JPS6178411A - 超音波移動定在波発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は超音波変換器対を操作して各出力を、相互作
吊させる′ことにより定在波を発生させる操作方法およ
びその装置に関する。

技術背景 流動媒質内の定在波の音響力を使用することが媒質内に
懸濁された物質の動きを制御するための種々の方法にお
いて探索されてきた。定在波を生起させるにあたり、チ
ャンバ内の媒質またはその空間内の他の物を通過しかつ
該チャンバの端壁がらそれ自体に反射するように指向さ
せた単一波源の超音波出力に基づき、当該チャンバ内の
領域内に実質的に定常圧力波パターンを発生さけるよう
になっている。

種々のらのに適用する場合、流動媒質に何らかの動きに
加えまたは選択的に定在波に進行動作を与えるようにす
ることが好ましい。例えば、英国特許第２０９８４９８
Ａ号において、各信号発生器により駆動される２つの対
向した変換器が設けられ、明記されていない位相制御を
行うことにより該各信号発生器がらの信号間の位相角を
制御して流体流を横断するように粒子群を変位させるた
めに当該変換器間に移動定在波を確立するようにしてい
る。

原理的に、同軸上に対向させられた波源がらの異なった
信号の伝搬がその伝搬軸に沿って当該２つの周波数の差
に応じた速度で定在波を運動させる。実際上、懸濁物質
を制御するために適宜な速度のパターン運動を得るには
、懸濁物質の低速運動を制御するために可成り高い超音
波周波数を用いることが好ましいので周波数差が非常に
小さいことが望まれる。この問題は、異なった音響的性
質を何する異種タイプの粒子間に相対運動を生起さＵ゛
ることか要求されるような場合に大きくなり、このとき
周波数差の進定か重要なゴエ項となる。高い超音波周波
数における定在波パターンの低速進行速度を得ることは
１サイクルあたりの位相変化が真しく非常に小さいこと
をき味し、その後対向波源が相互に影響されるという問
題が生じ、当該２つの変換器かインターロックされるの
であればそのような小さな位相差を確立することは非常
に困稚あるいは不可能なことである。

この発明の目的は各出力の相互作用により（多動定住波
を生起さＵる丸めに超音波変換器対を制御する方法およ
び装置を１１供することを目的とする。

この発明によれば、６変換器がらの出力を相互作用させ
ることにより流動媒質内に移動定在波を生起させるよう
にした一対の超音波変換器の操作方法およびその装置が
提供される。この方法において、それぞれインターロッ
クされた位相差を有する信号により各変換器を駆動し、
プログラム操作により各変換器間で段階状に周期的に変
化する位相差を生成するようにしたディジタル制御手段
により制御信号の調整を行って上記位相差を漸次変化さ
仕、これにより変換器駆動信号間に連続した瞬時位相差
変化が誘導されかつディジタル制御手段のプログラム操
作に応じた速度を６って定住波か移動させられる。

また、この発明によれば、各変換器の出力の相互作用に
より流動媒質内に移動定在波を生起さけるための超音波
変換器対の操作装置が提供される。

この装置は上記各変換器用の信号発生手段、上記信号発
生手段の各出力をインターロックして上記出力間の位相
差を定めろ位相制御手段、プログラム簿債器および周期
的電圧ランプを発生するディツタルーアナログ変換器を
備えた中央処理ユニットおよび上記各ランプの瞬時値を
信号として上記位相制御手段に供給して上記出力の位相
差を段階状に変化させる供給手段を備え、上記周期的電
圧ランプの変化に応じて連続的に位相差を増分変化させ
ることにより各変換器を同一周波数で駆動するように出
力する一方、段階的に変化させることにより各変換器に
対する定在波の位置を変化させるようになっている。

電圧ランプの形状は一定の変化率とするために実質的に
線形とされ又は特定の目的のためその変化率が変化する
ようにしてもよい。

この発明は、特に、例えば約５００ＫＨｚより以上の高
い超音波周波数により生成された定在波の運動を制御す
るのに適用される。超音波定在波を用いて利用するにあ
たり、一般的に他のファクターか最大周波数を指図する
のでその利用性に対する見掛は上の最大周波数は存在し
ない。

この発明を、一実施例を示す添付図面とともに説明する
。なお、添付図面は流動媒質内に移動定在波を生成する
ためのこの発明の装置を概略的に示す図である。

図面において、液充填カラム２内で該液体内に懸濁され
た粒状物質が超音波定在波全周いて分離される。この分
離方法はこの発明の主要部ではなく、次ぎのことを除い
て更に説明をしない。即ち、上記カラムの両端部に配置
された超音波変換器４ａ、４ｂがらの各出射波は、当該
定在波における圧力傾度に対する感度に応じて粒子位置
に影響を及はすように当該カラムに沿って制御された態
様で運動する定在波を生起させるように相互作用を行う
。

各変換器はそれぞれ信号発生器６．８により同じ振幅の
出ノｊを発生するように操作され、これらの変換器６．
８は当該２つの信号発生器がらの信号間の位相差を定め
る位相インターロックｌＯを備えている。

第１信号発生器６として、所要の出力周波数、代表的に
はそのような水中においては５００ＫＩ−１ｚ以上を出
力する公知の機器か用いられろ。第２信号、　　発生器
および位相インターロック用に当該装置の相互作用に要
求される特性を略備えた適当な組み合わｄ“機器として
、ウエブテブクモデル（Ｗａｖｅｔｅｋ　Ｍｏｄｅｌ）
Ｈ２Ｓ　５ＭＨｚ位相ロック掃引発生器（カリフォルニ
ア、サンディエゴウエブテック　インコーポレーノヨン
製を用いろことかできる。

上記ウェブチック信号発生器は制御ループを介して基準
入力波形に対し予め定められた位相関係にあるようにさ
れた出力波形を発生する。この制御ループは基準周波数
と出力周波数とを比較して当該出力周波数を基準周波数
に等しくなるようにする直流修正電圧を生成する。また
、この信号発生器はディジタルポテンショメータを備え
、当該修正信号に制御バイアス電圧を印加するように手
動操作され、基準信号と対応する出力信号間の位相差か
一定に保持されるようになっている。

この発明において、第１信号発生器は上記ウェブチック
発生器に対し基準信号を供給するが、実用上の目的がら
は当該機器のダイアルボテンンヨメータは定在波の制御
された運動を発生させるのに必要とされるバイアス変化
を生成するのに用いることが出来ない。

現在要求されている目的のために適当な出力を得るため
に、マイクロプロセッサ１２を介して制御される外部電
源により修正バイアス信号が発生される。このマイクロ
プロセッサ１２は適当なプログラムを用いて略全サイク
ルにわたり最小値と最大値間において段階状に変化する
周期的出力信号を生成する。この段階状信号はディジタ
ル−アナログ変換器１４を介して増幅器１６に伝送され
、第１信号発生器の基準信号に対する当該出力の位相を
制御するバイアス電圧が生成される。制御サイクルを実
行することにより基準信号と出力信号間の位相差が１周
期にわたり連続して段階状に＋１８０°〜−１８０°間
で漸次変化し、該サイクルの末期に切期値に戻り、この
サイクルが繰り返されるにつれて実質的に連続した直線
状の位相差変化が得られろ。

結果的に、２つの変換器に位相差か段階状に変化１ろ駆
動信号を印加し、（ンクリメンタルステノブがら成る各
完全サイクルかマイクロプロセッサがら出さイ１、よっ
て、各変換器がらの対応する振幅出力の相互作用により
構成されｒこ定在波は遅れ位相の変化速度によって定め
られろ速度で第２信号発生器により駆動される変換器に
向かって段階的に移動４′ろ。同様に、らし、堰姑信号
と出力信号間の進み位相か＋１８０’〜−１８０°間で
作用されるのであれば、定在波は第１信号発生器により
駆動されろ変換器に向かって移動する。

数値列として、４．２ＭＨｚの梧錦信号を以て、水中（
２０℃において音速１４８４０１てあろ）においてｌｏ
ｎ＋ｍ、７分の一定側蓼動速度か必要とされると、定在
波の６節は１分あたり５６６節間距離の速度をしって変
１立し、よって、マイクロプロセッサの１プログラムサ
イクルは１．０６秒（制御電圧サイクルあたり１節）と
することかてさる。マイクロブロセノサプ０クラムかｌ
サイクルあた１）２５６電圧サイクルステツプを提供す
るしのとすると、電圧の線形変化か当該サイクルの２５
６ステツプ全体に配分されろと位相変化ステップは当該
信号発生器の１７３９０サイクル海に１目視れる。実際
に、サイクル末期におけろ制御信号の初期値への復帰は
瞬時に行なわれず、マイクロプロセッサは初期値への復
帰のために１サイクルの末期に残存する敗ステップの間
隔をしって実行するように全範囲の掃引を完了するよう
に構成することができる。これらの特性により持たらさ
れる重要なことは、所要の位相変化に対し出力電圧か実
質的に１７０００サイクル間隔て１４°以下の位相調整
能を何することであり、したかって当該波の所要の移動
が当該波形を乱すことなく何効に行なわれることである
。

第２ａ図は上述した実施例において得られた時間（１）
に対する定在波の運動特性を示すしのである。既述した
ように、選択プログラムを蓄積することにより、第２ｂ
図に示す周期的段階状特性の可変速度特性を与えるよう
にもう１つの種類の電工ランプを発生させるようにする
ことかできろ。

所望の特性を与えるようにディノタルプログラムをＩ９
１′Ｉ：に占く方法は当該技術分野の１ノ５練とに長く
川られでおり、この明細書においては詳細に図解上ｌ二
は説明１ろことはしない。

１　図面の口ｉｉ　’ｌｉな説明 第１図は流動媒質内に移動定在波を生起させるためのこ
の発明の装置の概略構成を示す図、第２ａ図および第２
ｂ図は第１図の装置により生成されノニ序動定ｒ［波、
′）２種類の速度特性を示すクラ７て力る。

２　液充填カラム、・１ａ、４ｂ　変換器、６　第１１
３τん発生器、８　第２信号発生器、１０　位＋１１（
ンターロノタ、＋２　　・マイクロプロセッサ、１１　
デーツタルーアナロタ変換器、１６　増幅器。

持、′［出願人　　ユニリーバ・ナームローズ・ペンノ
ットツヤＪプ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波変換器対を作動させてそれらの出力を相互
   作用させることにより流動媒質内に移動定在波を生起さ
   せるにあたり、 インターロックされた位相差を有する各信号により上記
   各変換器を駆動するとともに制御信号を加えることによ
   り該位相差を漸次変化させる一方、ディジタル制御手段
   により上記制御信号を調整するとともに制御信号用プロ
   グラムにより上記ディジタル制御手段を操作して上記各
   変換器間における位相差を段階状に周期的に変化させ、 上記各変換器の駆動信号に一連の瞬間位相変化を導入し
   、これにより上記ディジタル制御手段のプログラム操作
   に応じた方式で当該定在波を移動させることを特徴とす
   る方法。
2. （２）ディジタル制御手段が連続サイクルにおける終了
   および開始ランプ値間で実質的に瞬時復帰によつて周期
   的ランプ形式の制御信号を生成する特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。
3. （３）ランプが実質的に線形である特許請求の範囲第２
   項に記載の方法。
4. （４）連続サイクルの開始値が先行ランプの終値がら１
   ８０°より小さい位相ずれを有する特許請求の範囲第２
   項または第３項に記載の方法。
5. （５）連続した各ランプの開始値が進み位相である特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。
6. （６）制御信号ランプを非線形として各サイクル内の移
   動速度を変化させる特許請求の範囲第２項に記載の方法
   。
7. （７）各変換器出力の周波数を実質的に５０ＫＨｚ以下
   とした特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載
   の方法。
8. （８）各変換器の出力を相互作用させることにより流動
   媒質内に移動定在波を生起させる超音波変換器対を操作
   する装置において、 上記各変換器用の信号発生手段、 上記信号発生手段の各出力をインターロックして上記出
   力間の位相差を定める位相制御手段、プログラム蓄積器
   および周期的電圧ランプを発生するディジタル−アナロ
   グ変換器を備えた中央処理ユニット、および 上記各ランプの瞬時値を信号として上記位相制御手段に
   供給して上記出力の位相差を段階状に変化させる供給手
   段を備え、 上記周期的電圧ランプの変化に応じて連続的に位相差を
   漸次変化させることにより各変換器を同一周波数で駆動
   するように出力する一方、段階的に変化させることによ
   り各変換器に対する定在波の位置を変化させて該定在波
   に対し漸次進行するようにしたことを特徴とする装置。
9. （９）信号発生手段が実質的に５００ＫＨｚの出力を発
   生するようにした特許請求の範囲第８項に記載の装置。