DE4004541A1 - METHOD AND DEVICE FOR ULTRASONIC LIQUID SPRAYING - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR ULTRASONIC LIQUID SPRAYING

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DE4004541A1
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Abstract

An oscillator (12) with frequency control input (14) transmits a drive signal (s) with adjustable drive frequency (f) to the ultrasonic transducer (8) provided in a liquid (4) for the purpose of atomisation. In order to maintain the optimum operating point (f<*>) in each case, a frequency adjustment branch (20) is provided according to the invention via which branch the drive frequency (f) is adjusted as a function of the signal (U) tapped off at the ultrasonic transducer (8). This frequency adjustment branch (20) preferably comprises an amplitude demodulator (22), a bandpass filter (24) and a microprocessor (26). The latter also serves to trigger a test pass at the start of an atomisation process in order to determine whether the current working frequency of the ultrasonic transducer (8) lies below or above the optimum working frequency (f<*>). <IMAGE>

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. 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.The invention relates to a method for control an ultrasonic transducer for atomizing a liquid, a control signal with adjustable control frequency is fed to the ultrasonic transducer. It refers to white terhin on a device for controlling an ultrasound converter for atomizing a liquid with a tax baren oscillator, which is a control signal with adjustable Output control frequency and the output side to the Ultra sound converter is connected.

Piezokeramische Ultraschallwandler zur Zerstäubung von Flüssig­ keiten werden in verschiedenen Einrichtungen eingesetzt, zum Beispiel in Inhalationsgeräten oder in Luftbefeuchtern. In letzteren wird Wasser zur Luftbefeuchtung herangezogen. Bei all diesen Einrichtungen ist es von entscheidender Bedeutung, daß die Anregungs- oder Ansteuerfrequenz für den Ultraschall­ wandler optimal an diesen angepaßt ist. 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. Normalerweise liegt dieser optimale Betriebspunkt auf einer Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers. 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. Dies kann durch die bisher bekannten Ansteuerprinzipien für den Ultraschallwandler nur unzureichend erkannt und korri­ giert werden. Piezoceramic ultrasonic transducers for atomizing liquids are used in various facilities to: Example in inhalation devices or in humidifiers. In the latter uses water to humidify the air. At all of these facilities it is vital that the excitation or drive frequency for the ultrasound converter is optimally adapted to this. As optimal operation the operating state with regard to supply current, Understood supply voltage and control frequency, in the case of a certain electrical power supplied per Unit of time atomized liquid volume is largest. Usually this optimal operating point is on one Resonance frequency of the ultrasonic transducer. Due to the Installation geometry or due to deviations in the ultrasonic wall However, the ideal predefined design can mentioned point of greatest efficiency slightly shifted be. This can be done by the previously known control principles insufficiently recognized and corrected for the ultrasonic transducer be greeded.  

Bisher sind zwei Verfahren zur Frequenzabstimmung gebräuchlich:Two methods of frequency tuning are currently in use:

Das erste Verfahren bezieht den Ultraschallwandler selbst als frequenzbestimmendes Element in eine Schwingschaltung, zum Bei­ spiel in einen Leistungsoszillator, ein. 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). 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. 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. Der Ultraschallwandler wird hier­ bei am Unterteil eines Wassertanks befestigt. - 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. Dies ist beispielsweise in der EP-A-02 40 360 beschrieben. 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. 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. 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.The first method refers to the ultrasound transducer itself as frequency-determining element in an oscillating circuit, for play in a power oscillator. This principle is with for example in a commercially available ultrasound liquid nebulizer (ultrasonic atomizer EFE-HMV1R7M6E from Matsushita Electric, specification from Quick-Ohm GmbH, D-5600 Wuppertal). Here is a pulse code modulated Transmitter with its own oscillator is used, which over the Ultra sound transducer ultrasonic waves of frequency 1.7 MHz on a Water surface shines. The impact of the ultrasonic waves on the boundary layer between water and air Rise of the liquid, which turns out to be fine water dust or makes fog noticeable. The ultrasound transducer is here attached to the lower part of a water tank. - A possibility ability to use the ultrasonic transducer as frequency determ Another important element is the arrangement of the Ultra sound converter in the feedback line of an oscillator. This is described for example in EP-A-02 40 360. There the amplitude and phase frequency response of the Ultra sound converter used to the output from the oscillator control frequency to the resonance frequency of the ultrasonic transducer to draw. This method has the disadvantage that the so obtained be working frequency of other circuit components is influenced and thus noticeably next to the optimal work frequency of the ultrasonic transducer can be. Is also here for a certain function a certain vibration quality of the ultrasound transducer required, which affects the manufacturing accuracy at the Manufacturing the ultrasonic transducer places high demands.

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. 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. Die optimale Arbeits­ frequenz liegt dabei vor, wenn der Schalldruck maximal geworden ist. Führt man den geräteeigenen Oszillator als quarzstabili­ sierten Frequenzsynthesizer aus, erhält man ein relativ stabiles Ansteuersystem mit gutem Wirkungsgrad. Nachteilig ist jedoch der hohe Aufwand in der Fertigung, der durch den geschilderten Abstimmvorgang verursacht ist. Bedingt durch die feste Frequenz­ einstellung werden hierbei auch Frequenzabweichungen durch Al­ terung des Ultraschallwandlers nicht kompensiert. Dies kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrades über die Lebensdauer bewirken.In the second procedure (previously used by the applicant is practiced) with the help of a separate oscillator, which is in its frequency is set once, stable working frequency via a power amplifier on the ultrasound given converter. By measuring the from the ultrasonic transducer  generated sound pressure can now be the optimal working frequency determined and on the device's own oscillator for ultrasound converter can be set once. The optimal working frequency is present when the sound pressure has reached its maximum is. If you run the device's own oscillator as a quartz stabilizer frequency synthesizer, you get a relatively stable Control system with good efficiency. However, it is disadvantageous the high expenditure in production, which is described by the Is caused. Due to the fixed frequency Frequency deviations caused by Al Ultrasonic transducer not compensated. This can a deterioration in efficiency over the service life cause.

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. Insbesondere soll eine Nachführung der Ansteuerfrequenz des Ultraschallwandlers während des Betriebs ermöglicht werden derart, daß der Punkt des größten Zerstäubungs-Wirkungsgrades stets eingehalten wird.The present invention is based on the object Method and a device of the type mentioned above to design that working at the optimal operating point is possible, unaffected by other circuit construction share and aging signs of the ultrasonic transducer. In particular, tracking of the drive frequency of the Ultrasonic transducer can be enabled during operation such that the point of greatest atomization efficiency is always observed.

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 above task is in the process of the beginning named type according to the invention solved in that the control frequency depending on the abge on the ultrasonic transducer gripped signal is 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. The procedure is preferably such that the ultrasound converter tapped signal demodulated and then ge is filtered, after which from the demodulated and filtered Signal a current mean signal is formed, which for Setting the control frequency is used.  

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. Dies ist wichtig, weil ja die Ansteuerfre­ quenz entsprechend reduziert bzw. vergrößert werden muß. 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. 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. Das genannte Durch­ stimmen und Aufsuchen des Maximums sowie die Veränderung der Ansteuerfrequenz wird hierbei vorzugsweise mit Hilfe eines Mikro-Computers oder Mikroprozessors durchgeführt.It is important that "direction information", that is information about whether the current working frequency is above half or below the optimal working frequency (at which optimal atomization results), at least when operating received. This is important because the tax ex frequency must be reduced or increased accordingly. To the To receive and take "direction information" into account provided according to a particularly advantageous development, that at least at the beginning of an atomization process se the control frequency from a predetermined frequency value is tuned up or down, and that this in this Test mean signal received on the forward over time lying of a maximum is examined. If a Ma ximums will receive the "directional information" and the An control frequency is then taking into account the "direction information "according to the current mean signal in the Frequency range of the maximum tracked. The said through agree and seek out the maximum as well as changing the Control frequency is preferably with the help of a Micro-computer or microprocessor performed.

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.The above task is used in the control device an ultrasonic transducer of the type mentioned invention solved according to that a frequency tracking branch is provided is the input of the ultrasonic transducer with the frequency control input of the oscillator connects.

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

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further advantageous embodiments of the invention are in marked 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. Das Wesentliche dabei ist, daß zur Frequenzabstimmung ein Signal benutzt wird, das direkt mit der Zerstäubungsleistung zusammen­ hängt und alle parasitären Einflüsse beinhaltet. Es ist dies das erwähnte, am Ultraschallwandler abgegriffene Signal, das die Reflektion der Ultraschallwellen an der Flüssigkeits-Ober­ fläche widerspiegelt. Der Ultraschallwandler, ein piezoelektri­ scher, vorzugsweise ein piezokeramischer Ultraschallwandler, wird ja sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet.The present method and the present facility ba based on the control of the ultrasonic transducer with a Control frequency that can be corrected during operation. The It is essential that a signal for frequency tuning is used, which is directly related to the atomization performance depends and includes all parasitic influences. It is this the aforementioned signal tapped at the ultrasound transducer, the the reflection of the ultrasonic waves on the liquid surface surface reflects. The ultrasonic transducer, a piezoelectric shear, preferably a piezoceramic ultrasonic transducer, is used for both sending and receiving.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below explained in more detail by three figures. 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, the signal tapped at the ultrasonic transducer in the event of incorrect tuning, that is to say without atomization, and

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

Nach Fig. 1 befindet sich in einem Gefäß 2 eine zu zerstäuben­ de Flüssigkeit 4, vorliegend Wasser. Die Flüssigkeitsoberfläche ist mit 6 bezeichnet. Am Boden des Gefäßes 2 ist ein piezoelek­ trischer, vorzugsweise ein piezokeramischer Ultraschallwandler 8 angeordnet. Er sendet im Betrieb Ultraschallwellen 10 in Richtung auf die Wasseroberfläche 6 aus. Die Abstrahlfläche des Ultraschall­ wandlers 8 ist gekrümmt. Er wird zum Aussenden der Ultraschall­ wellen 10, gleichzeitig aber auch zum Empfangen der an der Flüs­ sigkeitsoberfläche 6 reflektierten Ultraschallwellen eingesetzt.According to FIG. 1, a liquid 4 to be atomized is present in a vessel 2 , in the present case water. The liquid surface is designated 6 . At the bottom of the vessel 2 , a piezoelectric, preferably a piezoceramic ultrasonic transducer 8 is arranged. During operation, it emits ultrasonic waves 10 in the direction of the water surface 6 . The radiation surface of the ultrasound transducer 8 is curved. It is used for emitting the ultrasound waves 10 , but at the same time also for receiving the ultrasonic waves reflected on the liquid surface 6 .

Die Einrichtung zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers 8 um­ faßt einen steuerbaren Oszillator 12, der ein Ansteuersignal s mit einstellbarer Ansteuerfrequenz f abgibt. Es handelt sich bevorzugt um einen Sinusoszillator. Die Ansteuerfrequenz f liegt vorliegend im Bereich von 0,5 bis 5 MHz, vorzugsweise im mittleren Bereich von 2,5 MHz. Die Ansteuerfrequenz f kann durch ein Ansteuersignal p am Frequenzsteuereingang 14 des Oszillators 10 beeinflußt werden. Der Oszillator 12 ist aus­ gangsseitig an den Eingang eines Leistungsverstärkers 16 ange­ schlossen. Dessen Ausgang 18 wiederum ist an den Ultraschall­ wandler 8 angeschlossen.The device for controlling the ultrasonic transducer 8 comprises a controllable oscillator 12 which emits a control signal s with an adjustable control frequency f. It is preferably a sine wave oscillator. The drive frequency f is in the range from 0.5 to 5 MHz, preferably in the middle range from 2.5 MHz. The control frequency f can be influenced by a control signal p at the frequency control input 14 of the oscillator 10 . The oscillator 12 is connected on the output side to the input of a power amplifier 16 . Whose output 18 is in turn 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. 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. Der Frequenzbereich des Bandfilters 14 liegt dabei im Bereich von 50 Hz bis 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. Bei dem Demodulator 22 handelt es sich um eine Gleichrichterschaltung, insbesondere um eine Dioden-Schal­ tung.Referring to FIG. 1 is also a frequency-Nachführzweig 20 before seen, the 18 of the power amplifier 16 and thus the input of the ultrasonic transducer 8 to the frequency control input of the output 14 connects the oscillator 12. This frequency tracking branch 20 in the present case comprises an amplitude demodulator 22 connected to the output 18 , a downstream band filter 24 and a downstream microprocessor 26 whose output is connected to the frequency control input 14 of the oscillator 12 . The frequency range of the bandpass filter 14 is in the range from 50 Hz to 10 kHz. It is intended to filter out the area below the useful frequency of approximately 2.5 MHz in which the maximum noise lies when atomization occurs. The demodulator 22 is a rectifier circuit, in particular a diode circuit device.

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. Der Ultraschallwandler 8 sendet dann Schallwellen 10 durch die Flüssigkeit 4 an deren Oberfläche 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. Die­ se Signale werden dem Steuersignal vom Leistungsverstärker 16 am Ausgang 18 zum Signal U überlagert. Das hier abgegriffene Signal U gelangt auf den Amplituden-Demodulator 22 und von dort auf das nachgeschaltete Bandfilter 24. 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. Dieses aktuelle Mittelwertsignal m wird zur Steuerung des Oszillators 12 verwendet. 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.In operation, the ultrasonic transducer 8 is supplied via the power stage 16 with the drive signal s of the adjustable drive frequency f from the controllable oscillator 12 . The ultrasonic transducer 8 then sends sound waves 10 through the liquid 4 to the surface 6 thereof . There, the ultra sound waves are reflected, and some of these reflected ultrasonic waves are returned to the ultrasonic transducer 8 , where they are converted into electrical signals. These signals are superimposed on the control signal from the power amplifier 16 at the output 18 to the U signal. The signal U tapped here passes to the amplitude demodulator 22 and from there to the downstream band filter 24 . Here, from the envelope curve of the output signal U, which is shown in FIGS . 2 and 3 in the case of mis-tuning or optimal tuning as a function of time t, a measuring voltage or a “current mean value signal” m is obtained. This current mean signal m is used to control the oscillator 12 . If there is “directional information” which is determined by the microprocessor 26 , the signal p ge can be formed therefrom and from the signal m and applied to the frequency control input 14 .

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). Als Signal m erhält man dann im Verlaufe der Zeit t ein Test-Mittelwertsignal m′. Dieses wird vom Mikropro­ zessor 26 auf das Vorliegen eines Maximums untersucht. 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. Dies ist die oben erwähnte "Richtungsinformation". 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. 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. 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.At the beginning of an atomization process, the control frequency f is experimentally changed with the aid of the microprocessor 26 from a given frequency value fo up or down in time (test run). A test mean signal m 'is then obtained as signal m in the course of time t. This is examined by the microprocessor 26 for the presence of a maximum. The micro processor 26 also determines whether the originally specified frequency value fo is above or below the frequency f * at which the maximum of the test mean signal m 'occurs. This is the "direction information" mentioned above. Depending on this information and the signal m, the microprocessor 26 changes the control signal p so that the said maximum - this corresponds to the point of greatest atomization efficiency - occurs and is then recorded. In other words: If the maximum is present in the selected direction (up or down), the control frequency f is tracked in the frequency range of the maximum in accordance with the current mean signal m. The microprocessor 26 can thus be found that the maximum has been exceeded, and it is set up in such a way that the control signal p leads the control frequency f in the direction of the optimum frequency f *.

Es wurde bereits erwähnt, daß ein Teil der an der Oberfläche 6 reflektierten Ultraschallwellen wieder auf den Ultraschallwand­ ler 8 zurückgelangt. In der Flüssigkeit 4 bilden sich stehende Wellen aus. 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. 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.It has already been mentioned that some of the ultrasonic waves reflected on the surface 6 return to the ultrasonic wall 8 . Standing waves form in the liquid 4 . Since the ultrasound transducer 8 can convert not only electrical energy into ultrasound, but also vice versa, ultrasound into electrical energy, the reflected ultrasound has a direct effect on the output signal at the output 18 . Depending on the amplitude and phase of the reflections, there is a voltage drop U at the internal resistance of the power amplifier 16 , which voltage drop U results from the addition of the output signal of the amplifier 16 with the reflected signal.

Solange die Ansteuerfrequenz f weit vom optimalen Arbeitspunkt f* des Ultraschallwandlers 8 entfernt liegt, bleibt die Flüssig­ keitsoberfläche 6 ruhig. Das Wellenfeld 10 wird dann nicht ge­ stört, und das Signal U unterliegt keiner zeitlichen Änderung. Dies ist in Fig. 2 gezeigt. 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 Fig. 2 ist das Signal s - abweichend von der bevorzugten sinus­ förmigen Ausbildung - als Dreieckssignal gezeigt.As long as the drive frequency f is far from the optimal working point f * of the ultrasonic transducer 8 , the liquid surface 6 remains calm. The wave field 10 is then not disturbed, and the signal U is not subject to any change over time. This is shown in Figure 2. In this case, the Ampli tuden demodulator 22 supplies a pure DC voltage, and the measurement voltage m behind the bandpass filter 24 is almost zero. In Fig. 2, the signal s - deviating from the preferred sinusoidal design - is 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. Durch diese Bewegung an der Flüssigkeitsoberfläche 6 wird das Wellenfeld 10 gestört. Der reflektierte Signalanteil wird dadurch mit einem niederfrequen­ ten Rauschen moduliert, das insbesondere im Bereich von 50 Hz bis 10 kHz liegt. Dieses Rauschen ist durch die Hüllkurven h1 und h2 in Fig. 3 verdeutlicht. 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. Es könnte als "Rauschsignal" bezeichnet werden.If the control frequency f of the control signal s is now shifted by the microprocessor 26 in the direction of the optimal operating frequency f * of the ultrasound transducer 8 , the liquid surface 6 becomes increasingly restless. The wave field 10 is disturbed by this movement on the liquid surface 6 . The reflected signal component is thereby modulated with a low-frequency noise, which is in particular in the range from 50 Hz to 10 kHz. This noise is illustrated by the envelopes h 1 and h 2 in FIG. 3. From this noisy signal U, the current average signal m is formed via the demodulator 22 and the bandpass filter 24 , which is now no longer zero, but has a value that can be measured. It could be called a "noise signal".

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

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 for controlling an ultrasonic transducer ( 8 ) for atomizing a liquid ( 4 ), wherein a control signal (s) with adjustable control frequency (f) is fed to the ultrasound converter ( 8 ), characterized in that the control frequency (f) is dependent is tracked by the signal (U) picked up at the ultrasonic transducer ( 8 ). 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 signal picked up on the ultrasonic transducer ( 8 ) picked up (U) is demodulated and 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 records that from the demodulated and filtered Signal (m) a current mean signal (p) is formed, used to set 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 records that at least at the beginning of a spray practice the experimental control frequency (f) of egg up or down by a predetermined frequency value it is voted that this will get in the course of time (t) test average signal for the presence of a maximum is examined in order to obtain directional information, that if there is a maximum from the current demodulation th and filtered signal (m) and from the directional information tion, the current mean signal (p) is formed, and that the control frequency (f) then in accordance with the current Mit telwertsignal (p) tracked in the frequency range of the maximum becomes. 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 control signal (s) supplied to the ultrasonic transducer ( 8 ) 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. Device for controlling an ultrasonic transducer ( 8 ) for atomizing a liquid ( 4 ) with a controllable oscillator ( 12 ) which emits a control signal (s) with an adjustable control frequency (f) and which is connected on the output side to the ultrasonic transducer ( 8 ) , characterized in that a frequency tracking branch ( 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. Device according to claim 6, characterized in that the frequency tracking branch ( 20 ) comprises an amplitude demodulator ( 22 ) and a downstream band 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. Device according to claim 7, characterized in that the band filter ( 24 ) is followed by a microprocessor ( 26 ), the output of which is connected to the frequency control input ( 14 ) of the oscillator ( 12 ). 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.9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that between the oscillator ( 12 ) and the ultrasonic transducer ( 8 ), a power amplifier ( 16 ) is arranged, to the output ( 18 ) of which the frequency branch ( 20 ) is connected 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 ) is a piezoelectric, preferably a piezoceramic ultra sound 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 from the oscillator ( 12 ) from the given frequency in the range of 0.5 to 5 MHz and that the frequency range of the band filter ( 24 ) in the range of 50 Hz to 10 kHz.
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