DE4004541A1 - Method and apparatus for ultrasonic liquid atomization - Google Patents

Method and apparatus for ultrasonic liquid atomization

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DE4004541A1 DE19904004541 DE4004541A DE4004541A1 DE 4004541 A1 DE4004541 A1 DE 4004541A1 DE 19904004541 DE19904004541 DE 19904004541 DE 4004541 A DE4004541 A DE 4004541A DE 4004541 A1 DE4004541 A1 DE 4004541A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung eines Ultraschallwandlers zur Zerstäubung einer Flüssigkeit, wobei ein Ansteuersignal mit einstellbarer Ansteuerfrequenz dem Ultraschallwandler zugeleitet wird. The invention relates to a method for driving an ultrasonic transducer for the atomization of a liquid, wherein a control signal with adjustable drive frequency is supplied to the ultrasonic transducer. Sie bezieht sich wei terhin auf eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Ultraschall wandlers zur Zerstäubung einer Flüssigkeit mit einem steuer baren Oszillator, der ein Ansteuersignal mit einstellbarer Ansteuerfrequenz abgibt und der ausgangsseitig an den Ultra schallwandler angeschlossen ist. It relates continue to impact a device for driving an ultrasonic transducer for atomizing a liquid with a controlled cash oscillator which outputs a drive signal having an adjustable driving frequency and the output side is connected to the ultrasound transducer.

Piezokeramische Ultraschallwandler zur Zerstäubung von Flüssig keiten werden in verschiedenen Einrichtungen eingesetzt, zum Beispiel in Inhalationsgeräten oder in Luftbefeuchtern. Piezoceramic ultrasonic transducer for the atomization of liquid speeds are used in various devices, for example in inhalers or in humidifiers. In letzteren wird Wasser zur Luftbefeuchtung herangezogen. In the latter, water is used for humidification. Bei all diesen Einrichtungen ist es von entscheidender Bedeutung, daß die Anregungs- oder Ansteuerfrequenz für den Ultraschall wandler optimal an diesen angepaßt ist. With all these facilities, it is crucial that the excitation or driving frequency of the ultrasonic transducer is optimally adapted to this. Als optimaler Betriebs punkt wird dabei der Betriebszustand bezüglich Speisestrom, Speisespannung und Ansteuerfrequenz verstanden, in dem bei einer bestimmten zugeführten elektrischen Leistung das pro Zeiteinheit zerstäubte Flüssigkeitsvolumen am größten ist. The optimum operation while the operation state with respect to supply current, supply voltage and driving frequency is understood point in the feed at a certain electric power per unit time, the atomized liquid volume is the greatest. Normalerweise liegt dieser optimale Betriebspunkt auf einer Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers. Normally, this optimal operating point is at a resonant frequency of the ultrasonic transducer. Bedingt durch die Einbaugeometrie oder durch Abweichungen des Ultraschallwand lers von einer idealen vorgegebenen Bauform kann jedoch der genannte Punkt des größten Wirkungsgrades leicht verschoben sein. Due to the installation geometry, or by deviations of the ultrasonic wall toddlers from an ideal predetermined design, however, the said point of greatest efficiency may be slightly shifted. Dies kann durch die bisher bekannten Ansteuerprinzipien für den Ultraschallwandler nur unzureichend erkannt und korri giert werden. This can not adequately recognized by the previously known control principles for the ultrasonic transducer and yaws Corridor.

Bisher sind zwei Verfahren zur Frequenzabstimmung gebräuchlich: So far, two methods are used for frequency tuning:

Das erste Verfahren bezieht den Ultraschallwandler selbst als frequenzbestimmendes Element in eine Schwingschaltung, zum Bei spiel in einen Leistungsoszillator, ein. The first method involves the ultrasonic transducer itself as frequency determining element in a resonant circuit, for a game is in a power oscillator, a. Dies Prinzip ist bei spielsweise in einem käuflich erhältlichen Ultraschall-Flüssig keits-Zerstäuber realisiert (Ultraschall-Zerstäuber EFE-HMV1R7M6E der Firma Matsushita Electric, Spezifikation der Firma Quick-Ohm GmbH, D-5600 Wuppertal). This principle is at play, in a commercially available ultrasonic liquid atomizer keits realized (ultrasonic nebulizer EFE HMV1R7M6E Matsushita Electric, the company Quick-Ohm specification GmbH, D-5600 Wuppertal). Hier wird ein puls-code-modulierter Sender mit eigenem Oszillator verwendet, der über den Ultra schallwandler Ultraschallwellen der Frequenz 1,7 MHz auf eine Wasseroberfläche strahlt. Here, a pulse-code-modulated transmitter is used with its own oscillator that radiates through the ultrasound transducer ultrasound waves of frequency 1.7 MHz on a water surface. Das Auftreffen der Ultraschallwellen auf die Grenzschicht zwischen Wasser und Luft verursacht ein Aufsteigen der Flüssigkeit, was sich als feiner Wasserstaub oder Nebel bemerkbar macht. The incidence of the ultrasonic waves on the boundary layer between water and air causes a rise of the liquid, which manifests itself as a fine water mist or dust. Der Ultraschallwandler wird hier bei am Unterteil eines Wassertanks befestigt. The ultrasonic transducer is mounted on here on the lower part of a water tank. - Eine Möglich keit zur Verwendung des Ultraschallwandlers als frequenzbestim mendes Element ist zum Beispiel auch die Anordnung des Ultra schallwandlers in der Rückkopplungsleitung eines Oszillators. - A possible ness for use of the ultrasonic transducer Mendes frequenzbestim element is, for example, the arrangement of the ultrasound transducer in the feedback line of an oscillator. Dies ist beispielsweise in der EP-A-02 40 360 beschrieben. This is described for example in EP-A-02 40 360th Da nach wird der Amplituden- und Phasenfrequenzgang des Ultra schallwandlers dazu benutzt, die vom Oszillator abgegebene An steuerfrequenz auf die Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers zu ziehen. Since, according to the amplitude and phase frequency response of the ultrasound transducer to use that to output by the oscillator control frequency to the resonant frequency of the ultrasonic transducer to draw. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die so erhal tene Arbeitsfrequenz auch von anderen Schaltungsbauteilen be einflußt wird und somit merklich neben der optimalen Arbeits frequenz des Ultraschallwandlers liegen kann. This method has the disadvantage that the preserver so tene operating frequency be from other circuit components will be influenced and thus noticeably in addition to the optimum working frequency of the ultrasonic transducer may be. Auch ist hier für eine sichere Funktion eine gewisse Schwinggüte des Ultraschall wandlers erforderlich, was an die Fertigungsgenauigkeit bei der Herstellung des Ultraschallwandlers hohe Anforderungen stellt. A certain balance quality of the ultrasound transducer is here necessary for safe function, which places high demands on the manufacturing precision in the manufacture of the ultrasound transducer.

Bei dem zweiten Verfahren (dies wurde bisher von der Anmelderin praktiziert) wird mit Hilfe eines separaten Oszillators, der in seiner Frequenz einmalig eingestellt wird, eine stabile Arbeits frequenz über einen Leistungsverstärker auf den Ultraschall wandler gegeben. In the second method (this has been practiced by the Applicants), a stable working frequency via a power amplifier to the ultrasonic is calculated using the set unique in its frequency of a separate oscillator, given transducer. Durch eine Messung des vom Ultraschallwandler erzeugten Schalldrucks kann nun die optimale Arbeitsfrequenz ermittelt und am geräteeigenen Oszillator für den Ultraschall wandler einmalig fest eingestellt werden. By measuring the sound pressure generated by the ultrasonic transducer, the optimum operating frequency can now be set once firmly determined and the device's own oscillator for ultrasonic transducers. Die optimale Arbeits frequenz liegt dabei vor, wenn der Schalldruck maximal geworden ist. The optimum working frequency is assumed when the sound pressure has become maximum. Führt man den geräteeigenen Oszillator als quarzstabili sierten Frequenzsynthesizer aus, erhält man ein relativ stabiles Ansteuersystem mit gutem Wirkungsgrad. Leads to the device's own oscillator as quarzstabili overbased frequency synthesizer, there is obtained a relatively stable driving system with good efficiency. Nachteilig ist jedoch der hohe Aufwand in der Fertigung, der durch den geschilderten Abstimmvorgang verursacht ist. However, a disadvantage is the high cost in manufacturing, which is caused by the described tuning. Bedingt durch die feste Frequenz einstellung werden hierbei auch Frequenzabweichungen durch Al terung des Ultraschallwandlers nicht kompensiert. Due to the fixed frequency setting and frequency variations by Al are hereby tate ultrasonic transducer not compensated. Dies kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrades über die Lebensdauer bewirken. This can cause a deterioration in efficiency over the life.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ein Arbeiten am optimalen Betriebspunkt möglich ist, und zwar unbeeinflußt von anderen Schaltungsbau teilen und von Alterungserscheinungen des Ultraschallwandlers. The present invention has for its object to provide a method and an apparatus of the type initially cited such that a work at the optimum operating point is possible, and indeed share unaffected by other Schaltungsbau and of aging phenomena of the ultrasonic transducer. Insbesondere soll eine Nachführung der Ansteuerfrequenz des Ultraschallwandlers während des Betriebs ermöglicht werden derart, daß der Punkt des größten Zerstäubungs-Wirkungsgrades stets eingehalten wird. In particular, a tracking of the drive frequency of the ultrasonic transducer should be possible during operation such that the point of the greatest atomizing efficiency is always adhered to.

Die genannte Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ansteuer frequenz in Abhängigkeit von dem am Ultraschallwandler abge griffenen Signal nachgeführt wird. The stated object is achieved in the method of the initially named kind ge according to the invention characterized in that the driving frequency is a function of the abge at the ultrasonic transducer attacked signal tracked.

Bevorzugt wird dabei so vorgegangen, daß das am Ultraschall wandler abgegriffene Signal demoduliert und anschließend ge filtert wird, wonach aus dem demodulierten und gefilterten Signal ein aktuelles Mittelwertsignal gebildet wird, das zur Einstellung der Ansteuerfrequenz verwendet wird. Preferably, the procedure is such that the transducers on the ultrasound signal picked demodulated and then ge is filtered, after which a current average signal is formed from the demodulated and filtered signal, which is used for setting the driving frequency.

Von Bedeutung ist, daß eine "Richtungsinformation", das heißt eine Information darüber, ob die aktuelle Arbeitsfrequenz ober halb oder unterhalb der optimalen Arbeitsfrequenz (bei der sich optimale Zerstäubung ergibt) liegt, zumindest bei Betriebsauf nahme erhalten wird. It is important that a "direction information", i.e. information as to whether the current operating frequency is above or below the optimum operating frequency (at which optimum atomization results) is obtained at least in Betriebsauf acquisition. Dies ist wichtig, weil ja die Ansteuerfre quenz entsprechend reduziert bzw. vergrößert werden muß. This is important because even the Ansteuerfre frequency must be correspondingly reduced or increased. Um die "Richtungsinformation" zu erhalten und zu berücksichtigen, ist nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, daß zumindest zu Beginn eines Zerstäubungsvorgangs versuchswei se die Ansteuerfrequenz von einem vorgegebenen Frequenzwert aus nach oben oder unten durchgestimmt wird, und daß das hierbei im Verlaufe der Zeit erhaltene Test-Mittelwertsignal auf das Vor liegen eines Maximums untersucht wird. In order to obtain the "direction information" and to take into account, according to a particularly advantageous development, that at least versuchswei at the start of sputtering, the driving frequency se from a predetermined frequency value up or down is tuned, and in that the thus obtained over time test average signal is examined for the pre are a maximum. Bei Vorliegen eines Ma ximums wird die "Richtungsinformation" erhalten, und die An steuerfrequenz wird dann unter Berücksichtigung der "Richtungs information" nach Maßgabe des aktuellen Mittelwertsignals im Frequenzbereich des Maximums nachgeführt. In the presence of Ma ximums obtained "direction information", and the control frequency to be tracked is then taking into account the "direction information" according to the current average signal in the frequency range of the maximum. Das genannte Durch stimmen und Aufsuchen des Maximums sowie die Veränderung der Ansteuerfrequenz wird hierbei vorzugsweise mit Hilfe eines Mikro-Computers oder Mikroprozessors durchgeführt. Said vote through and looking up the maximum and the change of the driving frequency is in this case preferably carried out using a micro-computer or microprocessor.

Die genannte Aufgabe wird bei der Einrichtung zur Ansteuerung eines Ultraschallwandlers der eingangs genannten Art erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß ein Frequenz-Nachführzweig vorgesehen ist, der den Eingang des Ultraschallwandlers mit dem Frequenz steuereingang des Oszillators verbindet. Said object is achieved with the device for driving an ultrasonic transducer of the type mentioned according to Inventive characterized in that a frequency-Nachführzweig is provided, the control input of the input of the ultrasonic transducer with the frequency of the oscillator connects.

Bevorzugt umfaßt der Frequenz-Nachführzweig einen Amplituden- Demodulator und ein nachgeschaltetes Bandfilter. Preferably, the frequency Nachführzweig comprises an amplitude demodulator and a downstream band filter. Dabei sollte dem Bandfilter ein Mikroprozessor nachgeschaltet sein, dessen Ausgang mit dem Frequenzsteuereingang des Oszillators verbun den ist. It should the band filter, a microprocessor connected downstream, the output of verbun to the frequency control input of the oscillator is the.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Das vorliegende Verfahren und die vorliegende Einrichtung ba sieren auf der Ansteuerunq des Ultraschallwandlers mit einer Ansteuerfrequenz, die im Betrieb korrigiert werden kann. The present method and the present device this calculation is based on the Ansteuerunq of the ultrasonic transducer with a drive frequency, which can be corrected during operation. Das Wesentliche dabei ist, daß zur Frequenzabstimmung ein Signal benutzt wird, das direkt mit der Zerstäubungsleistung zusammen hängt und alle parasitären Einflüsse beinhaltet. The essence of this is that a signal is used for frequency tuning, which is directly related to the atomization together and includes all parasitic influences. Es ist dies das erwähnte, am Ultraschallwandler abgegriffene Signal, das die Reflektion der Ultraschallwellen an der Flüssigkeits-Ober fläche widerspiegelt. This is the aforementioned, at the ultrasonic transducer tapped signal that reflects the reflection of the ultrasonic waves on the liquid upper surface. Der Ultraschallwandler, ein piezoelektri scher, vorzugsweise ein piezokeramischer Ultraschallwandler, wird ja sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet. The ultrasonic transducer, a piezoelectric shear, preferably a piezoceramic ultrasonic transducer is so both for transmission and for receiving used.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to three figures. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Ultraschall-Flüssigkeits-Zerstäubungseinheit, die zur Luftbefeuchtung vorgesehen ist, Fig. 1 is an ultrasonic liquid atomizer, which is provided for humidification,

Fig. 2 das am Ultraschallwandler abgegriffene Signal bei Fehl abstimmung, das heißt ohne Zerstäubung, und Fig. 2 shows the tapped at the ultrasonic transducer signal at mismatch, that is without atomisation, and

Fig. 3 das am Ultraschallwandler abgegriffene Signal bei opti maler Zerstäubung. Fig. 3, the tapped-off at the ultrasonic transducer signal at opti painter atomization.

Nach Fig. 1 befindet sich in einem Gefäß 2 eine zu zerstäuben de Flüssigkeit 4 , vorliegend Wasser. FIG. 1 is housed in a vessel 2 to atomize a liquid de 4, in this case water. Die Flüssigkeitsoberfläche ist mit 6 bezeichnet. The liquid surface is denoted by 6. Am Boden des Gefäßes 2 ist ein piezoelek trischer, vorzugsweise ein piezokeramischer Ultraschallwandler 8 angeordnet. At the bottom of the vessel 2 is a piezoelek tric, preferably positioned a piezoceramic ultrasonic transducer. 8 Er sendet im Betrieb Ultraschallwellen 10 in Richtung auf die Wasseroberfläche 6 aus. He sends in operation ultrasonic waves 10 in the direction of the water surface. 6 Die Abstrahlfläche des Ultraschall wandlers 8 ist gekrümmt. The radiating surface of the ultrasonic transducer 8 is curved. Er wird zum Aussenden der Ultraschall wellen 10 , gleichzeitig aber auch zum Empfangen der an der Flüs sigkeitsoberfläche 6 reflektierten Ultraschallwellen eingesetzt. It is to emit the ultrasonic waves 10, but also at the same time for receiving the sigkeitsoberfläche at the flues 6 reflected ultrasonic waves used.

Die Einrichtung zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers 8 um faßt einen steuerbaren Oszillator 12 , der ein Ansteuersignal s mit einstellbarer Ansteuerfrequenz f abgibt. The device for driving the ultrasonic transducer 8 to summarizes a controllable oscillator 12, which outputs a control signal s having an adjustable control frequency f. Es handelt sich bevorzugt um einen Sinusoszillator. It is preferably a sine wave oscillator. Die Ansteuerfrequenz f liegt vorliegend im Bereich von 0,5 bis 5 MHz, vorzugsweise im mittleren Bereich von 2,5 MHz. The driving frequency f is present in the range of 0.5 to 5 MHz, preferably in the central region of 2.5 MHz. Die Ansteuerfrequenz f kann durch ein Ansteuersignal p am Frequenzsteuereingang 14 des Oszillators 10 beeinflußt werden. The driving frequency f can be influenced by a control signal p at frequency control input 14 of the oscillator 10 degrees. Der Oszillator 12 ist aus gangsseitig an den Eingang eines Leistungsverstärkers 16 ange schlossen. The oscillator 12 is included from the output side, to the input of the power amplifier 16 is. Dessen Ausgang 18 wiederum ist an den Ultraschall wandler 8 angeschlossen. 18 whose output in turn is connected to the ultrasonic transducer. 8

Gemäß Fig. 1 ist weiterhin ein Frequenz-Nachführzweig 20 vor gesehen, der den Ausgang 18 des Leistungsverstärkers 16 und damit den Eingang des Ultraschallwandlers 8 mit dem Frequenz steuereingang 14 des Oszillators 12 verbindet. Referring to FIG. 1, a frequency-Nachführzweig is further seen before 20, which connects the output 18 of the power amplifier 16 and thus control input of the input of the ultrasonic transducer 8 to the frequency 14 of the oscillator 12. Dieser Frequenz- Nachführzweig 20 umfaßt vorliegend einen mit dem Ausgang 18 verbundenen Amplituden-Demodulator 22 , ein nachgeschaltetes Band filter 24 und einen diesem nachgeschalteten Mikroprozessor 26 , dessen Ausgang mit dem Frequenzsteuereingang 14 des Oszillators 12 verbunden ist. This frequency Nachführzweig 20 herein comprises an input connected to the output 18 amplitude demodulator 22, a downstream band filter 24 and a connected downstream of the microprocessor 26, whose output is connected to the frequency control input 14 of the oscillator 12th Der Frequenzbereich des Bandfilters 14 liegt dabei im Bereich von 50 Hz bis 10 kHz. The frequency range of the bandpass filter 14 is in the range of 50 Hz to 10 kHz. Es ist dazu vorgesehen, denjenigen Bereich unterhalb der Nutzfrequenz von etwa 2,5 MHz herauszufiltern, in dem das maximale Rauschen liegt, wenn Zer stäubung eintritt. It is intended that portion below the effective frequency of about 2.5 MHz to filter out, in which the maximum noise is, when atomisation occurs. Bei dem Demodulator 22 handelt es sich um eine Gleichrichterschaltung, insbesondere um eine Dioden-Schal tung. In the demodulator 22 is a rectifier circuit, particularly a diode TIC.

Im Betrieb wird der Ultraschallwandler 8 über die Leistungs stufe 16 mit dem Ansteuersignal s der einstellbaren Ansteuer frequenz f aus dem steuerbaren Oszillator 12 versorgt. In operation, the ultrasonic transducer 8 through the power stage 16 with the drive s the adjustable driving frequency f from the controllable oscillator 12 is supplied. Der Ultraschallwandler 8 sendet dann Schallwellen 10 durch die Flüssigkeit 4 an deren Oberfläche 6 . The ultrasonic transducer 8 then sends sound waves 10 through the liquid 4 at the surface. 6 Dort werden die Ultra schallwellen reflektiert, und ein Teil dieser reflektierten Ultraschallwellen gelangt wieder zurück auf den Ultraschall wandler 8 , wo sie in elektrische Signale umgesetzt werden. There, the reflected ultra-sound waves, and a part of this reflected ultrasonic wave passes back to the ultrasonic transducer 8 where they are converted into electrical signals. Die se Signale werden dem Steuersignal vom Leistungsverstärker 16 am Ausgang 18 zum Signal U überlagert. The se signals are superimposed on the control signal from the power amplifier 16 at the output 18 to the signal U. Das hier abgegriffene Signal U gelangt auf den Amplituden-Demodulator 22 und von dort auf das nachgeschaltete Bandfilter 24 . The signal provided here U reaches the amplitude demodulator 22 and from there to the downstream band filter 24th Hier wird aus der Hüll kurve des Ausgangssignals U, das in den Fig. 2 und 3 bei Fehlabstimmung bzw. optimaler Abstimmung in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt ist, eine Meßspannung oder ein "aktuelles Mittelwertsignal" m gewonnen. Here, the output signal U, which is shown in FIGS. 2 and 3 with mismatch or an optimal adjustment in dependence on time t, a measuring voltage or a "current average signal" m is obtained from the envelope curve. Dieses aktuelle Mittelwertsignal m wird zur Steuerung des Oszillators 12 verwendet. This current average signal m is used to control the oscillator 12th Liegt eine "Richtungsinformation" vor, welche vom Mikroprozessor 26 ermit telt wird, so kann daraus und aus dem Signal m das Signal p ge bildet und dem Frequenzsteuereingang 14 aufgeschaltet werden. If a "direction information" in front of which is ermit telt by the microprocessor 26 so it can and the signal p ge forms from the signal m, and be switched to the frequency control input of the fourteenth

Zu Beginn eines Zerstäubungsvorgangs wird versuchsweise die An steuerfrequenz f mit Hilfe des Mikroprozessors 26 von einem vor gegebenen Frequenzwert fo aus nach oben oder unten zeitlich ver ändert (Testlauf). At the beginning of sputtering to the tentatively drive frequency f with the aid of the microprocessor 26 of a given frequency value fo before from up or down temporally changes (test run). Als Signal m erhält man dann im Verlaufe der Zeit t ein Test-Mittelwertsignal m′. The signal m is then obtained over time t, a test mean value signal m '. Dieses wird vom Mikropro zessor 26 auf das Vorliegen eines Maximums untersucht. This is examined by the micropro cessor 26 to the presence of a maximum. Der Mikro prozessor 26 ermittelt dabei auch, ob der ursprünglich vorgege bene Frequenzwert fo oberhalb oder unterhalb derjenigen Frequenz f* liegt, bei der das Maximum des Test-Mittelwertsignals m′ auf tritt. The micro-processor 26 determines the possibility whether the originally PRE-bene frequency value fo * lies above or below that frequency f at which the maximum of the test mean value signal m 'occurs. Dies ist die oben erwähnte "Richtungsinformation". This is the above-mentioned "direction information". Ab hängig von dieser Information und vom Signal m verändert der Mikroprozessor 26 das Ansteuersignal p so, daß das genannte Maximum - diesem entspricht der Punkt des größten Zerstäubungs- Wirkungsgrades - eintritt und anschließend festgehalten wird. From pending on this information and from the signal m, the microprocessor 26 changes the drive signal p so that said maximum - this corresponds to the point of greatest sputtering efficiency - enters and is subsequently held. Mit anderen Worten: Bei Vorliegen des Maximums in der gewähl ten Richtung (nach oben oder unten) wird die Ansteuerfrequenz f nach Maßgabe des aktuellen Mittelwertsignals m im Frequenzbereich des Maximums nachgeführt. In other words, in presence of the maximum in the gewähl th direction (up or down), the driving frequency f in accordance with the current average signal m tracked in the frequency range of the maximum. Der Mikroprozessor 26 ist also imstan de festzustellen, daß das Maximum überschritten wurde, und er ist so eingerichtet, daß das Ansteuersignal p die Ansteuerfre quenz f in Richtung auf die optimale Frequenz f* führt. The microprocessor 26 is thus determine de imstan that the maximum has been exceeded, and it is so arranged that the driving signal p Ansteuerfre the frequency f in the direction of the optimum frequency f leads *.

Es wurde bereits erwähnt, daß ein Teil der an der Oberfläche 6 reflektierten Ultraschallwellen wieder auf den Ultraschallwand ler 8 zurückgelangt. It has already been mentioned that a part of the light reflected at the surface 6 of the ultrasonic waves back to the ultrasonic wall ler 8 passes back. In der Flüssigkeit 4 bilden sich stehende Wellen aus. In the liquid 4 standing waves are formed. Da der Ultraschallwandler 8 nicht nur elektrische Energie in Ultraschall, sondern auch umgekehrt Ultraschall in elektrische Energie umwandeln kann, wirkt sich der reflektierte Ultraschall unmittelbar auf das Ausgangssignal am Ausgang 18 aus. Since the ultrasonic transducer 8 not only can convert electrical energy into ultrasound, but also vice versa ultrasound into electrical energy, the reflected ultrasonic directly affects the output signal at the output of the eighteenth Je nach Amplitude und Phasenlage der Reflektionen ergibt sich am Innenwiderstand des Leistungsverstärkers 16 ein Span nungsabfall U, der sich aus der Addition des Ausgangssignals des Verstärkers 16 mit dem reflektierten Signal ergibt. Depending on the amplitude and phase of the reflections a clamping voltage drop U resulting from the addition of the output signal of the amplifier 16 with the reflected signal produced at the internal resistance of the power amplifier sixteenth

Solange die Ansteuerfrequenz f weit vom optimalen Arbeitspunkt f* des Ultraschallwandlers 8 entfernt liegt, bleibt die Flüssig keitsoberfläche 6 ruhig. As long as the driving frequency f * ultrasonic transducer 8 is located far from the optimal operating point of the f removed, the liquid remains keitsoberfläche 6 quiet. Das Wellenfeld 10 wird dann nicht ge stört, und das Signal U unterliegt keiner zeitlichen Änderung. The wave field 10 is then not interfere ge, and the signal U is not subject to change over time. Dies ist in Fig. 2 gezeigt. This is shown in Fig. 2. In diesem Fall liefert der Ampli tuden-Demodulator 22 eine reine Gleichspannung, und die Meß spannung m hinter dem Bandpaßfilter 24 ist nahezu Null. In this case, the Ampli amplitudes demodulator 22 provides a pure DC voltage, and a test voltage meters behind the band-pass filter 24 is almost zero. In Fig. 2 ist das Signal s - abweichend von der bevorzugten sinus förmigen Ausbildung - als Dreieckssignal gezeigt. In FIG. 2, the signal s - in deviation from the preferred sinusoidal form - shown as a triangular signal.

Wird nun vom Mikroprozessor 26 die Ansteuerfrequenz f des An steuersignals s in Richtung auf die optimale Arbeitsfrequenz f* des Ultraschallwandlers 8 verschoben, wird die Flüssigkeits oberfläche 6 zunehmend unruhiger. If now from the microprocessor 26, the driving frequency f of the control signal to s in the direction towards the optimum operating frequency f * of the displaced ultrasound transducer 8, the liquid is surface-6 increasingly unstable. Durch diese Bewegung an der Flüssigkeitsoberfläche 6 wird das Wellenfeld 10 gestört. By this movement of the liquid surface 6, the wave field 10 is disturbed. Der reflektierte Signalanteil wird dadurch mit einem niederfrequen ten Rauschen moduliert, das insbesondere im Bereich von 50 Hz bis 10 kHz liegt. The reflected signal component is modulated at a niederfrequen th noise which is in particular in the range from 50 Hz to 10 kHz. Dieses Rauschen ist durch die Hüllkurven h 1 und h 2 in Fig. 3 verdeutlicht. This noise is by the envelope h 1 and h 2 in Fig. 3 illustrates. Aus diesem so verrauschten Signal U wird über den Demodulator 22 und das Bandpaßfilter 24 das aktuelle Mittelwertsignal m gebildet, das nun nicht mehr Null ist, sondern einen durchaus meßbaren Wert aufweist. For this so noisy signal U via the demodulator 22 and the bandpass filter 24, the current average signal m is formed, which is no longer zero, but has a quite measurable value. Es könnte als "Rauschsignal" bezeichnet werden. It could be called "noise".

Bei weiterer Annäherung an den optimalen Arbeitspunkt f* (Punkt des größten Wirkungsgrades) wird dieses Mittelwert- oder Meßsignal m größer. In another approach to the optimum operating point f * (point of greatest efficiency) of this average or measurement signal m becomes larger. Bei Einsetzen der Zerstäubung nimmt neben der Amplitude dieses Rauschsignals m auch dessen Band breite zu. When inserting the atomization of this noise signal increases in addition to the amplitude m and whose band width to. Im optimalen Arbeitspunkt, der charakterisiert wird durch die Arbeitsfrequenz F*, tritt maximales Rauschen auf. In the optimum operating point which is characterized by the operating frequency F *, occurs maximum noise. Bei passender Dimensionierung des Bandpaßfilters 24 kann ein sehr genaues Abstimmverhalten erzielt werden. With a suitable dimensioning of the bandpass filter 24 a very accurate tuning behavior can be achieved. Das aktuelle Mittelwertsignal oder Rauschsignal m wird dabei vom Mikropro zessor 26 als Steuersignal p zur Frequenzsteuerung des Oszil lators 12 verwendet. The current mean value signal or noise signal m is then cessor 26 by the micropro used as a control signal for frequency control of the p Oszil lators 12th

Claims (12)

1. Verfahren zur Ansteuerung eines Ultraschallwandlers ( 8 ) zur Zerstäubung einer Flüssigkeit ( 4 ), wobei ein Ansteuersignal (s) mit einstellbarer Ansteuerfrequenz (f) dem Ultraschallwandler ( 8 ) zugeleitet wird, dadurch gekennzeich net, daß die Ansteuerfrequenz (f) in Abhängigkeit von dem am Ultraschallwandler ( 8 ) abgegriffenen Signal (U) nachgeführt wird. 1. A method of driving an ultrasonic transducer (8) for atomizing a liquid (4), wherein a drive signal (s) having an adjustable control frequency (f) is supplied to the ultrasonic transducer (8), characterized in that the driving frequency (f) as a function from the ultrasonic transducer (8) tapped signal (U) will be tracked.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das am Ultraschallwandler ( 8 ) abge griffene Signal (U) demoduliert und anschließend gefiltert wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the at the ultrasonic transducer (8) abge attacked signal (U) is demodulated and is then filtered.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß aus dem demodulierten und gefilterten Signal (m) ein aktuelles Mittelwertsignal (p) gebildet wird, das zur Einstellung der Ansteuerfrequenz (f) verwendet wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that from the demodulated and filtered signal (m) is formed a current average value signal (p), which is used for adjusting the drive frequency (f).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest zu Beginn eines Zerstäu bungsvorgangs versuchsweise die Ansteuerfrequenz (f) von ei nem vorgegebenen Frequenzwert aus nach oben oder unten durch gestimmt wird, daß das hierbei im Verlaufe der Zeit (t) erhal tene Test-Mittelwertsignal auf das Vorliegen eines Maximums untersucht wird, um eine Richtungs-Information zu erhalten, daß bei Vorliegen eines Maximums aus dem aktuellen demodulier ten und gefilterten Signal (m) und aus der Richtungs-Informa tion das aktuelle Mittelwertsignal (p) gebildet wird, und daß die Ansteuerfrequenz (f) dann nach Maßgabe des aktuellen Mit telwertsignals (p) im Frequenzbereich des Maximums nachgeführt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that at least at the beginning of a Zerstäu bung operation tentatively the drive frequency (f) of egg nem predetermined frequency value up or down by being tuned that the case with the passage of time (t) preserver tene test mean value signal is examined for the presence of a maximum in order to obtain directional information, that in the presence of a maximum of the current demodulating th and filtered signal (m) and from the direction Informa the current average value signal (p) tion is formed and in that the driving frequency (f) then according to the current with telwertsignals (p) is corrected in the frequency range of the maximum.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Ultraschallwandler ( 8 ) zugeleitete Ansteuersignal (s) sinusförmig ist. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the accessing the ultrasonic transducer (8) control signal (s) is sinusoidal.
6. Einrichtung zur Ansteuerung eines Ultraschallwandlers ( 8 ) zur Zerstäubung einer Flüssigkeit ( 4 ) mit einem steuerbaren Oszillator ( 12 ), der ein Ansteuersignal (s) mit einstellbarer Ansteuerfrequenz (f) abgibt und der ausgangsseitig an den Ul traschallwandler ( 8 ) angeschlossen ist, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Frequenz-Nachführzweig ( 20 ) vorgesehen ist, der den Eingang ( 18 ) des Ultraschallwandlers ( 8 ) mit dem Frequenzsteuereingang ( 14 ) des Oszillators ( 12 ) verbindet. 6. A device for driving an ultrasonic transducer (8) for atomizing a liquid (4) with a controllable oscillator (12) which outputs a drive signal (s) having an adjustable control frequency (f) and connected on the output side traschallwandler to the Ul (8) , characterized in that a frequency-Nachführzweig (20) is provided which connects the input (18) of the ultrasonic transducer (8) to the frequency control input (14) of the oscillator (12).
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Frequenz-Nachführzweig ( 20 ) einen Amplituden-Demodulator ( 22 ) und ein nachgeschaltetes Bandfilter ( 24 ) umfaßt. 7. A device according to claim 6, characterized in that the frequency-Nachführzweig (20) comprises an amplitude demodulator (22) and a downstream bandpass filter (24).
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Bandfilter ( 24 ) ein Mikroprozessor ( 26 ) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Frequenzsteuer eingang ( 14 ) des Oszillators ( 12 ) verbunden ist. 8. The device according to claim 7, characterized in that the bandpass filter (24) comprises a microprocessor (26) is connected downstream, the output of the frequency control input (14) of the oscillator (12) is connected.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Oszillator ( 12 ) und dem Ultraschallwandler ( 8 ) ein Leistungsverstärker ( 16 ) an geordnet ist, an dessen Ausgang ( 18 ) der Frequenz-Nachführzweig ( 20 ) angeschlossen ist. Connected to one of claims 6 to 8, characterized in that a power amplifier (16) is arranged in between the oscillator (12) and the ultrasonic transducer (8), at whose output (18) of the frequency-Nachführzweig (20) 9. A device according to is.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler ( 8 ) ein piezoelektrischer, vorzugsweise ein piezokeramischer Ultra schallwandler ist. 10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the ultrasonic transducer (8), a piezoelectric, preferably piezoceramic Ultra is a transducer.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ( 12 ) ein Si nusoszillator ist. 11. Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the oscillator (12) is a Si nusoszillator.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Oszillator ( 12 ) ab gegebene Frequenz im Bereich von 0,5 bis 5 MHz und daß der Fre quenzbereich des Bandfilters ( 24 ) im Bereich von 50 Hz bis 10 kHz liegt. 12. Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the from the oscillator (12) from given frequency in the range of 0.5 to 5 MHz and in that the frequency range; of the band filter (24) in the range of 50 Hz to 10 kHz.
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