand jeweils abfallenden Spannung ent
sprechenden Impulsrate an einen Zähler abgibt, welcher
die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne auftre
tenden Impulse zählt und dessen am Ende dieser Zeit
spanne jeweils erreichte Zählerstellung in der Steuer
einrichtung übernommen wird. Hierdurch ergibt sich
der Vorteil einer relativ einfach realisierbaren
Spannungsauswerteschaltung.
Eine andere zweckmäßige Ausbildung der Spannungsaus
werteschaltung umfaßt eine an dem Widerstand ange
schlossene Gleichspannungsunterdrückungsschaltung,
welche aus der an dem Widerstand jeweils abfallenden
Spannung die Gleichspannungsanteile unterdrückt und
der eine Tiefpaßschaltung nachgeschaltet ist, welcher
ein Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist, der
ausgangsseitig mit der Steuereinrichtung verbunden
ist. Hierdurch ergibt sich ebenfalls ein relativ
geringer schaltungstechnischer Aufwand hinsichtlich
der Realisierung der Spannungsauswerteschaltung.
Von Vorteil bei der zuletzt betrachteten zweckmäßigen
Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn die Gleich
spannungsunterdrückungsschaltung einen Verstärker
aufweist. Diese Maßnahme bringt den Vorteil mit sich,
daß die von Gleichspannungsanteilen befreite auszu
wertende Spannung einen für die Auswertung aus
reichenden Pegel aufweist.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ausgangsseitig
mit einem weiteren Zähler verbunden, der derart be
trieben ist, daß er ausgangsseitig Impulse mit einer
durch den Wert des jeweiligen digitalen Signals be
stimmten Impulsrate zur Erregung der Erregerspule des
magnetostriktiven Wandlers abgibt. Hierdurch ergibt
sich der Vorteil einer relativ einfach realisierbaren
Steuereinrichtung. Diese Steuereinrichtung braucht
nämlich lediglich die ihr eingangsseitig zugeführten
digitalen Signale für die Ansteuerung des genannten
weiteren Zählers heranzuziehen.
Zweckmäßigerweise ist bei der gerade betrachteten
Ausführungsform der Erfindung mit der Steuereinrich
tung ferner eine Impulssteuereinrichtung verbunden,
welche die Wirksamkeit der von dem genannten weiteren
Zähler abgegebenen Impulse festlegt. Diese Maßnahme
bringt den Vorteil mit sich, daß mit einer besonders
einfachen Steuerung des erwähnten weiteren Zählers
ausgekommen werden kann, dessen jeweils abgegebene
Impulse durch die Impulssteuereinrichtung wirksam
gemacht sind.
Zweckmäßigerweise ist der Impulssteuereinrichtung eine
Impulsbreitensteuereinrichtung nachgeschaltet, welche
die Breite der von der Impulssteuereinrichtung jeweils
abgegebenen Impulse einzustellen gestattet. Durch
diese Maßnahme gelingt es auf besonders einfache Weise,
die Intensität des magnetostriktiven Wandlers steuern
zu können.
Zweckmäßigerweise ist mit der Steuereinrichtung ein
Stellglied verbunden, welches an die Steuereinrich
tung eine Einstellspannung abgibt, durch die die
Intensität der an die Erregerspule des magneto
striktiven Wandlers jeweils abgegebenen Impulse
einstellbar ist. Diese Maßnahme dient vorzugsweise
dazu, die Breite der von der Impulssteuereinrichtung
abgegebenen Impulse mittels der Impulsbreitensteuer
einrichtung einzustellen.
Von Vorteil ist es schließlich, wenn die Erregerspule
des magnetostriktiven Wandlers im Kollektorkreis
eines Transistors liegt, in dessen Emitterkreis der
genannte Widerstand liegt und dessen Basis die Er
regerimpulse zugeführt werden. Hierdurch ergibt sich
nämlich eine besonders einfache Möglichkeit der
Speisung der Erregerspule und der Ermittlung des
diese jeweils durchfließenden Stromes.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend
beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Ausführungs
form der Schaltungsanordnung gemäß der
Erfindung.
Fig. 2 zeigt in einem Blockdiagramm eine Spannungs
auswerteschaltung, die anstelle einer bei der
Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 verwendeten
Spannungsauswerteschaltung verwendet werden
kann.
Fig. 3a) bis d) zeigen Signal- bzw. Impulsverläufe,
auf die im Zusammenhang mit der Erläuterung
der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung
Bezug genommen wird.
Fig. 4a) bis d) zeigen Signal- bzw. Impulsverläufe,
auf die im Zusammenhang mit der Erläuterung
der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung
Bezug genommen wird.
In Fig. 1 ist in einem Blockschaltbild eine Schal
tungsanordnung zur Speisung eines Ultraschallgebers
gezeigt, der insbesondere für ein Zahnsteinent
fernungsgerät dienen soll und der einen magneto
striktiven Wandler mit einer Erregerspule 1 aufweist.
Die Erregerspule 1 liegt im Kollektorkreis eines
Transistors 2, bei dem es sich im vorliegenden Fall
um einen npn-Transistor handelt. Im Emitterkreis
des Transistors 2 ist ein Widerstand 3 vorgesehen,
der ein ohmscher Widerstand ist und der hier als
Meßwiderstand dient. Dieser Widerstand 3 liegt mit
seinem der Verbindung mit dem Emitter des Transistors 2
abgewandten Ende an Erde bzw. auf Massepotential. Die
Erregerspule 1 liegt mit ihrem der Verbindung mit dem
Kollektor des Transistors 2 abgewandten Ende an einem
Schaltungspunkt, der eine Spannung von +U von bei
spielsweise 12 V führen kann.
Am Schaltungspunkt 4 zwischen dem Emitter des
Transistors 2 und dem Widerstand 3 ist eine Spannungs
auswerteschaltung angeschlossen, die gemäß Fig. 1
einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer (U-f-Umsetzer) 5
und einen diesem Umsetzer 5 nachgeschalteten Zähler 6
umfaßt. Die Aufgabe der Spannungsauswerteschaltung
besteht darin, die an dem Widerstand 3 jeweils ab
fallende Spannung zu ermitteln und ein dieser
Spannung entsprechendes digitales Signal abzugeben,
und zwar an eine Steuereinrichtung 7. Dazu gibt der
Spannungs-Frequenz-Wandler 5 ausgangsseitig Impulse
mit einer der an den Widerstand 3 jeweils abfallenden
Spannung entsprechenden Impulsrate an den Zähleingang T
des Zählers 6 ab, der diese Impulse zählt. Der Zäh
ler 6 wird von der Steuereinrichtung 7 her an einem
Eingang G gesondert freigegeben, und an einem Ein
gang CLR erhält der Zähler 6 Rückstellsignale zuge
führt, die ihn jeweils in eine definierte Ausgangs
zählerstellung, insbesondere die Null-Zählerstellung
bringen. Der Zähler 6 kann somit während einer vorge
gebenen Zeitspanne auftretende Impulse von dem
Spannungs-Frequenz-Wandler 5 her zählen. Seine am
Ende dieser Zeitspanne jeweils erreichte Zähler
stellung wird dann in der Steuereinrichtung 7 über
nommen. Diese Zählerstellung, die N Bits umfaßt,
stellt das erwähnte digitale Signal dar, welches von
der Spannungsauswerteschaltung, d. h. von dem Zähler 6
an die Steuereinrichtung 7 abgegeben wird.
Die Steuereinrichtung 7 ist ausgangsseitig mit einem
weiteren Zähler 8 verbunden, der von der Steuerein
richtung 7 derart betrieben wird, daß er ausgangs
seitig Impulse mit einer durch den Wert des je
weiligen digitalen Signals - vom Ausgang des Zäh
lers 6 her - bestimmten Impulsrate zur Verfügung
stellt. Diese Impulse werden gemäß Fig. 1
der Basis des Transistors 2 zugeführt; sie dienen
damit zur Erregung der Erregerspule 1 des magneto
striktiven Wandlers.
Mit der Steuereinrichtung 7 ist ferner eine Impuls
steuereinrichtung 9 verbunden, welche während einer
festgelegten Zeitspanne T Impulse bestimmter Dauer
abgibt, die in Verbindung mit den vom Ausgang des
weiteren Zählers 8 abgegebenen Erregerimpulsen dazu
dienen, die Dauer festzulegen, während der die von
dem weiteren Zähler 8 insgesamt abgegebenen Erreger
impulse wirksam sind, d. h. zu einer Erregung der
Erregerspule 1 führen. Dabei ist vorzugsweise der
Impulssteuereinrichtung 9 eine Impulsbreitensteuer
einrichtung 10 nachgeschaltet, welche die Breite der
von der Impulssteuereinrichtung jeweils abgegebenen
Impulse einzustellen gestattet, wie dies in Fig. 1
durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Ein
stellung der Breite der von der Impulssteuereinrich
tung 9 abgegebenen Impulse in der Impulsbreitensteuer
einrichtung erfolgt ebenso wie die Festlegung der von
der Impulssteuereinrichtung 9 abzugebenden Impulse
sowie deren Impulsfolge durch die Steuereinrichtung 7.
Mit der Steuereinrichtung 7 ist gemäß Fig. 1 ein
Stellglied 11 verbunden, bei dem es sich beispiels
weise um ein Potentiometer handeln kann, welches
mittels eines Fußschalters einstellbar ist und welches
eine seiner jeweiligen Einstellung entsprechende Aus
gangsspannung abgibt, die beispielsweise zwischen
0 und 10 V liegen kann.
Mit der Steuereinrichtung 7 ist schließlich noch
eine Anzeigeeinrichtung 13 verbunden, die durch eine
Glühlampe oder durch eine Leuchtdiode gebildet sein
kann und die zur Anzeige eines Fehlerzustandes heran
gezogen werden kann, worauf weiter unten noch einge
gangen werden wird.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der im
Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Spannungsaus
werteschaltung gezeigt. Die in Fig. 2 dargestellte
Spannungsauswerteschaltung weist eingangsseitig einen
Verstärker 20 auf, dem ausgangsseitig eine Gleich
spannungsunterdrückungsschaltung nachgeschaltet ist,
der ausgangsseitig eine Tiefpaßschaltung 22 nachfolgt.
Dieser Tiefpaßschaltung 22 ist ein Analog-Digital-
Wandler 23 nachgeschaltet. Die in Fig. 2 dargestellte
Spannungsauswerteschaltung kann anstelle der im
Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Spannungsauswerte
schaltung zwischen dem Schaltungspunkt 4 und der
Steuereinrichtung 7 angeordnet sein. An dieser Stelle
sei angemerkt, daß der Verstärker 20 bei der in
Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung ggfs. auch
entbehrlich ist, und zwar dann, wenn dieser Spannungs
auswerteschaltung eine auszuwertende Spannung mit
relativ hoher Amplitude zugeführt wird.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Schaltungsan
ordnung gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die in
Fig. 3 und 4 dargestellten Impuls- bzw. Signaldiagramme
erläutert werden. Zunächst sei auf die Arbeitsweise
der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung näher
eingegangen.
Zu Beginn jeder Inbetriebsetzung der Schaltungsan
ordnung gemäß der Erfindung wird zunächst in einer
Einmeß- bzw. Abgleichphase die Resonanzfrequenz
des magnetostriktiven Wandlers ermittelt, dessen
Erregerspule 1 zu speisen ist. Dazu werden der Er
regerspule 1 des magnetostriktiven Wandlers zu Be
ginn jeder Inbetriebsetzung zunächst Erregerimpulse
mit unterschiedlichen Impulsraten zugeführt. Hierzu
gibt die Steuereinrichtung 7 zunächst entsprechende
Zähl- bzw. Einstellsignale an den Zähler 8 sowie an
die Impulssteuereinrichtung 9 ab. Die Impulssteuer
einrichtung 9 gibt mit einer zeitlichen Folge von
T aufeinanderfolgende Impulse ab, während deren
jeweiliger Dauer am Schaltungspunkt 12 gemäß Fig. 1
die vom Ausgang des Zählers 8 abgegebenen Impulse
als Erregerimpulse für die Erregerspule 1 wirksam
sind. An dieser Stelle sei bemerkt, daß die Zeit
spanne T und die Impulsdauer d hier konstant gehalten
werden. Es ist aber durchaus möglich, die Dauer T
und die Zeitspanne d zu verändern.
Die zu Beginn jeder Inbetriebsetzung der Schaltungs
anordnung gemäß der Erfindung der Erregerspule 1
zugeführten Erregerimpulse mit unterschiedlichen
Impulsraten führen dazu, daß - abgesehen vom Resonanz
fall des die betreffende Erregerspule aufweisenden
magnetostriktiven Wandlers - an dem Widerstand 3 gemäß
Fig. 1 zunächst Spannungen U 3 mit einem Verlauf auftre
ten, wie er aus Fig. 3a) über die Zeit t ersichtlich ist.
Die am Schaltungspunkt 12 gemäß Fig. 1 auftretenden
Impulse sind hinsichtlich ihres Spannungsverlaufs
über die Zeit t in Fig. 3b) mit U 12 veranschaulicht.
Wenn die Erregerimpulse mit einer Impulsrate auftreten,
bei der der magnetostriktive Wandler in Resonanz ist,
dann tritt am Widerstand 3 gemäß Fig. 1 eine Spannung
U 3 r auf, deren Verlauf in Fig. 3c) angedeutet ist. Die
dabei am Schaltungspunkt 12 gemäß Fig. 1 auftretenden
zugehörigen Erregerimpulse sind hinsichtlich ihres
Spannungsverlaufs U 12 r in Fig. 3d) angedeutet.
Ein Vergleich der in Fig. 3a) und 3c) gezeigten
Spannungsverläufe am Widerstand 3 läßt erkennen,
daß im Resonanzfall des magnetostriktiven Wandlers
die am Widerstand 3 insgesamt abfallende Spannung
höher ist als im Nichtresonanzfall. Eine genaue Unter
suchung der Verhältnisse zeigt, daß die am Widerstand 3
abfallende Spannung dann ihr Maximum hat, wenn der er
wähnte magnetostriktive Wandler in Resonanz ist.
Bezüglich der unterschiedlichen Amplituden der in
Fig. 3b) und 3d) dargestellten Impulse sei angemerkt,
daß diese ebenfalls zur Steuerung der Intensität und
damit der Amplitude des magnetostriktiven Wandlers
ausgenutzt werden können.
Die im Zusammenhang mit Fig. 3b) erwähnte Abgleich-
bzw. Einmeßphase der Schaltungsanordnung gemäß der
Erfindung führt dazu, daß die Resonanzfrequenz des
magnetostriktiven Wandlers ermittelt wird, und zwar
aus der maximalen Spannung, die am Widerstand 3 gemäß
Fig. 1 im Resonanzfall des magnetostriktiven Wandlers
abfällt. In der anschließenden Betriebsphase wird
dann mit dieser Resonanzfrequenz weitergearbeitet,
d. h., daß der Erregerspule 1 des magnetostriktiven
Wandlers anschließend Erregerimpulse mit der Impuls
rate zugeführt werden, bei der die Resonanz des be
treffenden magnetostriktiven Wandlers festgestellt
worden ist.
Die Ermittlung des vorstehend erwähnten Resonanzfalls
erfolgt dadurch, daß das Maximum des Zählerstandes
des Zählers 6 in verschiedenen Zählerzyklen ermittelt
wird. Dazu wird, wie bereits erwähnt, ein vorgege
bener Frequenzbereich in vorgegebenen Frequenzschrit
ten durchfahren. So kann bei einer ersten Einmessung
beispielsweise der Frequenz- bzw. Impulsratenbereich
von 17 kHz bis 19 kHz in Schritten von 200 Hz durchfahren
werden. Dabei werden pro Dauer d Impulse von 10 Impulsraten
in dem Zähler 6 gezählt und abgespeichert. Um die
Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers noch
genauer zu bestimmen, wird dann in einer zweiten
Einmessung in einem kleineren Frequenzbereich ge
arbeitet, wobei das Maximum der vorhergehenden
Messung dazu mittig liegt. Bei dieser zweiten Ein
messung wird beispielsweise der Frequenz bzw. Impuls
ratenbereich von z. B. 17,5 kHz bis 18 kHz in Schritten
von 50 Hz durchfahren (10 Impulsraten). Bei einer ge
gebenenfalls weiteren Einmessung wird beispielsweise
im Bereich von 17,7 kHz bis 17,9 kHz in Schritten
von 20 Hz gearbeitet (10 Impulsraten). Der so schließlich
ermittelte Resonanzwert wird dann in der erwähnten
Betriebsphase weiterbenutzt. Diese
Betriebsphase schließt sich automatisch an die er
läuterte Abgleich- bzw. Einmeßphase an.
Aus der vorstehenden Erläuterung dürfte ersichtlich
sein, daß im Zuge der Abgleich- bzw. Einmeßphase
zunächst in einer Grobmessung und dann in einer oder
mehreren Feinmessungen die Resonanzfrequenz des magne
tostriktiven Wandlers bestimmt wird und daß dann der
Erregerspule des magnetostriktiven Wandlers Erreger
impulse mit einer Impulsrate zugeführt werden, bei der
dieser magnetostriktive Wandler in Resonanz ist. Damit
wird zu Beginn jeder Inbetriebnahme des den magneto
striktiven Wandler aufweisenden Geräts mit wenigen
Meßzyklen ausgekommen, um anschließend den betreffen
den Wandler bei seiner optimalen Frequenz betreiben
zu können. Sollte es indessen nicht möglich sein, den
magnetostriktiven Wandler innerhalb eines festgelegten
Frequenzbereiches in Resonanz zu bringen, so kann die
Steuereinrichtung 7 in diesem Fall eine Anzeige über
die mit ihr verbundene Anzeigeeinrichtung 13 liefern.
Wird bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsan
ordnung anstelle der dort vorgesehenen Spannungsaus
werteeinrichtung mit dem Spannungs-Frequenz-Wandler 5
und dem Zähler 6 die in Fig. 2 dargestellte Spannungs
auswerteschaltung verwendet, so ergeben sich den vor
stehend in Verbindung mit Fig. 3 erläuterten Ver
hältnissen ähnliche Verhältnisse, wie sie aus Fig. 4
ersichtlich sind. In Fig. 4a) ist der Spannungsver
lauf U 24 der am Schaltungspunkt 24 in Fig. 2 auf
tretenden impulsförmigen Spannungen für den Fall ge
zeigt, daß der magnetostriktive Wandler nicht in
Resonanz ist. Die betreffenden impulsförmigen
Spannungen entsprechen dabei den am Widerstand 3 gemäß
Fig. 1 auftretenden Spannungen, allerdings in der
Amplitude verstärkt und von Gleichspannungsanteilen
befreit.
In Fig. 4b) ist die am Schaltungspunkt 25 gemäß Fig. 2
auftretende Ausgangsgleichspannung U 25 veranschau
licht, die unter den in Fig. 4a) gezeigten Verhält
nissen auftritt.
In Fig. 4c) ist der Verlauf der Amplitude U 24 r der
Spannung am Schaltungspunkt 24 gemäß Fig. 2 für den
Resonanzfall des magnetostriktiven Wandlers veran
schaulicht.
In Fig. 4d) ist schließlich der Verlauf der
Spannung U 25 r am Schaltungspunkt 25 gemäß Fig. 2
für die in Fig. 4c) angenommenen Verhältnisse ver
anschaulicht.
Ein Vergleich der Fig. 4a) und 4c) läßt deutlich
erkennen, daß bei Resonanz des magnetostriktiven
Wandlers die am Schaltungspunkt 24 gemäß Fig. 2 auf
tretende impulsförmige Spannung einen deutlich anderen
Verlauf hat als im sonstigen Fall. Ein Vergleich der
in Fig. 4b) und 4d) gezeigten Spannungsverläufe läßt
erkennen, daß bei Resonanz des magnetostriktiven
Wandlers die am Schaltungspunkt 25 auftretende Gleich
spannung deutlich größer als im Nichtresonanzfall ist.
Im Zusammenhang mit den in Fig. 4 dargestellten Ver
hältnissen sei noch angemerkt, daß während der Dauer
der in Fig. 4a) und 4c) gezeigten impulsförmigen
Spannungsverläufe dem Transistor 2 gemäß Fig. 1 Impulse
unterschiedlicher Impulsraten zugeführt werden, wie
dies im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert worden ist.
Der bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 vorge
sehene Analog-Digital-Wandler 23 kann somit auf die
ihm eingangsseitig zugeführten Spannungen unter
schiedlicher Amplituden ausgangsseitig Digitalsignale
abgeben, die an unterschiedlichen Zählerstellungen
des bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 vorge
sehenen Zähler 6 entsprechen.
Im vorstehenden ist die Arbeitsweise der Erfindung
unter der Annahme erläutert worden, daß die Steuer
einrichtung 7 gemäß Fig. 1 die ihr von der jeweiligen
Spannungsauswerteschaltung zugeführten digitalen
Signale für eine direkte Ansteuerung des Zählers 8
sowie der Impulssteuereinrichtung 9 heranzieht. Mit
dem in Fig. 1 angedeuteten Stellglied 11 kann dabei
die Wirksamkeit der so der Erregerspule 1 des magneto
striktiven Wandlers zuzuführenden Erregerimpulse ver
ändert werden, wie dies beispielsweise im Zusammen
hang mit der Impulsbreitensteuereinrichtung 10 gemäß
Fig. 1 bzw. in Verbindung mit den in Fig. 3d) darge
stellten Impulsen erwähnt worden ist. Es ist jedoch
auch möglich, die erläuterten Maßnahmen zur Steuerung
der Intensität der der Erregerspule 1 des magneto
striktiven Wandlers zuzuführenden Erregerimpulse
gemeinsam auszuführen.
Claims (11)
1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines Ultraschallgebers,
insbesondere für ein Zahnsteinentfernungsgerät,
mit einem magnetostriktiven Wandler, welcher eine Erregerspule
(1) aufweist, und mit einer Steuereinrichtung
(7), welche die Speisung der Erregerspule (1) mit Erregerimpulsen
bewirkt, deren Impulsrate auf die Resonanzfrequenz
des magnetostriktiven Wandlers einstellbar ist,
wobei die Erregerspule (1) des magnetostriktiven Wandlers
zu Beginn jeder Inbetriebsetzung zunächst Erregerimpulse
mit unterschiedlichen Impulsraten zugeführt
werden, wobei der die Erregerspule (1) jeweils durchfließende
Strom ermittelt wird, wobei die Impulsrate
derjenigen Erregerimpulse bestimmt wird, bei der der
magnetostriktive Wandler in Resonanz ist, und wobei anschließend
die Abgabe der Erregerimpulse mit der betreffenden
bestimmten Impulsrate fortgesetzt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der Erregerspule
(1) des magnetostriktiven Wandlers die Impulse
einer jeweils vorgegebenen Anzahl von Impulsraten iterativ in jeweils aufeinanderfolgend
kleineren Impulsratenbereichen zugeführt
werden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung des die
Erregerspule (1) jeweils durchfließenden Stroms ein zu
der Erregerspule (1) in Reihe liegender Widerstand (3)
vorgesehen ist, mit dem eine Spannungsauswerteschaltung
(5, 6; 20, 21, 22, 23) verbunden ist, die ein der an dem
Widerstand (3) jeweils abfallenden Spannung entsprechendes
digitales Signal an die Steuereinrichtung (7)
abgibt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsauswerteschaltung
einen mit dem Widerstand (3) verbundenen
Spannungs-Frequenz-Wandler (5) aufweist, der Impulse mit
einer der an dem Widerstand (3) jeweils abfallenden
Spannung entsprechenden Impulsrate an einen Zähler (6)
abgibt, welcher innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne
(d) auftretende Impulse zählt und dessen am Ende dieser
Zeitspanne jeweils erreichte Zählerstellung in die
Steuereinrichtung (7) übernommen wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsauswerteschaltung
eine an dem Widerstand (3) angeschlossene
Gleichspannungsunterdrückungsschaltung (21) umfaßt,
welche aus der an dem Widerstand (3) jeweils abfallenden
Spannung die Gleichspannungsanteile unterdrückt, und daß
der Gleichspannungsunterdrückungsschaltung (21) eine
Tiefpaßschaltung (22) und dieser ein Analog-Digital-
Wandler (23) nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig mit
der Steuereinrichtung (7) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichspannungsunterdrückungsschaltung
einen Verstärker (20) aufweist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung
(7) ausgangsseitig mit einem weiteren Zähler
(8) verbunden ist, der derart betrieben ist, daß er
ausgangsseitig Impulse mit einer durch den Wert des
jeweiligen digitalen Signals bestimmten Impulsrate
zur Erregung der Erregerspule (1) des magnetostriktiven
Wandlers abgibt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mit der Steuereinrichtung
(7) ferner eine Impulssteuereinrichtung (9) verbunden
ist, welche die Wirksamkeit der von dem genannten
weiteren Zähler (8) abgegebenen Impulse festlegt.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Impulssteuereinrichtung
(9) eine Impulsbreitensteuereinrichtung (10) nachgeschaltet
ist, welche die Breite der von der Impulssteuereinrichtung
(9) jeweils abgegebenen Impulse einzustellen
gestattet.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß mit der
Steuereinrichtung (7) ein Stellglied (11) verbunden ist,
welches an die Steuereinrichtung (7) eine Einstellspannung
abgibt, durch die die Intensität der an die Erregerspule
(1) des magnetostriktiven Wandlers jeweils abgegebenen
Impulse einstellbar ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule
(1) des magnetostriktiven Wandlers im Kollektorkreis
eines Transistors (2) liegt, in dessen Emitterkreis
der Widerstand (3) liegt und dessen Basis die
Erregerimpulse zugeführt werden.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Anzeige in dem Fall erfolgt, daß festgestellt wird, daß die Resonanzfrequenz
des magnetostriktiven Wandlers außerhalb
eines festgelegten Impulsratenbereiches liegt.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863641058 DE3641058A1 (de) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | Schaltungsanordnung zur speisung eines ultraschallgebers, insbesondere fuer ein zahnsteinentfernungsgeraet |
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FR8715147A FR2607651A1 (fr) | 1986-12-01 | 1987-11-02 | Dispositif d'alimentation d'un generateur d'ultrasons, en particulier pour un appareil de detartrage des dents |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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DE3641058C2 true DE3641058C2 (de) | 1989-05-11 |
Family
ID=6315227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102007031168B3 (de) * | 2007-07-04 | 2009-01-02 | Sirona Dental Systems Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer dentalen Ultraschallvorrichtung sowie dentale Ultraschallvorrichtung |
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JPH0630734B2 (ja) * | 1983-08-05 | 1994-04-27 | 多賀電気株式会社 | 超音波変換器駆動制御方法 |
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- 1987-11-02 FR FR8715147A patent/FR2607651A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
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