MX2014013962A - Dispositivos eyectores, métodos, accionadores y circuitos para los mismos. - Google Patents

Abstract

En un montaje de eyector piezoeléctrico, un actuador piezoeléctrico está conectado a un mecanismo de eyección, mientras que un generador de señal de accionamiento y un controlador están acoplados al actuador; el generador de señal de accionamiento está configurado para generar una señal de accionamiento para accionar el actuador para hacer oscilar el montaje de eyector; el controlador está configurado para controlar el generador de señal de accionamiento para accionar el actuador a una frecuencia resonante del montaje de eyector, y un circuito de auto-sintonización se proporciona para definir la frecuencia de señal accionamiento óptima.

Description

DISPOSITIVOS EYECTORES. MÉTODOS. ACCIONADORES Y CIRCUITOS PARA LOS MISMOS SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentación de las Solicitudes norteamericanas Nos.: 61/647,359, presentada el 15 de mayo del 2012, titulada “Metodos, Accionadores y Circuitos para Dispositivos y Sistemas Eyectores”, 61/722,556, presentada el 5 de noviembre de 2012, titulada “Dispositivo Eyector y Accionador de Función de Resonancia Para el Mismo”, y 61/722,584, presentada el 5 de noviembre de 2012, titulada “Dispositivo de Generación de Gotitas Bajo Demanda", cuyos contenidos se incorporan en la presente en su totalidad a manera de referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Los sistemas, métodos y aparatos descritos en la presente se refieren en general al campo de los sistemas electromecánicos. De forma más específica, los sistemas, métodos y aparatos descritos en este documento se pueden utilizar para accionar, monitorizar y controlar un sistema de generación y cyección de gotitas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los accionadores piezoelectricos son componentes electrónicos que se someten a distorsión mecánica cuando se aplica voltaje a través de los mismos. Bajo la influencia del voltaje, la estructura cristalina del material piezoeléctrico, por ejemplo cerámica, se ve afectada de tal manera que el material piezoeléctrico cambiará de forma. Por ejemplo, si un campo eléctrico alterno se aplica a un material piezoeléctrico, vibrará (contrayéndose y expandiéndose) a la frecuencia de la señal aplicada. Esta propiedad de los materiales piezoeléctricos se puede aprovechar para producir accionadores eficaces - componentes electrónicos que se pueden utilizar para desplazar una carga mecánica. Cuando se aplica voltaje a un accionador piezoeléctrico, el cambio resultante en la forma y el tamaño del material piezoeléctrico desplaza la carga mecánica. Las señales eléctricas aplicadas a un accionador piezoeléctrico son comúnmente ya sea de un solo tono, es decir, de una sola frecuencia, o entradas de onda cuadrada.

En ciertas configuraciones, cuando una señal de accionamiento que tiene suficiente voltaje y frecuencia/frecuencias apropiadas se aplica a un accionador piezoeléctrico, el accionador piezoeléctrico puede inducir movimiento en una carga mecánica tal como un fluido, generar gotitas del fluido, las cuales se pueden cyectar como una corriente de gotitas. Durante la generación de una corriente eyectada de gotitas, son generalmente deseables accionadores piezoeléctricos, sistemas accionadores y métodos de accionamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente divulgación está dirigida a un dispositivo cyector de gotitas y a un metodo de accionamiento de tal dispositivo. El dispositivo eyector de gotitas puede comprender un actuador acoplado a una placa de generación de gotitas para definir un montaje de eyector, y circuitos accionadores y de realimentación. La placa de generación de gotitas puede incluir una pluralidad de aberturas en comunicación de fluido con un depósito de fluido, que será cargado con el fluido. El circuito accionador está en comunicación de señal con el actuador, y configurado para accionar el actuador con base en una forma de onda de accionamiento. El circuito de realimentación está en comunicación de señal con el actuador y el circuito accionador, y está configurado para determinar un tiempo de relajación con base en una señal de realimentación indicativa de la oscilación de la placa de generación de gotitas cargada con fluido. La forma de onda de accionamiento comprende una primera secuencia de accionamiento separada de una segunda secuencia de accionamiento por un período de relajación con base en el tiempo de relajación de la placa de generación de gotitas cargada con fluido y del accionador.

Adicionalmente, de conformidad con la divulgación, se proporciona un circuito accionador y una señal de accionamiento o forma de onda de accionamiento para un dispositivo cyector piezoeléctrico o de un generador de gotitas que se pueden incluir en un dispositivo piezoeléctrico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIG. 1 muestra una vista en sección transversal de una modalidad de un montaje de eyector de la divulgación.

Las FIGS. 2A y 2B son vistas en sección transversal de una modalidad de una placa de eyección activada para un montaje de eyector de la divulgación.

La FIG. 3A es una vista esquemática de una modalidad de un mecanismo de eyección para un montaje de eyector, de la divulgación en una configuración simétrica.

La FIG. 3B es una vista desmontada de una modalidad de un mecanismo de eyección simétrico de la divulgación.

La FIG. 3C es una vista en planta de una modalidad de un mecanismo de eyección simétrico de la divulgación.

La FIG. 4 es una vista en sección transversal a través de parte de una modalidad de un mecanismo de eyección de la divulgación.

La FIG. 5 es un diagrama de bloques de una modalidad de un sistema de accionamiento y control de un actuador piezoeléctrico de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 6 es un diagrama de circuito esquemático de un convertidor reductor-elevador modificado de la divulgación.

La FIG. 7 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un convertidor elevador modificado de la divulgación utilizado para convertir voltajes de batería de 2 a 3 voltios hasta tan alto como una salida de 60 V para accionar un puente completo y/o un convertidor resonante.

La FIG. 8 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un accionamiento de un convertidor resonante de la divulgación.

La FIG. 9 es un diagrama de bloques de una modalidad de un accionador de la divulgación que hace uso de un convertidor elevador.

La FIG. 10 es un diagrama de bloques de una modalidad de un accionador multitono y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 11 muestra la salida de voltaje variable en el tiempo de una modalidad de un accionador de dos tonos de conformidad con la divulgación.

La FIG. 12 es un diagrama de bloques de otra modalidad de un accionador multitono y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 13 es un diagrama de bloques de todavía otra modalidad de un accionador multitono y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 14 es un diagrama de bloques de todavía otra modalidad de un accionador multitono y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 15 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un accionador de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 16 es un diagrama de bloques de todavía otra modalidad de un accionador multitono y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 17 es un diagrama de circuito de una modalidad de un circuito de puente completo con un circuito de medición de TEP.

La FIG. 18 es una vista ampliada de la porción de medición de TEP del circuito de la FIG. 17.

La FIG. 19 es una forma de onda de Voltaje vs. Tiempo que muestra el decaimiento resonante y no resonante.

La FIG. 20 es un diagrama de flujo que ilustra una modalidad de un metodo de determinación de la resonancia de un mecanismo electromecánico.

La FIG. 21 es un diagrama de flujo que ilustra otra modalidad de un método de determinación de la resonancia de un mecanismo electromecánico.

La FIG. 22 muestra una forma de onda de muestra (amplitud versus frecuencia) de una señal integrada de una modalidad de un mecanismo de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 23 muestra una forma de onda de muestra (amplitud versus frecuencia) de una señal integrada de otra modalidad de un mecanismo de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 24 es un diagrama de bloques de otra modalidad de un accionador y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 25 es un diagrama de bloques de todavía otra modalidad de un accionador y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 26 es un diagrama de bloques de todavía otra modalidad de un accionador y circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 27 es un diagrama de bloques de una modalidad de un circuito de detección de resonancia por TEP.

La FIG. 28 es un diagrama de bloques de una modalidad de una derivación para un circuito de detección y control de resonancia de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 29 muestra señales de accionador y señales de circuito de detección y control de resonancia de conformidad con una modalidad de la presente divulgación.

La FIG. 30 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un accionador de desplazamiento de nivel para tomar una salida de generador de forma de onda complementaria para accionar los niveles necesarios para la operación de puente completo de conformidad con la presente divulgación.

La FIG. 31 es una forma de onda de Deposición de Masa vs. Frecuencia para una implementación de la presente divulgación.

La FIG. 32 es una forma de onda de Voltaje Integrado vs. Frecuencia para una salida de medición de resonancia de conformidad con una implementación de la presente divulgación.

La FIG. 33 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un circuito elevador oscilador controlado por puerta para un sistema accionador.

La FIG. 34A es un gráfico de una forma de onda de relajación de fluido ilustrativa.

La FIG. 34B es una vista ensanchada de la forma de onda de relajación de fluido en la FIG. 34A.

Las FIGS. 35A a 35D son gráficos de ejemplos de formas de onda para la amortiguación de señalización manual.

La FIG. 36 es un gráfico de una forma de onda de relajación despues de la eliminación de una señal de accionamiento.

La FIG. 37 es un gráfico de una forma de onda de relajación después de una rampa descendente suave de la señal de accionamiento.

La FIG. 38A es un gráfico de una forma de onda de relajación después de una excitación de cinco ciclos, que muestra la producción (“batido”) de armónicos de la señal de señalización manual.

La FIG. 38B es una vista ensanchada de la forma de onda de relajación en la FIG. 38A.

La FIG. 39A es un gráfico de una forma de onda de relajación de fluido despues de una excitación de diez ciclos con una señal de amortiguación agregada, que muestra tiempo de relajación y producción de armónicos reducidos.

La FIG. 39B es una vista ensanchada de la forma de onda de relajación en la FIG. 39A.

La FIG. 40 es un gráfico de una forma de onda de relajación después de una excitación de onda cuadrada de diez ciclos, con una señal de amortiguación.

La FIG. 41 es un gráfico de la forma de onda de relajación sin una señal de amortiguación.

La FIG. 42 es un gráfico de una forma de onda de relajación después de dos períodos de un accionamiento de onda cuadrada de diez ciclos con señal de amortiguación y tiempo muerto de relajación.

La FIG. 43 es un diagrama de bloques de una modalidad de un generador de señal de accionamiento.

La FIG. 44 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un circuito desplazador de nivel.

La FIG. 45 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un circuito de detección de volumen por IR.

La FIG. 46 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de una bomba de carga 2X.

La FIG. 47 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de dos convertidores elevadores que actúan como una bomba de carga y piezoaccionador, de conformidad con la divulgación.

La FIG. 48 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un microcontrolador de la divulgación.

La FIG.49 muestra un diagrama de circuito de una modalidad de un conjunto de desplazadores de nivel que accionan un puente completo cargado con un tanque resonante (incluyendo piezo).

La FIG. 50 muestra una modalidad de un circuito de disminución de TEP/disminución de gotitas bajo demanda.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente divulgación se refiere en general a dispositivos cyectores, y metodos para su uso en el suministro de fluidos. En particular, la presente divulgación se refiere a dispositivos eyectores y métodos útiles en el suministro de fluidos para uso oftálmico, tópico, oral, nasal, o pulmonar, incluyendo el suministro de fluidos oftálmicos en el ojo. En operaciones de gotitas bajo demanda, uno o más gotas de fluido se pueden eyectar en un momento determinado, utilizando los sistemas y el método descritos en la presente para lograr los desplazamientos del eyector y las velocidades necesarias para suministrar el fluido en forma de gotitas, con velocidades de transferencia de masa y dosificaciones de fluido deseadas, y con formación de perlas y oclusión del cyector reducidas.

A modo de antecedente, en los sistemas de generación y eyección de gotitas de alto volumen, el fluido puede formar perlas sobre la superficie del eyector, ocluyendo las aberturas de generación de gotitas y reduciendo la transferencia de masa, algunas veces durante períodos de hasta varios segundos o incluso minutos. De esta manera, la formación de perlas de fluido y los efectos relacionados pueden hacer que sea difícil proporcionar la velocidad de eyección de fluido necesaria sobre un diagrama de aberturas o boquillas del eyector. Estos desafíos son particularmente relevantes cuando se opera en modos de baja velocidad, o formas desfavorables de modos de vibración. Los modos de vibración o modos normales de un sistema oscilante son patrones de vibración o movimiento en los cuales todas las partes del sistema se mueven de forma sinusoidal con la misma frecuencia y con una relación de fase fija. El movimiento descrito por los modos normales se llama resonancia. Las frecuencias de los modos normales de un sistema se conocen como sus frecuencias naturales o frecuencias resonantes. Un objeto físico, tal como un edificio, un puente o una molecula o, como en este caso, un mecanismo de eyección de fluido, tiene un conjunto de modos normales que dependen de su estructura, materiales y condiciones de contorno. El fluido eyectado también puede formar películas de evaporación sobre la superficie del eyector, lo cual puede degradar sustancialmente el desempeño del eyector.

En ciertas modalidades, los dispositivos eyectores incluyen un mecanismo de cyección (por ejemplo, una placa de eyección y una placa de generación de gotitas acopladas a un actuador), el cual genera una corriente dirigida de gotitas de fluido, y una disposición de suministro de fluido para cargar el mecanismo de eyección. Para facilitar la referencia, la combinación del mecanismo de eyección y la disposición de suministro de fluido será denominada en la presente como un montaje de eyector. Los fluidos adecuados incluyen, sin limitación, soluciones, suspensiones y emulsiones, las cuales tienen viscosidades en un intervalo capaz de formar gotitas utilizando un mecanismo de eyección. Los fluidos adecuados tambien incluyen, sin limitación, fluidos que contienen productos farmacéuticos y medicamentos.

Con el fin de lograr la deposición de masa de las gotitas de un fluido en los sistemas de generación y eyección de gotitas de alto volumen, se puede utilizar la eyección continua de fluido por medio de inyección. El chorro continuo permite la deposición de masa de mayores volúmenes de fluido (por ejemplo, en el intervalo de 0.5 a 30 ul) mediante la generación y la eyección de un gran número de pequeñas gotitas.

Sin embargo, la eyección de una corriente de gotitas en modo continuo puede tener como resultado la formación de perlas debido a los chorros caóticos, la recaptura de gotitas de satélite, y los efectos de carga inductiva y triboeléctrica, entre otros. Una vez formada, una perla de fluido ubicada sobre una abertura de eyección puede crecer, por ejemplo, como resultado de la acción de bombeo, que finalmente humedece la superficie exterior de las aberturas de cyección, por ejemplo, debido a la atracción de Coulomb o al movimiento mecánico. Además de la cantidad de movimiento del mecanismo de eyección oscilante, el propio fluido tambien se agrega a la cantidad de movimiento, que puede acumularse durante el modo continuo de eyección, o cuando se proporciona un período de relajación insuficiente entre períodos de oscilación y de eyección, tal como se discute a continuación.

Como tal, de conformidad con la divulgación, se proporcionan téenicas mejoradas de generación y eyección de gotitas con el fin de accionar el accionador piezoeléctrico (u otro actuador) para reducir, minimizar o eliminar la formación de perlas de fluido sobre la superficie de eyector, y sobre las aberturas de eyección. La divulgación también proporciona técnicas mejoradas de generación y eyección de gotitas las cuales suprimen o evitan la formación de películas de fluido eyectado de forma incompleta sobre la superficie del montaje de eyección, y sobre otros componentes necesarios para mantener el desempeño durante períodos de uso prolongado.

Se describen diferentes técnicas para detener o reducir la cantidad de movimiento de fluido acumulada durante la operación de chorro continuo, con el fin de suprimir o evitar la formación de perlas a través de la temporización de la señal de accionamiento eléctrico y la cancelación de energía piezoeléctrica o amortiguación activa. Estas técnicas son aplicables a una variedad de tipos de señal de accionamiento adecuados, incluyendo, pero no limitados a, señales de accionamiento y formas de onda sinusoidales, cuadradas, en rampa, de chirrido, de amplitud modulada y de frecuencia modulada, y combinaciones de tales formas de onda.

En modalidades de estas teenicas, las gotitas se pueden formar a partir de fluido contenido en un depósito acoplado a un mecanismo de cyección. El mecanismo de eyección y el depósito pueden ser desechables o reutilizables, y los componentes se pueden compactar en un alojamiento de un dispositivo eyector, tales como los descritos en las Solicitudes Provisionales norteamericanas Nos. 61/569,739, 61/636,559, 61/636,565, 61/636,568, 61/642,838, 61/642,867, 61/643,150 y 61/584,060, y en las Solicitudes de Patente norteamericanas Nos. 13/184,446, 13/184,468 y 13/184,484, cuyos contenidos se incorporan en la presente a manera de referencia.

Haciendo referencia a la FIG. 1, por ejemplo, el montaje de eyector 100 puede incluir un mecanismo de eyección 101 y un depósito 120. El mecanismo de eyección 101 puede incluir una disposición de placa oscilante con placa de eyección 102 formada integralmente con una sección de placa de generación ubicada centralmente que incluye las aberturas de eyección 126, como en esta modalidad, o la placa de eyección 102 se puede acoplar a una placa de generación separada, que puede ser activada por el actuador piezoeléctrico 104 que forma parte del mecanismo de eyección. Por conveniencia, ambas modalidades serán denominadas como que tienen un generador de gotitas 132. El actuador 104 vibra o de otra manera desplaza la placa de eyección 102 para suministrar fluido 110 desde un depósito 120, ya sea como una sola gotita 112 (gotita bajo demanda) desde una o más aberturas 126, o como una corriente de gotitas 112 cyectadas desde una o más aberturas 126, a lo largo de una dirección 114.

En algunas aplicaciones, el fluido oftálmico se puede eyectar hacia un ojo 116, por ejemplo de un adulto o un niño humano, o un animal. El fluido puede contener un agente farmaceutico para tratar una molestia, afección, o enfermedad del humano o un animal, ya sea en el ojo o en la superficie de la piel, o en una aplicación nasal o pulmonar.

La ubicación de la unión del actuador 104 a la placa de eyección 102 también puede afectar la operación del montaje de eyector 100, y la creación de una sola gotita o corrientes de gotitas. En la implementación de la FIG. 1 , por ejemplo, el actuador 104 (o una serie de componentes de actuador individuales 104) se puede acoplar a una región periférica de la placa de eyección 102, sobre una superficie 122 opuesta al depósito 120.

Una región central 130 de la placa de eyección 102, en esta modalidad, incluye una región de eyección 132 con una o más aberturas 126, a través de la cual el fluido 110 pasa para formar gotitas 112. La región de eyección (o de generación de gotitas) 132 puede ocupar una porción de la región central 130, por ejemplo el centro, o la configuración de agujeros de eyección de la región de eyección 132 puede ocupar sustancialmente toda el área de la región central 130. Adicionalmente, un extremo abierto 138 del depósito puede corresponder sustancialmente con el tamaño de la región de eyección 132, o, como en esta modalidad, la región abierta 138 puede ser mayor que la región de eyección 132.

Tal como se muestra en la FIG. 1, la placa de cyección 102 está dispuesta sobre o en comunicación de fluido con el extremo abierto 138 del depósito 120, que contiene el líquido 110. Por ejemplo, el depósito 120 puede estar acoplado a la placa de eyección 102 a lo largo de una región periferica 146 de una primera superficie principal 125, utilizando un sello o acoplamiento adecuado tal como una junta tórica 148a dispuesta en una ranura formada en una pared de depósito 150. Una porción 144 de alojamiento de depósito también se puede proporcionar en la forma de una vejiga plegable. Sin embargo, la divulgación no es tan limitada, y cualquier vejiga o depósito adecuado se puede utilizar.

Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos 106a y 106b sobre las superficies opuestas 136 y 134 del actuador 104, la placa de eyección 102 se desvía para cambiar a una forma relativamente más cóncava 170 o una forma relativamente más convexa 172, tal como se muestra en las FIGS. 2A y 2B, respectivamente, dependiendo de la polaridad del voltaje.

Cuando se acciona con un voltaje alterno, el actuador 104 funciona para invertir de forma alternante las formas convexa y cóncava 170 y 172 de la placa de eyección 102, induciendo un movimiento periódico (oscilación) de la placa de eyección 102. Las gotitas 112 se forman en las aperturas o aberturas 126, tal como se describió anteriormente, con el movimiento oscilatorio de la región de eyección 132 causando una o más gotitas 112 que serán eyectadas a lo largo de una dirección (eyección) de suministro de fluido 114, por ejemplo en una aplicación de una sola gotita (gotita bajo demanda), o como una corriente de gotitas.

El voltaje y la frecuencia de accionamiento se pueden seleccionar para mejorar el rendimiento del mecanismo de cyección, tal como se describió anteriormente. En algunas modalidades, la frecuencia de oscilación del actuador 104 se puede seleccionar a o cerca de una frecuencia de resonancia de la placa de eyección 102, o a una o más frecuencias seleccionadas para oscilar la placa de eyección 102 a tal resonancia por medio de un acoplamiento de superposición, de interferencia o resonante.

Cuando se opera a o cerca de la frecuencia resonante, la placa de eyección 102 puede amplificar el desplazamiento de la región de eyección (de generación de gotitas) 132, disminuyendo los requerimientos de potencia relativa del accionador, en comparación con un diseño de acoplamiento directo. El factor de amortiguación del sistema de resonancia, que incluye el actuador 104, la placa de eyección 102 y cualquier generador de gotitas llenado con fluido, también se puede seleccionar para ser mayor que la potencia de entrada del actuador piezoeléctrico, con el fin de reducir la fatiga y aumentar la vida de servicio sin fallas sustanciales.

Ejemplos de montajes de eyector se ilustran en la Solicitud de Patente Provisional norteamericana No. 61/569,739, “Mecanismo de Eyección, Dispositivo Eyector y Métodos de Uso”, presentada el 12 de diciembre de 2011, la cual se incorpora en la presente a manera de referencia. En una modalidad particular, un mecanismo de placa de eyección 100 puede incluir una placa de eyección rotacionalmente simétrica 102 acoplada a un actuador anular 104, por ejemplo tal como se muestra en la FIG. 3A, y tal como se describe en la Solicitud de Patente Provisional No. 61/636,565, “Mecanismo de Eyección Libre de Plomo Centro-Simetrico, Dispositivo Eyector, y Métodos de Uso”, presentada el 20 de abril del 2012, también incorporada en la presente a manera de referencia. Sin embargo, la divulgación no es tan limitada.

En la configuración particular de la FIG. 3A, el mecanismo de cyección 300 incluye una placa de generación separada 301 unida a una placa de eyección 302. El actuador 304 incorpora uno o más dispositivos piezoeléctricos individuales u otros elementos de actuador, tal como se describió anteriormente, para el accionamiento de la placa de eyección rotacionalmente simétrica 302, pero en esta modalidad comprende una estructura anular. La región (de eyección) de generación de gotitas 332 de la placa de eyección 302 incluye una configuración de aberturas 326 en la región central 330, y se acciona por medio del actuador 304 por medio de un circuito generador de señal de accionamiento adecuado tal como se describe a continuación. Ejemplos de téenicas para la generación de voltajes de accionamiento se ilustran en la Solicitud de Patente Provisional No. 61/647,359, “Métodos, Accionadores y Circuitos para Dispositivos y Sistemas Eyectores”, presentada el 15 de mayo del 2012, tal como se incorpora en la presente a manera de referencia.

La FIG. 3B es una vista desmontada del mecanismo de eyección simétrico 300. En esta modalidad, la placa de eyección 302 utiliza un elemento (región de cyección) de generación de gotas (separadas) discreto 301 , tal como se muestra a la izquierda y a la derecha de la FIG. 3B desde la superficie (boca abajo) posterior 325 y la superficie (boca arriba) delantera 322, respectivamente. El elemento de generación de gotas 301 está acoplado mecánicamente a la placa de eyección 302 sobre una apertura central 352, e incluye una configuración de aberturas 326 configurada para generar una corriente de gotitas de fluido cuando se acciona mediante un actuador de tipo placa de generación 304, tal como se describió anteriormente.

La FIG. 3C es una vista en planta de un mecanismo de eyección 300. El mecanismo de eyección simetrico 300 incluye una placa de eyección 302, a la cual se une el actuador 304 y el generador de gotitas 301. El generador de gotitas incluye una configuración de aberturas 326 en una región central 330, tal como se describió anteriormente. El mecanismo de eyección 300 puede estar acoplado a un depósito de fluido u otro componente de dispositivo eyector por medio de aperturas 351 en elementos de acoplamiento mecánico de tipo orejas dispuestas simétricamente 355, o utilizando otra conexión adecuada tal como se describió anteriormente con respecto a la FIG. 1.

Tal como se muestra en la FIG. 3C, la placa de eyección 302 puede tener una dimensión 354 de aproximadamente 21 mm, o en un intervalo de aproximadamente 10 mm o menos a aproximadamente 25 mm o más, dependiendo de la aplicación. Los materiales adecuados para la placa de eyección 302 y el generador de gotas 301 incluyen, pero no están limitados a, metales flexibles resistentes al esfuerzo y fatiga tal como el acero inoxidable.

Para fines de orientación, los diferentes elementos del mecanismo de cyección 300 tal como se muestra en las FIGS. 3A a 3C pueden ser descritos con respecto a la ubicación del depósito tal como el depósito 320 descrito anteriormente con respecto a la FIG. 1. En general, los elementos proximales del mecanismo 300 están ubicados más cerca del depósito de fluido 120 (FIG. 1) y los elementos distales están ubicados más lejos del depósito de fluido 120, tal como se definen a lo largo de la corriente de gotitas o la dirección de eyección 114.

En la modalidad particular de la FIG. 4, el montaje de eyector 400 incluye un mecanismo de eyección 400 que comprende una placa de eyección oscilante 402 con primera superficie (proximal) principal 425 adyacente a un depósito de fluido 420, y segunda superficie (distal) principal 422 opuesta al depósito de fluido 420. Un actuador piezoelectrico 404, en esta modalidad, está formado como un elemento distal, con el depósito 420 estando unido a la superficie proximal 425 de la placa oscilante 402. Alternativamente, el actuador 404 se puede acoplar a la placa de eyección 402 sobre la superficie distal 425 alrededor del depósito 420.

Las superficies proximal y distal 436 y 434 del actuador 404 están provistas de capas conductoras 460, por ejemplo, para proporcionar electrodos inferior y superior 106a y 106b (FIG. 1) para señales de accionamiento, tal como se describió anteriormente. Tal como se muestra en la FIG. 4, la capa conductora 460 sobre la superficie proximal 436 del actuador 404 está separada de la superficie o lado distal 422 de la placa de cyección 402 mediante una capa dieléctrica 462, permitiendo que la placa de eyección oscilante 402 sea conectada a tierra e aislada eléctricamente de la capa conductora 460 del actuador 404. En el lado distal 434 del actuador, una capa dieléctrica adicional 462 se puede proporcionar para separar una capa de metalización 461 de la capa conductora superior (o electrodo de accionamiento) 460. Esto aísla eléctricamente la capa de metalización 461 permitiendo que la capa de metalización sirva como un electrodo aislado eléctricamente para mediciones de contra-EMF (contra-fuerza electromotriz) en ciertas modalidades de la divulgación. En otras modalidades, contactos separados para mediciones de contra-EMF se pueden eliminar mediante el uso de los niveles de voltaje en los electrodos 106a, 106b tal como se discute adicionalmente a continuación.

Tal como se muestra en la FIG. 4, la placa de eyección oscilante 402 está colocada en comunicación de fluido con el depósito 420, y la superficie o lado proximal 425 está en contacto con el fluido 410. Una capa de recubrimiento adicional 463 se puede formar sobre las superficies (superior y lateral) expuestas del actuador 404, y puede incluir por lo menos parte de la superficie distal 422 de la placa de eyección 402, con el fin de evitar el contacto entre el actuador 404 y cualquier fluido 410 eyectado desde el depósito 420. En algunas implementaciones, una o ambas de la placa de eyección 402 y la placa de generación (o región de eyección) 432 también pueden estar recubiertas con un material inerte, de grado medico, no tóxico, no reactivo, y opcionalmente resistente a ácidos, bases y disolventes 465, u otro material que tenga una combinación adecuada de tales propiedades.

Los recubrimientos 463 y 465 pueden ser iguales o diferentes, y se pueden aplicar individualmente o en cualquier combinación, por ejemplo mediante pulverización catódica, deposición de vapor, deposición física de vapor (PAD), deposición química de vapor (COD), deposición electrostática de polvo, o cualquier combinación adecuada de tales téenicas. Los recubrimientos 463 y 465 pueden incluir materiales poliméricos tales como polipropileno, nylon, y polietileno de alta densidad (HDPE), material de TEFLON® y otros recubrimientos de conformación, y materiales de recubrimiento de metal incluyendo, pero no limitados a, oro, platino, y paladio. Los recubrimientos 463 y 465 se pueden seleccionar para adherirse de forma suficiente para evitar la delaminación cuando vibran a una alta frecuencia, según se apliquen a cualquier combinación de superficies de la placa de cyección oscilante 402, la placa de generación 432 y el actuador 404, ya sea individualmente o en conjunto, en un intervalo de espesor de aproximadamente 0.1 mm o menos a aproximadamente 500 pm o más.

Con el fin de accionar el actuador del mecanismo piezoeléctrico, una señal de accionamiento o forma de onda de accionamiento se debe generar mediante un circuito accionador. Al proporcionar tal señal de accionamiento, se consideraron una serie de factores de conformidad con la presente divulgación. En particular, una variedad de factores pueden afectar la velocidad de la carga mecánica desplazada, incluyendo la frecuencia y la amplitud de la señal de accionamiento, así como el factor de calidad de la resonancia mecánica a dicha frecuencia. A medida que la frecuencia, la amplitud o ambas de la señal de accionamiento se aumentan, la velocidad de desplazamiento de la carga mecánica aumenta. Sin embargo, las frecuencias de operación más altas, mientras que al mismo tiempo aumentan de velocidad de desplazamiento, también tienen una potencia promedio más alta. La potencia adicional requerida para operar a altas frecuencias puede no ser deseable en ciertas aplicaciones. Los materiales piezoeléctricos y los dispositivos accionados piezoeléctricos exhiben regiones de resonancia en donde se llega a maximizar el accionamiento mecánico. A menudo es deseable proporcionar una señal de accionamiento eléctrico a estas frecuencias para causar el desplazamiento máximo del elemento piezoeléctrico o mecanismo piezoeléctrico (por ejemplo, el elemento piezoeléctrico acoplado a una carga tal como una placa de cyección y una placa de generación llenada con fluido), utilizando la menor cantidad de energía eléctrica posible. Sin embargo, en la resonancia, los dispositivos piezoeléctricos se vuelven total o parcialmente resistivos, disipando una gran cantidad de energía en el piezoeléctrico. También pierden las propiedades de disipación de energía beneficiosas de la operación en modo capacitivo y reducen su eficiencia en circuitos convertidores resonantes. De esta manera, sigue existiendo una necesidad de aparatos, métodos y sistemas mejorados, tal como se describen en la presente, los cuales proporcionan desplazamiento y velocidad de desplazamiento máximos de cargas mecánicas acopladas a los actuadores piezoelectricos, mientras que al mismo tiempo aumentan la eficiencia energética del sistema. Esto es particularmente importante en sistemas operados con baterías en los cuales la potencia disponible puede estar limitada. De conformidad con la invención, el mecanismo de cyección llenado con fluido se trata como una membrana con un modo de membrana de vibración diferente del propio elemento piezoeléctrico. Aunque la resonancia del elemento piezo es la frecuencia con la potencia de movimiento/accionamiento mecánico más alta de la propia cerámica, hay modos de membrana que no se basan en la propia resonancia de la cerámica/elemento piezo. El elemento piezo simplemente genera la función de fuerza, y mientras menor sea la pérdida en la membrana mayor será el movimiento. Cuando el sistema es accionado en uno de estos modos de membrana, el elemento piezo puede ser casi un condensador perfecto permitiendo una alta amplificación Q de un voltaje o corriente de entrada con el elemento piezo como el condensador. Esto reduce considerablemente el consumo de energía y permite el suministro de un voltaje y corriente mucho más altos al dispositivo, sin calentar el piezoeléctrico.

Adicionalmente, una variedad de factores pueden cambiar las propiedades resonantes y las características eléctricas de los dispositivos piezoeléctricos, tales como la señal de accionamiento aplicada al piezoeléctrico, la carga mecánica acoplada al piezoeléctrico, o incluso la temperatura ambiente, la presión y la humedad que rodean al piezoeléctrico.

Un piezoeléctrico originalmente accionado para funcionar a una frecuencia resonante puede desviarse lentamente de la resonancia debido a uno o más de estos factores, que causan el funcionamiento menos eficiente del piezoeléctrico, y reducen potencialmente el desplazamiento de la carga mecánica. De esta manera, sigue existiendo la necesidad de aparatos, métodos y sistemas, tal como se describen en la presente, los cuales pueden detectar las resonancias de sistemas electromecánicos que comprenden actuadores piezoeléctricos y sus cargas mecánicas asociadas, y cuando estos sistemas ya no están funcionando en un modo de resonancia, proporcionar una acción correctiva para llevar el actuador piezoeléctrico y/o la carga mecánica de nuevo en resonancia.

De conformidad con la presente divulgación, se proporciona un método y un circuito para rastrear desplazamiento máximo, o modos resonantes, con el fin de compensar variaciones de temperatura, humedad y presión, y tolerancias de fabricación. Adicionalmente, el rastreo de resonancias sin el uso de un electrodo de realimentación aislado se describe en la presente, utilizando los electrodos del actuador como parte de la porción de realimentación del sistema resonante. Mediante la eliminación de los electrodos de realimentación aislados y separados, la pulverización se aumenta de forma apreciable por de 10 a 50% dependiendo del dispositivo. En una modalidad, esta téenica se utiliza con un circuito de puente completo y un factor de barrido Q con circuitos convertidores resonantes tal como se discute con mayor detalle a continuación.

En ciertas modalidades de la divulgación, se proporcionan medios para excitar, detectar, y caracterizar una resonancia electrica y/o mecánica de un elemento piezoeléctrico o diversos elementos acoplados, o de un mecanismo de cyección. Cuando un mecanismo electromecánico tal como un mecanismo de eyección se vuelve resonante, la energía se almacena en el mecanismo electromecánico y se libera a una proporción diferente que en un mecanismo electromecánico, eléctrico, o mecánico no resonante. Adicionalmente, la resonancia del mecanismo electromecánico actuará como un integrador de señales eléctricas en el tiempo, permitiendo que se genere una serie de signaturas únicas dependiendo de la señal eléctrica aplicada.

En ciertas modalidades, una señal eléctrica, que podría ser una forma de onda arbitraria de un solo tono, multitono, de chirrido, o cualquier señal eléctrica que contiene una o más frecuencias se aplica a un elemento piezoeléctrico. El circuito que genera la señal eléctrica puede ser cualquier circuito que suministra energía eléctrica o voltaje y corriente, a la(s) frecuencia(s) de la señal eléctrica prevista. La señal eléctrica se aplica durante un período definido y posteriormente se detiene súbitamente. La señal eléctrica que queda en el piezoeléctrico se mide posteriormente mediante cualquier medición de corriente, voltaje, o potencia y, o bien, se registra para procesamiento matemático tal como por medio de una FFT (Transformada de Fourier) o se aplica directamente a un circuito de integración de energía analógico. El integrador analógico se puede encender y apagar para correlacionar contra una forma de onda definida o simplemente puede integrar toda la energía almacenada en el cyector. Se obtienen signaturas de la resonancia electromecánica las cuales dependen de la señal electrica original y las propiedades mecánicas y eléctricas del sistema electromecánico.

Además, y particularmente con respecto a los sistemas de eyección de gotitas, con el fin de generar gotitas del tamaño apropiado y tener suficiente velocidad de eyección, la señal de accionamiento para el piezoeléctrico debe ser considerable. Las baterías, las cuales podrían estar conectadas de forma conveniente a un sistema de generación y eyección de gotitas, no producen voltaje suficiente para accionar al piezoeléctrico. De esta manera, sigue existiendo la necesidad de sistemas, métodos y aparatos para energizar sistemas de generación y eyección de gotitas mientras que al mismo tiempo se mantiene la facilidad y la portabilidad de los paquetes de baterías.

La FIG. 5 muestra una modalidad de un sistema 500 para el uso de un actuador piezoeléctrico 540, por ejemplo, tal como podría ser utilizado en un sistema de generación de gotitas. Tal como se muestra en la FIG. 5, el sistema 500 puede comprender una fuente de energía 510, tal como una batería; un accionador electrónico 520, es decir, la circuitería responsable de generar el voltaje o la señal de accionamiento 530 para un actuador piezoeléctrico 540; el actuador piezoeléctrico 540; y una carga mecánica 550 a la cual se acopla el actuador piezoeléctrico 540. El actuador piezoeléctrico 540 se puede utilizar para accionar una gran variedad de cargas mecánicas 550, tales como una placa de generación de gotitas para formar gotitas de fluido tal como se describe en las Solicitudes Provisionales norteamericanas Nos. 61/569,739, 61/636,559, 61/636,565, 61/636,568, 61/642,838, 61/642,867, 61/643,150 y 61/584,060, y en las Solicitudes de Patente norteamericanas Nos. 13/184,446, 13/184,468 y 13/184,484, cuyos contenidos se incorporan en la presente a manera de referencia, y tal como se describió anteriormente.

En ciertas modalidades, tal como se muestra en la FIG. 5, tambien puede ser deseable acoplar un circuito de detección y control de resonancia 560 al actuador piezoeléctrico 540. Este circuito 560 se puede utilizar para detectar cuando todo el mecanismo electromecánico 570 (actuador 540 y carga 550) ya no está operando en un modo de resonancia, es decir, el modo en el cual el mecanismo 570 produce el mayor o aumentado desplazamiento mecánico de la carga 550. El circuito 560 también puede proporcionar realimentación al accionador 520 para controlar la frecuencia, por ejemplo para que vuelva a la frecuencia resonante. Otras modalidades de las fuentes de energía, accionadores, convertidores y formas de onda de conformidad con la divulgación se presentan en las referencias incorporadas.

Tal como se discute con más detalle a continuación, en una modalidad, un circuito de puente completo se utiliza para accionar el mecanismo de cyección piezoeléctrico. El potencial (voltaje) en cada lado del elemento piezoeléctrico se alterna entre el voltaje de fuente de alimentación, que puede ser la salida de un convertidor elevador, un convertidor resonante, un convertidor reductor-elevador, un transformador, o un convertidor de voltaje, y conectados a tierra para permitir el funcionamiento portátil a una frecuencia dada. Mediante el accionamiento deLpiezoelectrico para tan poco como un ciclo a una sola frecuencia, la energía se almacena en el mecanismo de cyección piezoeléctrico que se libera de nuevo en el circuito en la forma de un voltaje si se detiene la señal de accionamiento.

De esta manera, cuando se interrumpe la señal de accionamiento, el piezoeléctrico funciona predominantemente como una fuente de señal en lugar de una carga. La energía del mecanismo electromecánico (mecanismo de eyección con su elemento piezoeléctrico) debe ya sea regresar a la circuitería eléctrica como un voltaje o disiparse a través de la fricción y la pérdida eléctrica en el sistema mecánico.

Existen tres casos que determinan cómo se elimina y/o se disipa la energía electromecánica. Si el circuito conectado al eyector está abierto (tres estados), el piezoeléctrico intercambiará energía a través de la oscilación con las capacidades FET del accionador o simplemente la disipará a través de la pérdida mecánica y la pérdida eléctrica interna. El circuito conectado al eyector también podría estar en cortocircuito, lo cual causa que el eyector vuelque rápidamente su energía en la conexión a tierra con el sistema. En lugar de ello, el circuito podría presentar una carga eléctrica finita para el eyector, lo cual causa una oscilación evanescente controlada.

En los casos de carga abierta y finita, el muestreo del voltaje de salida del eyector proporciona una medida del movimiento del mecanismo de eyección, que se correlaciona con la eyección de fluido. El muestreo de corriente se puede utilizar en el caso de un cortocircuito para proporcionar el rastreo del movimiento. No se requiere electrodo de realimentación en ninguno de estos casos, evitando de ese modo tener que proporcionar una capa de metalización separada tal como la capa 461 en la modalidad de la FIG.4.

La fuente de energía 510 puede ser cualquier fuente de energía adecuada, incluyendo una batería adecuada, capaz de energizar el accionador 520. Aunque no se muestra, el sistema 500 puede incluir más de una fuente de energía, o una fuente de energía alternativa, o de respaldo, si se desea. Dependiendo de las características de la fuente de energía 510, puede ser necesario elevar el voltaje de salida de la fuente de energía 510 con el fin de energizar finalmente el actuador piezoelectrico 540.

Tal como se discutió anteriormente, en algunas modalidades de conformidad con la presente divulgación, el voltaje de salida de la fuente de energía 510 se puede elevar, por ejemplo, mediante un convertidor elevador o un convertidor reductor-elevador con un actuador piezoeléctrico 540 como una carga. Una modalidad de un convertidor reductor-elevador modificado de la divulgación se muestra en la FIG. 6.

Este convierte CD-CA en lugar de CD-CD. Sirve para volcar la carga en un condensador (definido por el actuador piezoeléctrico 600) posteriormente tomar toda esa carga y canalizarla de nuevo en la batería 602. Se pueden incluir diodos de recuperación rápida D1, D3 para evitar la falla del diodo corporal. El accionador puede incluir un P-MOSFET T1 conectado en serie con un inductor L1 desde la entrada de energía a tierra, un piezoeléctrico conectado entre la conexión en serie del inductor L1 y P-MOS T 1 , y un N-MOS T2 conectado a tierra. El N-MOS T2 debe tener un diodo de recuperación rápida D1 para evitar la falla del diodo corporal. Cuando se apaga el P-MOSFET T1, la corriente sigue fluyendo a través del inductor L1 de modo que el voltaje de salida por encima del N-MOSFET T2 cae a un valor negativo y la corriente se conduce a través del diodo D1 en paralelo con el N-MOSFET. Toda la corriente se deposita sobre el piezoeléctrico y el voltaje sobre el piezoeléctrico va desde cero a un valor determinado mediante el control por rampa de la corriente a través del inductor L1. El voltaje se puede calcular con base en la carga contenida por la corriente en el inductor L1 de conformidad con la ecuación: V = Q/C, en donde Q es la carga y C es la capacitancia (V es el voltaje). En una modalidad, al final del ciclo, el N-MOSFET D2 se puede encender para tomar el voltaje piezoeléctrico de regreso a tierra. Este ciclo se puede repetir a la frecuencia de accionamiento prevista. El circuito con su convertidor reductor-elevador puede ser más eficiente (50% menos de uso de corriente o mejor) en comparación con convertidores elevadores mientras que al tiempo produce un voltaje equivalente. Esto toma sustancialmente menos corriente para el mismo voltaje de accionamiento. Sin embargo, un inconveniente con el uso de esta configuración es que está limitada a aproximadamente una señal de amplitud de 80 a 100 voltios debido al agotamiento para obtener límites de voltaje Vds de los FETs.

En otra modalidad, un convertidor elevador modificado (mostrado en la FIG. 7) utilizado con un puente completo (que se discute a continuación con respecto a la FIG. 15) y que acciona un convertidor resonante (mostrado en la FIG. 8) se utilizó para aumentar la amplitud de señal y proporcionar capacidades de sobreimpulso deseadas (es decir, de 100 a 170 voltios). La modalidad de un convertidor resonante mostrado en la FIG. 8 incluye uno o más inductores 800. Los inductores se adicionan para crear un convertidor resonante para una mayor amplificación de voltaje sobre el actuador piezoelectrico (representado por el condensador 802), que funciona como la carga. De esta manera, en esta modalidad, un puente completo se utiliza para accionar un tanque resonante, que funciona como un convertidor resonante sin la porción final de CD en una transición CD-CA-CD.

Una modalidad de un circuito accionador que hace uso de un convertidor elevador se muestra en la FIG. 9. Los elementos similares serán denominados utilizando los mismos números de referencia en las diversas modalidades descritas a continuación. Tal como se muestra en la modalidad de la FIG. 9, la fuente de energía 510 se puede acoplar a un convertidor elevador 900, el cual, a su vez, incluye o está acoplado a un condensador de sostenimiento de carga 910. El convertidor elevador 900 se puede utilizar para intensificar el voltaje de suministro proveniente de la fuente de energía 510 y para cargar el condensador 910 con el fin de suministrar la carga y el voltaje necesarios para accionar el actuador piezoeléctrico 540. El convertidor elevador 900 cambia el voltaje para permitir que sea aplicado el E-campo correcto al actuador piezoelectrico 540, de esta manera, se puede elevar el voltaje en lugar de la potencia. A modo de ejemplo no limitativo, una fuente de energía 510 puede suministrar 2.7 V al convertidor elevador 900, proporcionando un voltaje de salida de hasta 60 V al condensador 910. Otras modalidades de las fuentes de energía de conformidad con la divulgación se presentan en la presente. Una señal de realimentación 580 es utilizada por un circuito de detección y control de resonancia 560 para determinar las frecuencias de resonancia, y opcionalmente, para proporcionar realimentación para controlar las frecuencias proporcionadas por el accionador 520.

El accionador 520 de conformidad con la presente divulgación en general se puede configurar para producir y controlar la señal de accionamiento 530 para el actuador piezoeléctrico 540. Modalidades adicionales de los accionadores 520 de conformidad con la presente divulgación se discuten a continuación. Dependiendo de las características deseadas del mecanismo global 570, el accionador 520 se puede operar en cualquiera de varios modos diferentes. Por ejemplo, en ciertas modalidades, los accionadores 520 tal como se describen en la presente se pueden configurar para crear señales de accionamiento multitono 530 que operan (1) a dos o más frecuencias fuera de resonancias mecánicas/eléctricas en donde las frecuencias de batido están a resonancias mecánicas, tal como se describe con más detalle a continuación en la sección titulada “Modo de Envolvente”, o (2) a dos o más frecuencias de resonancias mecánicas separadas, tal como se describe con más detalle a continuación en la sección titulada “Modo de Bessel”. Por supuesto, se entenderá que estos accionadores también se pueden configurar para accionar una sola frecuencia, tal como una sola frecuencia resonante. Los accionadores también pueden proporcionar ondas cuadradas para accionar un solo modo o múltiples modos con armónicos de onda cuadrada para inducir un aumento de la velocidad del mecanismo. Ahora se discuten implementaciones específicas.

En una modalidad, puede ser deseable accionar el actuador piezoeléctrico 540 a fin de aumentar el desplazamiento de la carga mecánica 550, mientras que al mismo tiempo se conserva el efecto capacitivo del actuador piezoeléctrico 540 y se minimiza el consumo de energía total. En una modalidad, un accionador puede funcionar en un “modo de envolvente”. En tal modalidad, el accionador 520 se puede configurar a fin de funcionar a dos o más frecuencias fuera de resonancias mecánicas/eléctricas en donde las frecuencias de batido están a resonancias mecánicas.

Tal como se describió anteriormente, en ciertas implementaciones, los actuadores piezoeléctricos se pueden accionar en resonancia para proporcionar el máximo desplazamiento de la carga mecánica. De esta manera, la señal de accionamiento 530 puede estar basada en múltiplos enteros de una frecuencia resonante, es decir, el actuador piezoeléctrico 540 se puede accionar armónicamente. Sin embargo, sin estar limitados por la teoría, se entenderá por aquellos expertos en la téenica que las señales que tienen frecuencias de operación fundamentales más altas puede tener como resultado un consumo de energía eléctrica aumentado, debido a que la impedancia de la carga cambia con la frecuencia, ciertas frecuencias de operación más altas pueden tener el efecto de que el actuador piezoelectrico se comporta más como una resistencia que como un condensador. En ciertas modalidades de la divulgación, el accionador 520 puede combinar de forma alternativa dos o más señales para accionar el actuador piezoeléctrico 540. Las frecuencias y las amplitudes de las señales de entrada se pueden seleccionar a fin de producir un mayor desplazamiento de la carga mecánica, mientras que al mismo tiempo conserva los beneficios de energía y circuito, tal como un comportamiento capacitivo casi ideal. La selección de las características de la señal puede depender, por ejemplo, del desplazamiento deseado de la carga mecánica.

En general, tal como se muestra en la FIG. 10, el accionador 520 de conformidad con la presente divulgación puede comprender dos o más señales de entrada 1010 a, 1010 b, 1010 c, etc., acopladas a un circuito de combinación 1020. El circuito de combinación 1020 puede ser cualquier forma de electrónica adecuada para combinar dos o más señales eléctricas en una señal de accionamiento combinada de dos tonos o multitono 530, por ejemplo, la electrónica adecuada para producir la suma y/o la diferencia de todas o un subconjunto de las señales de entrada 1010 a, 1010 b, 1010 c, etc. La señal de accionamiento combinada 530 se puede acoplar directamente al actuador piezoeléctrico 540, u opcionalmente, acoplar a un circuito de adaptación de impedancia (no mostrado) que se acopla posteriormente al actuador piezoeléctrico 540. Esto permite la adaptación de la impedancia (es decir, del actuador piezoelectrico 540 a la impedancia de salida del circuito accionador).

Las frecuencias de las señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., se pueden seleccionar a fin de optimizar ciertas características del sistema. Por ejemplo, mediante el accionamiento del actuador piezoeléctrico 540 con dos (o más) frecuencias no resonantes, se puede minimizar la disipación de energía en el actuador piezoeléctrico 540. En una modalidad particular, puede ser deseable accionar indirectamente el actuador piezoeléctrico 540 en resonancia mediante la selección de las señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., de tal manera que la diferencia o la suma de las dos o más frecuencias, es decir, las frecuencias de la una o más señales de accionamiento combinadas 530, son iguales a una o más frecuencias resonantes del actuador piezoeléctrico 540. Sin estar limitados por la teoría, se comprenderá que cuando se combinan dos o más señales eléctricas que tienen diferentes frecuencias, ellas interferirán periódicamente de forma constructiva y destructiva a frecuencias de diferencia, de suma, y de modulación cruzada.

Se puede aprovechar esta propiedad de interferencia, en combinación con la amplitud y la ponderación de fases, de tal manera que la interferencia constructiva y destructiva resultante se produce para proporcionar una o más frecuencias resonantes del actuador piezoeléctrico 540 y tiene como resultado el desplazamiento físico máximo x de la carga 550. De esta manera, el accionador 520 puede causar indirectamente el movimiento mecánico resonante en el actuador piezoeléctrico 540. La Figura 11 muestra la salida de voltaje variable en el tiempo 530 de un ejemplo de un accionador de dos tonos 520. En una modalidad, las dos o más señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., (cada una teniendo frecuencias no resonantes) se podrían accionar a la misma amplitud máxima combinada como un accionamiento de un solo modo. Esto puede tener como resultado la disminución de consumo de energía electrica en comparación con el accionamiento de un solo modo, debido a que las señales individuales están a frecuencias más bajas que la frecuencia resonante. De esta manera, el material piezoeléctrico se beneficia de la frecuencia combinada más alta debido a que un material piezoeléctrico tiene mayor impedancia a frecuencias más bajas que a la frecuencia resonante.

Además, mediante el accionamiento del actuador piezoeléctrico 540 con dos o más frecuencias no resonantes, las propiedades eléctricas del actuador piezoeléctrico 540 se pueden mantener completamente capacitivas mientras que aún se tiene como resultado resonancia mecánica y aumento de desplazamiento. Esto permite que el actuador piezoeléctrico 540 sea utilizado directamente en los convertidores resonantes, reduciendo aún más las pérdidas de energía en el actuador piezoeléctrico 540 mediante la recaptura de la energía en uno o más inductores.

Los accionadores que funcionan en un “modo de envolvente” de conformidad con las modalidades de la presente divulgación pueden mejorar la cyección de gotitas y reducir el consumo de energía en los sistemas eyectores de gotitas piezoeléctricos. Ellos pueden extender adicionalmente el intervalo de viscosidades de fluidos que se pueden cyectar de un sistema de eyección de gotitas. Las frecuencias de operación a modo de ejemplo en tales aplicaciones pueden variar de 1 KHz a 5 MHz, tal como, por ejemplo, 43 kHz y 175 kHz. Al utilizar los accionadores tal como se describe en la presente, el sistema puede soportar múltiples frecuencias de alto desplazamiento que reducen la formación de perlas de fluido y aumentan el intervalo de viscosidades que el sistema puede eyectar.

En otra modalidad, un accionador de conformidad con la presente divulgación puede operar en un “modo de Bessel’’. El accionador 120 se puede configurar para operar a dos o más frecuencias de resonancias mecánicas separadas.

Similar al modo de operación descrito anteriormente, y tal como se muestra en la Figura 10, un accionador 520 de conformidad con la presente divulgación puede comprender dos o más señales de entrada 010a, 1010b, 1010c, etc., acopladas a un circuito de combinación 1020. El circuito de combinación 1020 puede ser cualquier forma de electrónica adecuada para la combinación de dos o más señales electricas en una señal de accionamiento combinada de dos tonos o multitono 530, por ejemplo, la electrónica adecuada para producir la suma y/o la diferencia de todas o un subconjunto de las señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc. La señal de accionamiento combinada 530 se puede acoplar directamente al actuador piezoeléctrico 540, u opcionalmente, acoplar a un circuito de adaptación de impedancia (no mostrado) que se acopla posteriormente al actuador piezoeléctrico 540. Esto permite adaptar la impedancia de la carga (es decir, el actuador piezoeléctrico 540) a la impedancia del circuito accionador 520. Con el fin de determinar la resonancia, una señal de realimentación 580 es utilizada por un circuito de detección y control de resonancia 560 para determinar frecuencias de resonancia, y opcionalmente, para proporcionar realimentación para controlar las frecuencias proporcionadas por el accionador 520.

En modalidades en donde el accionador 520 opera en un modo de Bessel, las frecuencias de las señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., difieren de aquellas descritas anteriormente para el modo de envolvente, de manera que se optimizan diferentes características del sistema. En las ¡mplementaciones del modo de envolvente, las señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., se seleccionan específicamente a frecuencias no resonantes que se combinarán para producir frecuencias de batido resonantes tal como se muestra en la FIG. 11. En las modalidades del modo de Bessel, por razones que se describen con más detalle a continuación, las señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., en sí están a frecuencias de resonancia distintas del actuador piezoeléctrico 540 y de la carga mecánica 550. Además, los accionadores que operan en un modo de Bessel están optimizados para trabajar específicamente con cargas no rectangulares 550.

Sin estar limitados por la teoría, se entiende en general que los modos de resonancia de un sistema electromecánico se suponen que son múltiplos enteros de la frecuencia resonante, es decir, en armónicos. Sin embargo, cuando ya sea la carga mecánica 550 o el actuador piezoeléctrico 540 en sí no es rectangular, los modos de vibración del mecanismo de cyección, es decir, las frecuencias a las cuales todo el mecanismo vibra simultáneamente, no se producen en múltiplos enteros que se puedan generar fácilmente utilizando señales eléctricas armónicos 530. Esto evita el accionamiento óptimo del actuador piezoeléctrico 540 y de la carga mecánica 550 para las formas que no son rectangulares. Más bien, para cargas mecánicas 550 circulares, o aproximadamente circulares, las frecuencias de resonancia se producen a las frecuencias de Bessel, es decir, una frecuencia resonante multiplicada por las soluciones de la función de Bessel. De esta manera, para las modalidades que operan en un modo de Bessel, el accionador 520 se puede optimizar para proporcionar el máximo desplazamiento de cargas mecánicas 550 circulares, o aproximadamente circulares, mediante el uso de dos o más señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., que tienen frecuencias de Bessel.

En ciertas modalidades, las amplitudes y las frecuencias de las señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., se pueden seleccionar de tal manera que el sistema 500 proporciona un desplazamiento mejorado de la carga mecánica 550 a la frecuencia resonante más baja y una velocidad de desplazamiento mejorada de la carga mecánica 550 a la frecuencia resonante más alta. Por ejemplo, en aplicaciones de generación de gotitas, las señales de entrada de modo de Bessel 1010a, 1010b, 1010c, etc., se pueden accionar con ponderación de amplitud entre modos de vibración distintos con factores de forma deseables para optimizar tanto el desplazamiento mecánico del medicamento líquido como la velocidad de desplazamiento de las gotitas mientras que al mismo tiempo se mantiene una relación de enfasaje óptima para la señal de accionamiento electrico 520 con el fin de facilitar la máxima cyección de fluido. Mediante la combinación de dos (o más) señales de entrada 1010a, 1010b, 1010c, etc., seleccionadas de esta manera, la calidad general del sistema se puede mejorar - el modo de frecuencia más baja puede aumentar el modo de frecuencia más alta -- y la energía total en cada señal se puede reducir en comparación con una señal de un solo modo. Únicamente a modo de ejemplo, un mecanismo de eyección de gotitas puede tener modos de resonancia de Bessel a 50 kHz y 165 kHz. El accionamiento solo a 50 kHz proporciona 5 mm de desplazamiento; el accionamiento solo a 165 kHz proporciona 800 nm de desplazamiento del mecanismo de eyección, pero también proporciona una mayor velocidad y características de pulverización mejoradas. Sin embargo, en un sistema de conformidad con la presente divulgación, ambos modos se pueden accionar simultáneamente. La puesta en marcha de ambas señales a la mitad de potencia proporciona tanto 2.5 pm de desplazamiento del modo a 50 kHz como otros 400 nm de desplazamiento del modo a 165 kHz, para un total de 2.9 pm -- significativamente mayor que los 800 nm que la señal sola a 165 kHz por sí sola podría proporcionar -- pero con la velocidad de desplazamiento mejorada y las características de pulverización asociadas con la señal a 165 kHz. Además, la pulverización es elevada periódicamente a las frecuencias de batido, 215 kHz (es decir, la suma de las señales) y 115 kHz (es decir, la diferencia de las señales). Esto aumenta la velocidad pico del sistema y el intervalo de viscosidades que el mecanismo de cyección de gotitas puede eyectar mientras que al mismo tiempo suprime la formación de perlas de fluido.

Una persona que tiene habilidades ordinarias en la teenica comprenderá que esto es solamente un ejemplo de una combinación de modos, y que muchos otros modos de operación se pueden seleccionar para satisfacer diferentes requisitos del sistema. Cada modo de Bessel (diferente frecuencia) tiene una cierta velocidad y desplazamiento. De esta manera, los modos de frecuencia más baja tienen menor velocidad, pero pueden tener un mayor desplazamiento.

De conformidad con la presente divulgación, la pulverización se debe a una combinación de desplazamiento y frecuencia (velocidad). Ambos aspectos se pueden aumentar mediante el uso de múltiples frecuencias. En una modalidad, por ejemplo, mediante la reducción de la amplitud de cada frecuencia de accionamiento eléctrico a la mitad, el desplazamiento total observado con un mecanismo de eyección de gotitas que opera a 391 kHz se puede aumentar en más de 1700 nm debido al modo de baja pulverización a menor frecuencia, mayor desplazamiento, mientras que al mismo tiempo se mantiene el enfasaje eléctrico y mecánico correcto para la eyección resonante. Adicionalmente, la cantidad de energía requerida para energizar la eyección de fluido de alta viscosidad se reduce en comparación con el uso de accionadores de un solo modo.

Tal como se muestra, con respecto a la Figura 10, los accionadores que operan tanto en el modo de envolvente como en el modo de Bessel, tal como se describe en la presente, pueden ser implementados utilizando los mismos componentes lógicos y electrónicos. Tal como se describió anteriormente, la operación del sistema 500 -- es decir, en el modo de envolvente o en el modo de Bessel -- es una función de las frecuencias y las amplitudes de las señales aplicadas a la circuitería, así como el factor de calidad de la resonancia mecánica.

Otras modalidades del accionador se discuten a continuación. En la modalidad de la FIG. 12, un accionador 520 proporciona señales eléctricas 1210a, 1210b por medio de fuentes de corriente alterna (CA) eléctricas 1200a, 1200b que posteriormente se suman mediante un mezclador de frecuencias 1220. Estas fuentes de CA se pueden seleccionar a fin de generar cada señal 1210a, 1210b con la frecuencia y la amplitud deseadas. En una modalidad, la señal combinada 1220 se puede acoplar a un amplificador 1230, que se puede energizar mediante la fuente de energía 510, o, alternativamente, mediante una fuente de energía separada 1240, que se puede acoplar a un convertidor de potencia 1250 tal como un convertidor de CA/CD o un convertidor de CD/CD en el caso de que un voltaje, corriente o potencia de salida grandes sean necesarios para el accionamiento del actuador piezoeléctrico 540. Tal amplificador 1230 puede ser lineal o no lineal y puede ser de terminación sencilla o diferencial. Una señal de realimentación 580 es utilizada por un circuito de detección y control de resonancia 560 para determinar frecuencias de resonancia y, opcionalmente para proporcionar realimentación para controlar las frecuencias proporcionadas por las fuentes de CA 1200a, 1200b.

La FIG. 13 muestra otra implementación de un accionador 520 de conformidad con la divulgación actual. En esta modalidad, el accionador 520 puede comprender una o más fuentes eléctricas u osciladores controlados numéricamente (NCOs) 1300, 1302 con frecuencias distintas 410a, 410b. Las señales 1310a, 1310b generadas por estas fuentes 1300, 1302 posteriormente se pueden sumar digitalmente en una compuerta OR u otra lógica digital 1320 para crear una señal multi-frecuencia similar a la realización de una modulación por ancho de pulsos (PWM). Posteriormente, tal como se muestra en la FIG. 13, la señal resultante 1330 se puede utilizar para accionar un circuito de medio puente 1340 para generar una señal de accionamiento de terminación sencilla 130 a través del piezoeléctrico 150. El circuito de puente 1340 puede ser alimentado desde la fuente de energía 110 o una fuente de energía separada 1342, opcionalmente por medio de un convertidor de potencia 1350. Una señal de realimentación 580 es utilizada por un circuito de detección y control de resonancia 560 para determinar frecuencias de resonancia y, opcionalmente para proporcionar realimentación para controlar las frecuencias proporcionadas por los NCOs 1300, 1302.

En otra modalidad, mostrada en la FIG. 14, el accionador 520 puede comprender de nuevo una o más fuentes eléctricas u osciladores controlados numéricamente (NCOs) 1400, 1402 con frecuencias distintas 1410a, 1410b. Las señales, 1410a, 1410b generadas por estas fuentes 1400, 1402 se pueden sumar digitalmente en una compuerta OR u otra lógica digital 1420 para crear una señal multi-frecuencia modulada por ancho de pulsos (PWM). Posteriormente, tal como se muestra en la FIG. 14, la señal resultante 1430 se puede utilizar para accionar dos circuitos de medio puente 1440a y 1440b, el circuito de medio puente 1440b se alimenta por medio de un inversor 1480 para proporcionar una versión en oposición de fase de la salida 1430, con el fin de formar un accionamiento de puente completo. Los circuitos de puente 1440a, 1440b pueden ser alimentados desde la fuente de energía 110 o una fuente de energía separada 1442, opcionalmente por medio de un convertidor de potencia 1450. Una señal de realimentación 580 es utilizada por un circuito de detección y control de resonancia 560 para determinar frecuencias de resonancia y, opcionalmente para proporcionar realimentación para controlar las frecuencias proporcionadas por los NOCs 1400, 1402.

Una persona que tiene habilidades ordinarias en la téenica entenderá que dos fuentes separadas y lógica apropiada se pueden utilizar para controlar el enfasaje y tiempo muerto entre los accionamientos de medio puente. La FIG. 15 muestra una modalidad de un diagrama de circuito que implementa tal accionamiento de puente completo 1501 , en donde multiplexores 1590a, 1590b reciben entradas de líneas de control no invertidas adicionales 1592a, 1592b, respectivamente, y las líneas de control invertidas 1594a, 1594b, respectivamente de los NCOs. Los multiplexores 1592a, 1592b permiten ya sea una señal de dos frecuencias mixta para accionar un puente completo, o frecuencias separadas para accionar cada mitad de un puente completo. Las líneas de control permiten diferentes modos de operación, por ejemplo, utilizar un solo NCO e inversor para accionar ambas mitades de un puente completo a una sola frecuencia, o utilizar dos NCOs en la configuración mostrada a la misma frecuencia pero en oposición de fase. La FIG. 16 muestra todavía otra modalidad de un accionador 520 de conformidad con la divulgación actual. En esta modalidad, el accionador 520 comprende una base de datos de forma de onda 1600, por ejemplo, incorporando una representación digital de una señal de accionamiento 530. La base de datos de forma de onda 1600 se puede utilizar para generar una señal de forma de onda digital de un solo tono o multitono para un convertidor analógico digital (ADC) 1610 para la conversión en una señal eléctrica correspondiente 1620. Esta señal 1620 se puede elevar mediante un amplificador energizado de forma apropiada 1630 (energizado por la fuente de energía 510 o por una fuente de energía separada 1640, tal como se muestra en la FIG. 16). El amplificador 1630 puede ser lineal o no lineal, y puede ser de terminación sencilla o diferencial. La señal de accionamiento resultante 530 se aplica posteriormente a un actuador piezoeléctrico 540 con el fin de accionar una carga mecánica 550, por ejemplo una placa de cyección cargada con fluido o una placa de eyección con generador de gotitas cargado con fluido. La señal de realimentación 580 es utilizada por un circuito de detección y control de resonancia 560 para determinar frecuencias de resonancia y, opcionalmente para proporcionar realimentación para controlar la selección de frecuencia(s) proporcionada(s) por la base de datos 1600.

La FIG. 17 muestra un diagrama de circuito de una modalidad de un circuito accionador 120 de conformidad con la presente divulgación que proporciona un circuito de accionador de puente completo y medición de resonancia. En esta modalidad, el accionador 120 comprende un primer par de PMOS/NMOS 1800, 1802, que conmuta un voltaje positivo, V_elevador, entre los electrodos de un actuador piezoelectrico (cyector) a la frecuencia de accionamiento del sistema utilizando la señal de accionamiento 1804 y la señal de accionamiento invertida 1806. El primer par de PMOS/NMOS 1800/1802 acciona un primer lado o lado positivo del actuador por medio de la señal 1810. La frecuencia de accionamiento puede variar, por ejemplo, de 1 Hz a 10 MHz, y el voltaje V_elevador puede variar, por ejemplo, de 6 voltios a 75 voltios. El voltaje en la salida 1810 se controla por medio de un transistor 1812, que es controlado por una señal de realimentación del Producto Tiempo-Energía (TEP) 1814, como parte de un circuito de medición de TEP que se muestra en vista ampliada en la FIG. 18. Esto permite que la señal del accionador sea desacoplada para fines de monitorización de la señal de salida del actuador piezoeléctrico tal como se discute con más detalle a continuación.

El accionador incluye adicionalmente un segundo par de PMOS/NMOS 1814, 1816 para accionar un segundo lado o lado negativo del accionador por medio de una señal de 1820. El voltaje de accionamiento 1820 para el accionador se controla apagando el transistor 1822. Durante la monitorización del voltaje de salida del actuador piezoeléctrico, el transistor 1822 se enciende brevemente para evitar que el voltaje del accionador pase a través del ADC (no mostrado pero su ubicación está indicada por el número de referencia 1850). Como se discute con mayor detalle a continuación, el transistor 1822 se apaga posteriormente y el transistor 1824 es apagado por la señal de habilitación de TEP 1832, para permitir que el voltaje de salida pase a través del ADC (no mostrado). El transistor 1824 también se puede accionar a la frecuencia de accionamiento de la señal original mediante la señal de habilitación de TEP 1832 para proporcionar una señal de salida correlacionada.

La FIG. 18 muestra la circuitería de control de voltaje de la FIG. 17 en una vista ampliada. El circuito se equilibra diferencialmente proporcionando resistencias iguales R1 y R2. La habilitación_TEP 1832 mantiene el transistor T7 1824 encendido durante el accionamiento. Esto evita que los 45 V+ alcancen el ADC, que tiene una entrada máxima de VDD <= 6V. La resistencia R2 y el condensador C1 forman un circuito integrador para medir la señalización manual del cyector.

Las señales TEP_n 1814 y TEP_p 1830 cortocircuitan las señales Eyector p 1810 y Eyector n 1820, respectivamente, por un breve período después de que el accionamiento se corta para agotar el voltaje a un nivel lo suficientemente bajo para evitar la voladura del ADC. Después de eso, la TEP n 1814 permanece en conexión con la Eyector_p 1810 a través del transistor T5 1812 conectado a tierra. La señal TEP_p 1830 corta el transistor T6 1822, conmutando la Eyector_n en la trayectoria del puerto de ADC. La habilitación_TEP 1832 ya sea que deshabilita el transistor T7 1824 o lo acciona a la frecuencia de accionamiento original para la correlación. El integrador RC en frente del ADC simplemente integra la señal de salida y las muestras de ADC en un momento determinado para obtener un valor para la amplitud de la energía en la señal TEP.

Independientemente de la amplitud y/o la frecuencia de la señal de accionamiento 130, cuando el actuador piezoelectrico 540 es accionado por una señal de accionamiento 530, cierta cantidad de energía será tanto almacenada como liberada en el mecanismo electromecánico 500. Sin embargo, la cuestión de cuánta energía se almacena y se disipa en el actuador piezoeléctrico 540 es una función de, entre otras cosas, la frecuencia de la señal de accionamiento 530, la temperatura ambiente, y la naturaleza de la carga mecánica 550. Tal como se describió anteriormente, los accionadores piezoeléctricos a menudo son accionados en los modos de resonancia para proporcionar un mayor o máximo desplazamiento de la carga mecánica. A la frecuencia resonante del actuador piezoeléctrico 540, la energía se almacena y se libera a una velocidad diferente que cuando el piezoeléctrico está en un modo no resonante. Cuando el mecanismo está en resonancia, la energía permanecerá en el mecanismo y sonará en el piezoeléctrico por cierto período (medible) antes de que finalmente decaiga y el mecanismo vuelva a su estado de reposo inicial. Cuando el mecanismo no está en resonancia, los agotamientos de energía del mecanismo pueden ser casi inmediatos. Por ejemplo, la Figura 19 muestra el voltaje variable en el tiempo de una modalidad de un sistema de conformidad con la divulgación actual, durante este período de decaimiento en ambos modos resonante y no resonante. Es posible aprovechar esta característica de los sistemas electromecánicos para determinar cuando el mecanismo está en resonancia y cuando no lo está.

Las FIGS. 20 y 21 muestran ejemplos de métodos de la divulgación para la generación de perfiles de energía del mecanismo 500, que se pueden utilizar para la determinación de si o no el mecanismo está en resonancia. Las etapas similares en los diagramas de flujo se representan mediante los mismos números de referencia para fines de simplicidad. Tal como se muestra en la FIG. 20, en la etapa 2000 una señal de accionamiento 530 se puede aplicar al actuador piezoeléctrico 540 por un período determinado. Dependiendo de los requerimientos globales del mecanismo y el tipo de características que serán detectadas, el actuador piezoeléctrico 540 puede o no puede estar acoplado a una carga mecánica (no representada). En términos generales, la señal de accionamiento 530 se debe aplicar al actuador piezoeléctrico 540 durante por lo menos un período de la forma de onda para los modos piezoeléctricos (en donde el accionador piezoeléctrico no está acoplado a una carga) y dos períodos de la forma de onda para los modos de membrana (en donde el accionador piezoeléctrico está acoplado a una carga tal como un mecanismo de cyección llenado con fluido), independientemente de la frecuencia, para obtener una señal detectable. La energía en la carga se acumula durante un período dictado por el factor de calidad de la resonancia, y se puede accionar por cualquier cantidad de tiempo mayor que el número mínimo de períodos requeridos.

En la etapa 2010, la señal 530 ya no se aplica al actuador piezoeléctrico 540. Este “paro” puede deberse simplemente al apagado del accionador 520, desconexión del accionador 520 (por ejemplo, eléctricamente, poniendo los FETs de accionamiento en tres estados), o alguna otra acción suficiente para evitar que la señal 530 sea aplicada al actuador piezoeléctrico 540. En este momento, el mecanismo 570 volverá a su estado de reposo inicial, es decir, el actuador piezoeléctrico 540 ya no será accionado para desplazar una carga mecánica 550, y la energía restante en el mecanismo se disipará. La rapidez con la que la señal 580 decaerá, tal como se discutió anteriormente, dependerá de si el mecanismo está en resonancia. Para hacer que la señal 580 sea más fácilmente detectable, puede ser deseable aumentar la amplitud de la señal 580 deteniendo la forma de onda de accionamiento a un pico de la señal de accionamiento 530 en lugar de a un cruce de cero. Se observa, sin embargo, que detener la señal de accionamiento 530 a un cruce de cero puede ser más perjudicial para la medición de las resonancias mecánicas que de las resonancias piezoeléctricas.

En la etapa 2020, un circuito de detección y control de resonancia 560, acoplado al actuador piezoeléctrico 140 tal como se muestra en la FIG. 5, por ejemplo, puede ser activado para medir varias características asociadas con el decaimiento de la señal restante en el mecanismo piezoeléctrico 570. En la etapa 2030, el circuito de detección y control de resonancia 560 puede integrar la señal detectada 580. La señal integrada tendrá las mayores amplitudes, reflejando el movimiento físico máximo del actuador piezoeléctrico 540 y el desplazamiento correspondiente de la carga mecánica 550, a las frecuencias de resonancia del mecanismo 570. El circuito de detección y control de resonancia 560 se puede sincronizar con el accionador 520 a fin de poner en ventana la integración de la señal medida 580 durante el período relevante de decaimiento. Por ejemplo, si la integración se inició demasiado pronto podría captar la señal de accionamiento original 530, que no es de interés en este momento en el análisis.

En la modalidad de la FIG. 20, se realiza una determinación de resonancia en la etapa 2040 con base en un aumento en la señal detectada 580 en comparación con la señal 580 tomada a la frecuencia de la señal de entrada previa 530. Si no se detecta tal aumento, la frecuencia de la señal de entrada 530 se cambia en la etapa 2050 para monitorizar el efecto sobre el mecanismo piezoeléctrico 170. De esta manera, en la etapa 2040, se podría realizar una evaluación en cuanto a si el mecanismo está en resonancia o no. En ciertas modalidades del proceso, las etapas 2000 a 2040 se podrían repetir varias veces para determinar realmente la frecuencia de resonancia del sistema. Cada vez que se determina en la etapa 2040 que el mecanismo no está en el modo resonante, la frecuencia de accionamiento 520 se podría ajustar en la etapa 2050. Por ejemplo, la frecuencia de la señal de accionamiento 530 aplicada al piezoeléctrico se puede variar en pasos de, por ejemplo, 1 kHz aparte, a fin de observar la respuesta del mecanismo 500 a frecuencias de accionamiento que varían hasta un pico claro en amplitud - es decir, una respuesta resonante - se observa.

En la modalidad de la FIG. 21, un conjunto definido de frecuencias se examina en cuanto a la señal de entrada 530, mediante el conteo del número de frecuencias examinadas que quedan y la determinación en la etapa 2160 de si el número definido de frecuencias se ha examinado y en caso de que no, el cambio de la frecuencia en la etapa 2050 y la aplicación de la nueva señal de entrada 530. Una vez que se ha ejecutado el número requerido de frecuencias, se realiza una determinación en la etapa 2170 en cuanto a la frecuencia a la cual se obtuvo la señal detectada de amplitud más alta 580. De esta manera, en la modalidad de la FIG. 21, el orden de las etapas se podría cambiar ligeramente de tal manera que se produce la determinación en cuanto a si se observó una respuesta resonante al final del proceso. En la etapa 2000, la señal de accionamiento 530 se puede aplicar al actuador piezoeléctrico 540, y posteriormente en la etapa 2010 se puede eliminar. El circuito de detección y control de resonancia se puede activar en la etapa 2020 y la señal medida 580 se puede integrar en la etapa 2030. En la etapa 2160, el método podría determinar si se han examinado bastantes frecuencias; por ejemplo, podría ser necesario examinar 10 frecuencias diferentes. Si solamente se ha examinado una (o cualquier número menor de 10), el método podría saltar a la etapa 2050 y cambiar la frecuencia de la señal de accionamiento. Este proceso se puede repetir hasta que se ha examinado el número requerido de frecuencias, en cuyo momento se podría determinar si una de las frecuencias examinadas ha demostrado un comportamiento resonante, es decir, tal como se muestra en la etapa 2170.

Los ejemplos anteriores han supuesto el uso de frecuencias de accionamiento de un solo tono para localizar la frecuencia resonante. Una persona que tiene habilidades ordinarias en la téenica entenderá, sin embargo, que estos procesos se podrían acelerar mediante, por ejemplo, el uso de una señal de accionamiento multitono 530. Por ejemplo, la señal de accionamiento podría tener 10 tonos espaciados a 1 kHz, empezando a 45 kHz, con los tonos teniendo amplitudes iguales. De esta manera, cada una de las 10 frecuencias se podría analizar simultáneamente, es decir, enviar la señal de 10 frecuencias antes de esperar y evaluar la señal de salida 580. En todavía otra modalidad, la señal de accionamiento 530 podría ser un chirrido, o una forma de onda arbitraria.

Las FIGS. 22 y 23 muestran las formas de onda (amplitud versus frecuencia) de muestra procesadas (valor integrado a cada frecuencia) de la señal integrada de dos sistemas ilustrativos de conformidad con la divulgación actual. Específicamente, la FIG. 22 muestra una forma de onda de muestra de un sistema basado en un correlador, es decir, tal como se muestra en la FIG. 26 y se describe con más detalle a continuación, mientras que la FIG. 23 muestra una forma de onda de muestra de un sistema basado en la transformada rápida de Fourier (FFT), es decir, tal como se muestra en las FIGS. 24 y 25 y se describe con más detalle a continuación.

Los ejemplos anteriores han supuesto el uso de frecuencias de accionamiento de un solo tono. Una persona que tiene habilidades ordinarias en la teenica entenderá, sin embargo, que estos procesos se podrían acelerar mediante, por ejemplo, el uso de una señal de accionamiento multitono 530. Por ejemplo, la señal de accionamiento podría tener 10 tonos espaciados a 1 kHz, empezando a 45 kHz, con los tonos teniendo amplitudes iguales. De esta manera, cada una de las 10 frecuencias se podría analizar simultáneamente. En todavía otra modalidad, la señal de accionamiento 130 podría ser una señal de chirrido, o una forma de onda arbitraria. Para los fines de esta solicitud, una señal de Chirrido es una señal en donde la frecuencia de la señal se barre continuamente a una velocidad especificada. La velocidad puede ser una función lineal o no lineal.

La descripción anterior describe a un alto nivel cómo funciona un sistema de este tipo. Un experto que tienen habilidades ordinarias en la técnica entenderá que hay una variedad de implementaciones electrónicas adecuadas. Por ejemplo, un circuito de detección y control de resonancia adecuado 160 se puede implementar de muchas maneras diferentes. En dos modalidades, tal como se muestra en la FIG. 24 y la FIG. 25, el circuito de detección y control de resonancia 560 puede comprender un circuito de transformada rápida de Fourier. En la modalidad de la FIG. 24, un circuito FFT analógico 2400 está acoplado a un convertidor analógico digital (ADC) 2410. En la modalidad de la FIG. 25, un circuito de detección y control de resonancia 560 puede comprender un ADC 2500 acoplado a un FFT digital 2510. Un FFT digital puede ser preferible a una implementación de FFT analógico debido a la facilidad de implementación en un microprocesador o microcontrolador estándar, tal como un microprocesador PIC.

En aún otra modalidad, tal como se muestra en la FIG. 26, un circuito de detección y control de resonancia 560 puede recibir la señal de salida 580 después de que se ha amplificado en una etapa de pre amplificador 2630. El circuito de detección y control de resonancia 560, en esta modalidad, comprende un mezclador 2600 acoplado a un integrador 2610. El mezclador 2600 puede ser cualquier forma de circuitería digital o analógica capaz de multiplicar la señal de accionamiento 530 y la señal medida 580. Tal implementación puede ser preferible en situaciones que requieren un procesamiento muy rápido, debido a que un mezclador puede ser capaz de realizar cálculos en tiempo real. El integrador 2610 se puede acoplar posteriormente a un ADC 2620 o a cualquier otro circuito de medición o rastreo de amplitud.

Una persona que tiene habilidades ordinarias en la téenica entenderá que, dependiendo de las características del sistema global, puede ser deseable incluir ciertos componentes de pre-procesamiento opcionales. Por ejemplo, tal como se muestra en la FIG. 26, y como se discutió anteriormente, puede ser deseable colocar un pre-amp 2630 entre el actuador piezoeléctrico 540 y el circuito de detección y control de resonancia 560 de tal manera que la señal medida 580 y/o la señal de accionamiento 530 se amplifica antes del procesamiento. Alternativamente, un divisor resistivo o capacitivo (no mostrado) se puede acoplar al circuito de detección y control de resonancia 560 con el fin, por ejemplo, de convertir la salida 580 del actuador piezoelectrico 540 en un voltaje adecuado para la entrada a los componentes que implementan el circuito de detección y control de resonancia 560. Se entenderá que estos componentes adicionalmente pueden ser deseables con respecto a otras implementaciones, incluyendo pero no limitados a aquellos mostrados en las FIGS. 24 y 25.

La FIG. 27 es un diagrama de bloques de una modalidad de un circuito de detección de frecuencia resonante de conformidad con esta divulgación. Tal como se muestra en la FIG. 27, el elemento piezoeléctrico (o piezo) 540 está acoplado a una impedancia de aislamiento 2740, un FET de muestreo 2750, un condensador 2760 y un ADC 2720.

El FET de muestreo 2750 se puede utilizar para mantener el circuito en su intervalo dinámico, asegurando de ese modo que el circuito opera en su intervalo lineal y operable. La impedancia de aislamiento 2740 es configurable para permitir que la señal de accionamiento (por ejemplo, una señal de accionamiento de 45 V) sea aislada del punto A entre la impedancia de aislamiento 2740 y el FET de muestreo 2750, el condensador 2760 y el ADC 2720, de modo que el punto A no puede ir por encima de un voltaje de limitación particular (por ejemplo, 3 V), con el fin de proteger otros componentes, incluyendo el ADC 2720.

De esta manera, la señal de accionamiento puede variar hasta un voltaje de señal SV (por ejemplo, aproximadamente 45 V), tal como se muestra por la entrada de onda cuadrada al piezo 540. Despues de una señal de accionamiento, una señal TEP (representada por una onda de decaimiento) es emitida por el piezo 540. Esta señal pasa a través de la impedancia de aislamiento para presentar una versión de amplitud reducida en el punto A. El voltaje en el voltaje de limitación o punto de aislamiento A, tal como se define entre la impedancia de aislamiento 2740 y uno o más de FET de muestreo 2750, condensador 2750 y ADC 2720, tiene un valor máximo MV (por ejemplo, aproximadamente 3 V). También se muestra la señal de producto tiempo-energía (TEP), para la detección y la caracterización de la resonancia piezoeléctrica, tal como se describe en la presente, y tal como se describe en las referencias incorporadas. Con el fin de ser capaz de analizar muestras discretas de la señal de accionamiento, el FET de muestreo 2750 se enciende o apaga selectivamente. A partir de la discusión anterior, se apreciará que el TEP (Producto Time-Energía) es la energía almacenada en la combinación de piezoeléctrico/membrana, es decir, en el mecanismo de cyección llenado con fluido. Dependiendo del factor de calidad del modo, se almacenará más o menos energía. Entre menos amortiguación en el modo, más tiempo el sistema continuará moviéndose después de que ha terminado la señal de accionamiento. Esto significa que el piezoeléctrico generará una señal después de que se apaga la señal de accionamiento (con base en el circuito de carga). De esta manera, durante este tiempo de señalización manual la señal generada tendrá una amplitud máxima y el tiempo de señalización con base en el factor de Calidad del modo y si se trata de un modo piezoelectrico o un modo de sistema (membrana). La señal TEP carga el condensador y es utilizada por el convertidor analógico digital (ADC) 2720 para determinar el tiempo de señalización manual. De esta manera, la señal TEP se puede correlacionar o integrar para determinar el almacenamiento de energía en el modo.

La FIG. 28 muestra componentes seleccionados de una modalidad de un circuito de detección y control de resonancia 560 con un conmutador de derivación opcional 2800. El conmutador de derivación 2800 se puede utilizar para seleccionar entre la entrada directamente al ADC 2810 o primero a través de un pre-amplificador 2820, un mezclador 2830, y un integrador 2840. Cuando se habilita el circuito de detección y control de resonancia completo 560, el NCO u oscilador se enciende en el modo de una sola frecuencia y es barrido en frecuencia. Si la salida del circuito de detección y control de resonancia 2810 es mayor que un valor definido o un máximo, esto define una resonancia. La fuerza de la resonancia está determinada por la amplitud de la salida del circuito de detección y control de resonancia 2810. El convertidor elevador (no mostrado) es controlado por un oscilador controlado por puerta utilizando la salida de Convertidor Analógico Digital (ADC) para muestrear el voltaje de salida. En el caso de inductores adicionados a la salida del puente completo, el voltaje del actuador piezoeléctrico se monitoriza con el fin de controlar la salida de voltaje del elevador. La salida de voltaje del elevador se amplifica aún más mediante el convertidor resonante formado por el piezo e inductores sin aumentar la corriente de entrada a diferencia de la adaptación resonante convencional que tiene como resultado la transferencia de potencia real en lugar del almacenamiento de energía en los elementos resonantes. En esta modalidad, el circuito de medición se implementa como un divisor resistivo y un detector de picos, los cuales se utilizan para monitorizar el voltaje en el tanque, tanto para el control del voltaje, como tambien durante los barridos del factor de Calidad con tanques eléctricamente resonantes. Esto alimenta al ADC. El TEP no se puede utilizar con un convertidor resonante debido a que la resonancia eléctrica está en órdenes de magnitud más fuerte.

En otra modalidad, con referencia a la FIG. 18, un circuito de detección y control de resonancia opera de tal manera que el dispositivo de canal N, T7, se enciende durante todo el ciclo de accionamiento del puente completo con el fin de conectar a tierra el nodo de medición mientras que los altos voltajes de accionamiento aplicados al actuador piezoeléctrico (cyector) se activan (para proteger el ADC). Cuando se detiene la señal de accionamiento de alto voltaje, los dispositivos de canal N T5 y T6 se habilitan (encienden) para cortocircuitar temporalmente el actuador piezoeléctrico. Estos dos drenan el alto voltaje de accionamiento para el actuador piezoeléctrico (que enmascara el voltaje de movimiento piezoeléctrico) y permiten que el voltaje inducido por el movimiento del actuador sea desenmascarado y dirigido al nodo de ADC. El dispositivo de canal N T5 está encendido durante la totalidad del ciclo de medición, mientras que T6 está deshabilitado (apagado) despues de un corto período (1ns-50us) para forzar al movimiento piezoeléctrico a generar un voltaje para el nodo de ADC. Sin el corto circuito de T6, la energía no se dirige necesariamente al puerto de medición de ADC. Cuando T6 está deshabilitado, T7 también está deshabilitado, permitiendo que la salida del piezoeléctrico sea un voltaje dividido entre R3/(R2+R3) e integrado por la capacitancia de C1 y T7. El ADC muestrea el voltaje a un tiempo prescrito después de que T7 se deshabilita, usualmente entre 1ps y 500ps. El transistor T7 se puede conmutar a la velocidad de la señal de accionamiento original para correlacionarse con frecuencias específicas.

Ejemplos de señales de accionamiento se muestran en la FIG. 29, por ambos lados del actuador piezoeléctrico y las señales correspondientes aplicadas a T5, T6, y T7. Esta secuencia y medición de ADC se pueden hacer en pasos de frecuencia definidos a partir de 1 Hz a 150 MHz, por ejemplo, 150 kHz, 10 MHz, etc. El valor de integración más grande se puede elegir como la frecuencia de pulverización, aunque se pueden aplicar correcciones matemáticas relacionadas con la dinámica de pulverización específica (tal como aumento en la velocidad de cyección con la frecuencia, y piezoeléctrico vs. desplazamiento de modo de membrana) y se pueden aplicar coeficientes de acoplamiento de voltaje para hacer que el mecanismo sea más preciso.

En una modalidad, un sistema electromecánico de conformidad con la presente divulgación puede determinar la frecuencia y el factor de calidad de sus resonancias. En otra modalidad, un sistema electromecánico tal como se describe en la presente puede permitir el rastreo de sus resonancias a medida que cambian debido a la carga mecánica, la señal de accionamiento aplicada, y la temperatura ambiente, o cualquier combinación de las mismas. Tales aspectos y seguimiento de la resonancia se pueden lograr sin un electrodo de realimentación, el uso del cual puede afectar la generación de gotitas, la eficiencia y la deposición de masa en un objetivo deseado en un sistema de cyección de fluido. Beneficios adicionales en aplicaciones específicas también se pueden realizar de conformidad con la presente divulgación.

Por ejemplo, en ciertas modalidades, el rastreo de resonancia descrito en la presente se puede utilizar en cualquiera de los dispositivos generadores de gotitas de la divulgación. El dispositivo generador de gotitas de esta manera se puede hacer para ponerse de nuevo en modo de resonancia. Accionamientos de corta duración a diferentes frecuencias se utilizan para asignar la amplitud de resonancia a través de un intervalo de frecuencias. (Este intervalo de frecuencias se puede calcular mediante la determinación de la diferencia estadística máxima entre las piezas en la fabricación/manufactura.) La salida después de una pulverización se puede comparar con la asignación de resonancia original del dispositivo generador de gotitas para fijar cualquier deriva y para la verificación de la pulverización. En tal uso, el rastreo de la resonancia se puede lograr sin un electrodo de realimentación, lo que tendría el efecto de reducir la deposición de masa en el mecanismo de cyección de fluido tal como se describe en la presente.

Un eyector aislado de carga (circuito flexible de capa doble, anillo SS316L de 50 miti, recubierto de oro 40 x 160, elemento eyector de agujeros, material PZT de 19 mm de diámetro exterior x 13 mm de diámetro interior y 250 mm de espesor) se accionó para eyectar a frecuencias de 10 kHz a 150 kHz. La deposición de masa y las formas de onda electricas se registraron a cada frecuencia en el mismo instante.

El circuito accionador de desplazamiento de nivel mostrado en la FIG. 30 es accionado por un MICROCHIP PIC16LF1503 desde el generador de forma de onda complementaria interna. El accionador de desplazamiento de nivel acciona el Puente Completo que acciona el elemento piezoeléctrico. El MICROCHIP PIC16LF1503 espera 10 segundos entre cada frecuencia para permitir que la balanza OHAUS PA214 alcance el equilibrio durante la medición de deposición de masa. El Microchip PIC16LF1503 también proporciona todas las señales de accionador necesarias (para T5-T7 mencionados en la FIG. 18A). Las señales eléctricas se registran en un osciloscopio AGILIENT 3014A y posteriormente se procesan en MATLAB mediante la integración de la señal hasta el momento de la medición del PIC16LF1503 para demostrar la operación de la medición y el control de resonancia (implementando digitalmente varios filtros analógicos para determinar los componentes óptimos del circuito).

La señal de salida del piezoeléctrico integrada, muestreada 30ps desde el momento en que T7 se deshabilita, rastrea de cerca el movimiento y la deposición de masa del mecanismo a traves de la frecuencia, tal como se muestra en la FIG. 31 y la FIG. 32. La FIG. 31 muestra la deposición de masa en el modo de membrana y el modo piezoeléctrico, mientras que la FIG. 32 muestra la salida de medición de resonancia. La salida es más fuerte para los modos piezoeléctricos (en donde solamente está involucrado un actuador piezoeléctrico) a diferencia del modo de membrana (en donde el actuador está acoplado a una membrana, que puede tomar la forma de un mecanismo de cyección llenado con fluido), y debe corregirse utilizando un movimiento al parámetro de acoplamiento de voltaje tanto para los modos piezoeléctricos como para los modos de membrana. Los parámetros de acoplamiento se determinan mediante la excitación sinusoidal del actuador y la medición de movimiento utilizando la Microscopía Holográfica Digital (DHM). Los parámetros de acoplamiento simplemente escalan resultados en una región de frecuencia dada (los pondera) para proporcionar la eyección óptima. Además, la frecuencia y la amplitud de movimiento se pueden utilizar para calcular las velocidades de eyección que se pueden utilizar para determinar de pulverización óptima. El circuito se puede utilizar sin corrección si la operación se limita a cualquiera de los modos piezoeléctrico o de membrana, es decir, no se permite la operación mixta. El circuito rastrea solamente el desplazamiento del sistema, que se correlaciona débilmente a la pulverización. El cálculo exacto de la pulverización requiere constantes de acoplamiento y cálculo de velocidad. La medición de la resonancia y el sistema de control se pueden configurar de cualquier forma.

Aunque las modalidades específicas se han discutido anteriormente para determinar y proporcionar señales de resonancia a un actuador (modo piezoeléctrico) o a un mecanismo de cyección (modo de membrana), será entendido por los expertos en la téenica que se pueden realizar diversos cambios y se pueden sustituir equivalentes por elementos de los mismos, sin apartarse de la esencia y alcance de la invención. Adicionalmente, se pueden realizar modificaciones para adaptar las enseñanzas de la invención a situaciones y materiales particulares, sin apartarse del alcance esencial de la misma.

Aunque la discusión anterior se centró en el valor de la determinación y el uso de frecuencias resonantes en el accionamiento del actuador piezoeléctrico, la señal de accionamiento particular o forma de onda de accionamiento particular, también afecta la estabilidad y la repetibilidad del dispositivo eyector influenciando la formación de perlas y humectación sobre la superficie delantera o anterior del mecanismo de eyección.

La FIG. 33 es un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un circuito 3300 para la implementación de un sistema de generación de gotitas en cualquiera de las configuraciones descritas anteriormente. En esta modalidad particular, el circuito 3300 está configurado para una implementación de elevador oscilador controlado por puerta del accionador, por ejemplo, el accionador 520, tal como se describe en la presente, y como se describe en las referencias incorporadas.

Tal como se muestra en la FIG. 33, el circuito 3300 incluye uno o más componentes electrónicos adicionales, incluyendo, pero no limitados a, componentes de conmutación S1 a S4, condensadores C1 a C4, diodo D1, comparador U1, inversor U3, circuito de modulación por ancho de pulsos (PWM), el cual incluye generador de envolvente PW V2, inversores U5 a U6, compuertas lógicas NAND U2 y U4, y compuerta ÑOR U8, que controlan la compuerta del transistor Q1 para controlar el comparador U1 que alimenta el circuito PWM, y para controlar el voltaje para la línea de alimentación de los conmutadores S1 a S4. Estos componentes adicionales se utilizan para generar demora, desplazamientos de fase, activación periódica, suma, elevación de señal, y otros efectos de acondicionamiento de potencia y señal para generar señales moduladas por ancho de pulsos PWM para el accionamiento del actuador, por ejemplo, el actuador 540 discutido anteriormente. La carga mecánica, por ejemplo, la carga 550, puede incluir, por ejemplo, un actuador unido a una placa de cyección cargada con fluido, o a una placa de eyección acoplada a una placa de generación cargada con fluido con base en señales de oscilador controlado numericamente (NCO) de un solo tono o multitono, tal como se describió anteriormente.

Las FIGS. 34A, 34B son gráficos de una forma de onda de relajación de fluido versus tiempo que utiliza una modalidad de un dispositivo de esta divulgación. El voltaje de la señal de accionamiento se suministra en dos ráfagas, de aproximadamente 25 ms a poco más de 25.5 ms en el eje de tiempo (horizontal), y de aproximadamente 27.5 ms a poco más de 28 ms en el eje de tiempo.

Tal como se muestra en la FIG. 34A, la señal de contra-EMF sigue la señal de accionamiento y posteriormente decae con una escala de tiempo característica de unas cuantas décimas de un milisegundo, por ejemplo, con una constante de decaimiento exponencial en un intervalo de aproximadamente 0.1 a 0.5 ms, o de aproximadamente 0.2 a 0.3 ms. Como resultado de ello, puede haber cyección de fluido desde el dispositivo después de que se termina la señal de accionamiento. También puede haber una polarización residual que decae en una escala de tiempo un poco más largo de aproximadamente 1 ms o más, tal como se muestra por la separación entre el voltaje de señal de accionamiento (a cero) y la señal de contra-EMF entre la primera y la segunda ráfagas.

La FIG. 34B es una vista ensanchada del gráfico de forma de onda de relajación de fluido en la FIG. 34A, que muestra la señalización manual de la contra-EMF después de la terminación de la señal de accionamiento. Tal como se muestra en la FIG. 34B, puede haber movimiento sustancial de la placa de eyección después de la terminación de la señal de accionamiento, lo que conduce a la formación continua de gotitas tal como se describió anteriormente. También hay un desplazamiento de fase entre la señal dé accionamiento y la contra-EMF, que puede causar que se retrase el movimiento de la placa de eyección cargada con fluido (o en este caso, conduzca) la forma de onda de señal de accionamiento.

Antes de la excitación mediante la forma de onda de accionamiento, el montaje de placa de eyección se inicia desde un estado de reposo, en el cual no hay movimiento mecánico. A medida que se aplica la señal de accionamiento electrico para inducir movimiento, hay un retraso de tiempo finito antes de que se cyecten las gotitas. Cuando hay más de una abertura en el generador de gotitas, cada abertura puede tener un tiempo característico diferente para alcanzar la velocidad necesaria para la eyección de fluido, dependiendo del modo (o modos) de oscilación y la frecuencia (o frecuencias) de resonancia correspondiente. De esta manera, el tiempo de entrega característico antes de la formación de gotitas es una función del voltaje de accionamiento, la frecuencia, la posición de apertura, y la forma de modos de vibración, tal como se define por la placa de eyección oscilante o el generador de gotitas.

Cuando el fluido se saca a través de una abertura antes de alcanzar una velocidad suficiente para la generación de gotitas, puede ocurrir la formación de perlas, retrasando aún más el inicio de la formación de gotitas y disminuyendo la deposición de masa y el suministro de fluido. La formación de perlas de fluido también puede aumentar la cantidad de movimiento de la placa de eyección humedecida, alargando el tiempo de señalización manual característico después de la terminación de la señal de accionamiento.

Para reducir la formación de perlas, el sistema de eyección se puede accionar por un tiempo seleccionado, también denominado en la presente como una longitud de accionamiento continuo. En particular, el tiempo se puede seleccionar para que la placa de eyección alcance la velocidad suficiente para eyectar una (o más) gotitas desde una o más aberturas colocadas en varias ubicaciones en el generador de gotas, o en una región de cyección en un área central de la placa de eyección, dependiendo de los modos de vibración de la estructura particular. De conformidad con un aspecto de la presente divulgación, la señal de accionamiento se puede seleccionar para operar en un modo de gotas bajo demanda. En este modo, el actuador es accionado por un cierto número de ciclos determinados por las propiedades del fluido, posteriormente el accionamiento se detiene para permitir que el sistema se relaje, despues de lo cual se repite la secuencia de longitud de accionamiento continuo. Esto se puede realizar el número deseado de veces para lograr la transferencia de masa de fluido deseada. El modo de gotitas bajo demanda tiene el efecto de reducir la formación de perlas de fluido y de esta manera reducir la cantidad de movimiento del mecanismo de eyección, aumentando de ese modo la transferencia de masa a la corriente de gotitas y reduciendo el tiempo de señalización manual después de que se corta la señal de accionamiento. La longitud de accionamiento continuo también se selecciona dependiendo de la dosificación deseada, la viscosidad del fluido, el modo de oscilación y la configuración del eyector, y otros parámetros, y puede variar de aproximadamente 1 ms o menos a aproximadamente 10 ms o más, o en un intervalo de aproximadamente 1 a 2 ms, o menos, o de aproximadamente 2 a 5 ms, o más.

La formación de perlas de fluido se puede reducir o suprimir mediante el accionamiento del actuador piezoeléctrico para un número seleccionado de ciclos, suficiente para que una o más gotitas sean cyectadas desde una o más aberturas. El número de ciclos tambien se selecciona con base en parámetros que incluyen, pero no están limitados a, la dosis deseada, la viscosidad del fluido, el modo de oscilación y la configuración del eyector, por ejemplo en un intervalo de aproximadamente 1 ciclo a aproximadamente 10 ciclos, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 2 a 5 ciclos. Alternativamente, el actuador 1604 se puede accionar durante 10 ciclos o más, por ejemplo de aproximadamente 10 a 20 ciclos, o en un intervalo de aproximadamente 10 a 60 ciclos o más, por ejemplo aproximadamente 10, 20, 30, 40, 50 o 60 ciclos.

En otras aplicaciones, la eyección continua de fluido por medio del chorro es necesaria con el fin de suministrar volúmenes relativamente grandes de líquido (por ejemplo, en el intervalo de 0.5 a 30 mI o más). La eyección en el modo continuo (es decir, con una señal de accionamiento continuo), sin embargo, también puede tener como resultado la formación de perlas. Sin pretender estar limitados por ninguna teoría en particular, la formación de perlas puede surgir, por ejemplo, debido a chorros caóticos, recaptura de gotitas de satélite, inducción, y efectos de carga, tal como se describió anteriormente. Cuando se forma una perla de fluido sobre una abertura, por otra parte, el volumen de fluido malo puede tender a aumentar en ciclos adicionales del actuador, por ejemplo por medio de la acción de bombeo y los efectos hidrodinámicos relacionados. El bombeo continuo puede conducir eventualmente a la humectación sobre la superficie distal de la placa de cyección oscilante (o placa de generación de gotitas), lo que resulta en una mayor cantidad de movimiento, atracción de Coulomb, y efectos mecánicos y electromecánicos relacionados.

El actuador piezoelectrico también se puede accionar para un número seleccionado de ciclos seguido de un período entre señales de accionamiento, que se puede ser caracterizar como un momento de relajación o un período de relajación. El cese del voltaje de accionamiento oscilante durante el período de relajación tiene como resultado el decaimiento de las oscilaciones de la placa de eyección llenada con fluido, por encima del tiempo de señalización manual característico. El tiempo de señalización manual depende, por ejemplo, de la magnitud de la placa de eyección y el movimiento del actuador, y la masa del sistema de eyección humedecido con fluido. Dependiendo de la aplicación, un período de relajación seleccionado con base en el tiempo de señalización manual puede reducir la formación de perlas. Este accionamiento intermitente del actuador será denominado en la presente como modo de operación por pulsos. La velocidad de eyección de masa (por unidad de tiempo) se puede reducir en el modo de operación por pulsos, dependiendo del ancho del pulso de accionamiento y el tiempo de relajación, por ejemplo en aproximadamente un tercio, aproximadamente la mitad, o aproximadamente dos tercios, en comparación con un modo de operación de chorro continuo.

En algunas modalidades, el movimiento del actuador piezoeléctrico después del cese de la señal de accionamiento se puede monitorizar mediante la detección de la contra-EMF (o contra-voltaje) inducida por el movimiento residual del actuador piezoelectrico, que está acoplado mecánicamente a la placa de cyección. Por ejemplo, la contra-EMF se puede monitorizas por medio de una capa de metalización o sensor electrónico aislado eléctricamente de la superficie del actuador, tal como se describió anteriormente con respecto a la FIG. 4, o utilizando un contra-voltaje inducido en el circuito de señal de accionamiento, por ejemplo por medio de los electrodos de accionamiento u otra capa conductora en contacto directo con la superficie del actuador.

El tiempo de señalización manual de esta manera se puede determinar por el tiempo requerido para que la placa de eyección residual y las oscilaciones de fluido caigan por debajo de un umbral particular, con base en la señal de contra-EMF. Esto tiene una ventaja sobre las aplicaciones de tiempo de relajación fijo, debido a que el tiempo de relajación se ajusta automáticamente para la formación de gotitas, la humectación, la viscosidad del fluido, y otros factores, con base en su efecto sobre el tiempo de señalización manual del montaje de eyector humedecido con fluido.

Por ejemplo, el tiempo de relajación puede estar definido por el tiempo requerido para que el voltaje de la contra-EMF se convierta en menos de una fracción seleccionada de su valor inicial, en el cese de la señal de accionamiento, por ejemplo aproximadamente un décimo (10%) del valor inicial. Alternativamente, se puede seleccionar una fracción diferente, por ejemplo aproximadamente un veinteavo (5%) o menos, o aproximadamente un quinto (20%), aproximadamente un tercio (33%), aproximadamente la mitad (50%), o una proporción diferente, tal como 1/e, o un múltiplo de las mismas. En aplicaciones adicionales, el período de relajación se puede seleccionar con base en un umbral absoluto, por ejemplo con base en la correlación de la señal de contra-EMF con una magnitud o velocidad de oscilación seleccionadas para la placa de cyección cargada con fluido.

Las FIGS. 35A a 35D son un conjunto de gráficos de amplitud vs. tiempo de formas de onda de señal de accionamiento y formas de onda de movimiento piezoelectrico correspondientes, que muestran el desplazamiento de fase entre las dos formas de onda con el tiempo. Cada una de las FIGS. 35A a 35D muestra un enfoque diferente para la generación de señales de amortiguación de señalización manual con el fin de reducir el movimiento residual después de la terminación de la señal de accionamiento. Una forma de onda de cancelación se puede generar en la forma de una amortiguación activa o señal de frenado, con base en la magnitud observada y la fase de la señal de realimentación de señalización manual. Por ejemplo en la FIG. 35A, la señal de cancelación simplemente comprende la generación de una media onda que es opuesta o desplazada en fase por 180 grados con respecto a la señal de onda original. En la FIG. 35B, además de la generación de una media onda opuesta, se ajusta la amplitud de la forma de onda opuesta. En la FIG. 35C, la media onda opuesta también es desplazada en el tiempo para lograr un desplazamiento de fase adicional. En la FIG. 35D, se genera un pequeño pulso de fase opuesta y mayor frecuencia.

En general, la señal de amortiguación se puede desplazar en fase con respecto a la señal de accionamiento, y se puede reducir en magnitud (combinación de las Figs. 35B y 35C). La magnitud se determina con base en la magnitud de la señal de contra-EMF, por ejemplo utilizando un sensor del actuador o contra-voltaje en el circuito de accionamiento para generar la señalización manual o señal de realimentación 580 para el circuito de detección y control de resonancia 560, tal como se muestra en los sistemas piezoelectricos anteriores. Análisis de la forma de onda de relajación y de la señalización manual se realizan sobre la señal de contra-EMF con el fin de generar una señal de amortiguación modulada por ancho de pulsos (PWM) con una magnitud y demora de fase apropiadas, por ejemplo tal como se describió anteriormente con respecto a los diversos componentes del circuito 3300 de la FIG. 33.

Dependiendo de la aplicación, la oscilación de fluido en el generador de gotitas puede o no ocurrir a la misma frecuencia que la oscilación de señalización manual de la propia placa de cyección. En la medida que esto ocurre, o en cualquier caso en donde se excitan múltiples modos, la señal de contra-EMF exhibirá múltiples frecuencias y batido, tal como se describe a continuación, y la señal de amortiguación activa se puede modificar en consecuencia, por ejemplo, proporcionando una combinación de dos o más señales de amortiguación diferentes con magnitud, fase y frecuencia diferentes.

Alternativamente, un solo pulso corto o señal de “chirrido” se pueden utilizar, con base en el nivel deseado de complejidad de la señal y el efecto requerido sobre la señal de señalización manual. Por ejemplo, una cancelación de “anti-fase” o una señal de amortiguación se pueden aplicar, ya sea con base en la fase de la propia forma de onda de accionamiento, o con base en la temporización de la señal de contra-EMF. En esta aplicación una señal de amortiguación de polaridad más pequeña, opuesta puede estar provista de temporización y amplitud seleccionadas para absorber o cancelar energía de oscilación residual y causar que el actuador y la carga frenen de una manera similar a la de un vehículo.

Una vez que se aplica cualquiera de una forma de onda de cancelación o señal de amortiguación activa (frenado), un período de relajación se puede utilizar antes de aplicar otra señal de accionamiento, tal como se describió anteriormente. De esta manera, el generador de gotitas se puede accionar en un modo por pulsos o de pulsos continuos, con o sin formas de onda de amortiguación después de cada pulso.

Las gotitas también se pueden generar en un modo de un solo pulso, con suministro de fluido sobre una sola forma de onda de accionamiento finita que se extiende sobre un número determinado de ciclos, con o sin una siguiente señal de amortiguación activa. En este modo de operación de un solo pulso, el tiempo de relajación se puede considerar arbitrario, extendiéndose hasta una activación (por ejemplo, seleccionada por el usuario) provocada de forma independiente del dispositivo.

De esta manera, una gama de diferentes métodos se puede utilizar para generar señales de amortiguación. Por ejemplo, una forma de onda de amplitud igual se puede aplicar, con una amplitud basada en energía almacenada en el piezoeléctrico, y desplazamiento de fase de 180° (polaridad opuesta) basado en la fase de la señal de contra-EMF. Alternativamente, uno o más pulsos de amplitud desiguales se pueden aplicar con polaridad opuesta o un desplazamiento de fase diferente, basado en los voltajes de suministro positivos o negativos disponibles. En las formas de onda de amortiguación de un solo pulso o “de chirrido”, la energía en la forma de onda se puede seleccionar para que se adapte a aquella del sistema de placa de cyección cargada con fluido y actuador, y suministrar con polaridad opuesta u otro desplazamiento de fase seleccionado para la absorción de energía máxima, utilizando el equilibrio de tiempo-energía para cancelar las oscilaciones residuales y reducir el tiempo de señalización manual.

En los modos de operación por pulsos o de “ciclo limitado”, el actuador se puede accionar por un número limitado de ciclos, por debajo del tiempo de formación de perlas característico del sistema de eyección, seguido de un período de relajación con base en el tiempo de señalización manual característico, y se repite según sea necesario para alcanzar la dosificación de fluido o deposición de masa deseadas. Aunque la eyección de masa por unidad de tiempo se reduce nominalmente, tal como se describió anteriormente, esto puede ser compensado por los beneficios de la formación de perlas reducida. El tiempo de relajación o tiempo “muerto” entre los pulsos de suministro se pueden reducir mediante la aplicación de una señal de amortiguación apropiada.

En este modo, el generador de gotitas se puede accionar por un número limitado de ciclos por debajo del tiempo de formación de perlas característico del sistema de placa de cyección, seguido de la aplicación de una forma de onda de anti-fase (polaridad opuesta), con base en la fase correspondiente de la señal de contra-EMF. La amplitud y la fase se pueden seleccionar para el balance de energía, con el fin de absorber una fracción sustancial de la energía de oscilación residual en un solo pulso, o la amplitud y fase pueden variar, tal como se describió anteriormente. La forma de onda de amortiguación o señal de “frenado” se pueden controlar para reducir el movimiento del actuador y de la membrana de placa de eyección, seguido de señalización manual adicional del propio fluido, durante la cual no se aplica ninguna señal de accionamiento nueva.

De esta manera, la forma de onda completa incluye una señal de accionamiento de ciclo limitado, seguido de una señal de amortiguación y tiempo de relajación o muerto para la señalización manual del fluido, y se repite según sea necesario con el fin de lograr la dosificación de fluido o deposición de masa deseadas. Con base en el tiempo de señalización manual reducido, en comparación con un accionamiento de ciclo limitado sin amortiguación activa o señal de frenado, este modo proporciona tanto una formación de perlas reducida como una velocidad de suministro de fluido aumentada, tal como se define en términos de masa de fluido por unidad de tiempo.

EJEMPLOS EJEMPLO 1 Mecanismo de Eyección En este ejemplo, se utilizó una placa de cyección (por ejemplo, 21 mm de diámetro de acero inoxidable) simétrica 104, con una configuración de aberturas 126 proporcionada en un generador de gotitas 132 formado en la región central de la placa de eyección 104. Un circuito accionador 520 se utilizó para generar las señales de accionamiento, con un circuito de resonancia o de realimentación 560, para medir la señal de contra-EMF o de voltaje de realimentación del actuador (por ejemplo, piezoeléctrico), y controlar el circuito accionador para proporcionar una señal de amortiguación después de cada forma de onda de accionamiento. Otras téenicas para la generación de diferentes formas de onda de accionamiento y señales de amortiguación también se contemplan, tal como se describió anteriormente, y tal como se describe en las referencias incorporadas.

El mecanismo de eyección fue operado en contacto con un depósito de fluido, y provisto de una señal de accionamiento (por ejemplo, onda sinusoidal o cuadrada) para bombear fluido a través de las aberturas del generador de gotitas y eyectar el fluido en forma de una corriente de gotitas. Cuando una señal de accionamiento continua puede resultar en la formación de perlas del fluido, una ráfaga corta o tiempo de ciclo limitado se pueden utilizar, por ejemplo de aproximadamente 150 ms o menos, de aproximadamente 100 ms o menos, de aproximadamente 50 ms o menos, o de aproximadamente 25 ms o menos. Una almohadilla aislada electricamente o sensor de contra-EMF pueden estar unidos al actuador con el fin de monitorizar el movimiento del montaje de cyector con respecto a la señal de accionamiento, y para proporcionar una señal de cancelación de la oscilación residual después de la terminación de la señal de accionamiento, con el fin de reducir el tiempo de señalización manual y aumentar la velocidad de suministro del fluido neta.

EJEMPLO 2 Relajación de Piezoeléctrico v Relajación de Fluido En este ejemplo, un actuador accionado en un modo resonante continuará oscilando después de que cesa la señal de accionamiento, durante un período determinado definido por el tiempo de relajación. A pesar de que el movimiento del sistema de actuador y eyector se reduce, la membrana o generador de gotitas continuará oscilando debido a la energía adicional en el mecanismo cargado con fluido. La formación de perlas de fluido se producirá si el piezoeléctrico se acciona antes de que se ha permito que el fluido se relaje, y la formación de perlas y las oscilaciones de fluido aumentarán a través de ciclos repetidos si el tiempo muerto entre los ciclos es insuficiente.

La FIG. 36 es un gráfico de una forma de onda de relajación de fluido, que ilustra estos fenómenos despues de la eliminación de una señal de accionamiento. El voltaje de la contra-EMF del piezoeléctrico (escala vertical) se genera por el movimiento del actuador piezoeléctrico, y se puede tomar de una almohadilla metálica aislada eléctricamente o sensor de contra-EMF en la parte superior del piezoeléctrico, tal como se describió anteriormente. La contra-EMF indica que la señalización manual del montaje de actuador se produce en una escala de tiempo de un milisegundo o menos, por ejemplo aproximadamente un medio milisegundo o menos, o aproximadamente de 0.2 a 0.3 ms, dependiendo del umbral de amplitud relativa. Durante este período de relajación, la magnitud de la oscilación puede tener como resultado una cyección de fluido por un período significativo después de que se termina la señal de accionamiento, por ejemplo de hasta 1 a 10 veces la longitud de la propia forma de onda de señal de accionamiento.

El tiempo de relajación de fluido del mecanismo llenado con fluido (también denominado en la presente como el mecanismo de eyección) puede ser de dos a tres veces el tiempo de señalización manual del propio actuador, por ejemplo un milisegundo o más, o en el intervalo de aproximadamente 1 a 2 ms o de aproximadamente 2 a 4 ms, dependiendo del diseño del eyector, la carga de fluido, el tamaño del agujero, y otros factores. Se debe permitir que el fluido se relaje durante este tiempo de relajación típicamente más lento, con el fin de evitar la formación de perlas.

La FIG. 37 es un gráfico de la forma de onda de relajación de fluido después de una rampa suave descendente, que ilustra cómo el montaje de actuador reacciona cuando la señal de accionamiento se reduce linealmente. La amplitud de la oscilación residual realmente aumenta durante el período de rampa descendente, e incluso después de que la señal de accionamiento alcanza cero, debido al almacenamiento de energía en el propio actuador (por ejemplo, en el elemento piezoeléctrico, que puede ser un elemento de cerámica). Esta energía se disipa en forma relativamente lenta, por ejemplo más de unos cuantos cientos de ciclos de la oscilación armónica.

La FIG. 38A es un gráfico de una forma de onda de relajación después de una excitación de cinco ciclos, en donde se detuvo súbitamente la señal de accionamiento. La FIG. 38B es una vista ensanchada de la forma de onda de relajación en la FIG. 38A, que muestra la producción de armónicos (“batido”) en la señal de señalización manual. Tal como se muestra en las FIGS. 38A y 38B, no solamente el montaje de actuador continúa moviéndose después de que se termina la señal de accionamiento, sino que también puede generar armónicos relativamente grandes y productos de modulación cruzada, que a su vez pueden generar movimiento en modos resonantes (“modos de vibración”) que tienen formas favorables para la formación de perlas.

EJEMPLO 3 Formas de Onda de Cancelación En este ejemplo, se utilizaron formas de onda de cancelación para reducir tal movimiento residual y tal tiempo de señalización manual.

La FIG. 39A es un gráfico de una forma de onda de relajación de fluido despues de una excitación de diez ciclos con una forma de onda de amortiguación activa. La FIG. 39B es una vista ensanchada de la forma de onda de relajación en la FIG. 39A, que ilustra el tiempo de relajación y la producción de armónicos reducidos. Tal como se muestra en las FIGS. 39A y 39B, se genera una señal de amortiguación después de la señal de accionamiento con el fin de absorber la energía almacenada en el actuador (piezoeléctrico). Aunque el mecanismo de cyección todavía continúa moviéndose después de que se aplica la señal de amortiguación, el tiempo de relajación es sustancialmente menor, y los armónicos y los productos de modulación cruzada (“batidos”) se suprimen. Esto permite mayores velocidades de deposición de masa, con producción de perlas reducida.

La FIG. 40 es un gráfico de una forma de onda de relajación después de una excitación de onda cuadrada de diez ciclos, con señal de amortiguación activa. Tal como se muestra, tanto las señales de accionamiento como las señales de amortiguación se pueden proporcionar como ondas sustancialmente cuadradas.

La FIG. 41 es un gráfico que ilustra la forma de onda de relajación para la misma excitación de onda cuadrada tal como se utiliza en la FIG.40, pero sin la señal de amortiguación.

La FIG. 42 es un gráfico que ilustra el piezoeléctrico y la relajación del fluido después de dos períodos de una señal de accionamiento de onda cuadrada de diez ciclos, con señal de amortiguación activa y tiempo muerto de relajación. La FIG. 42 muestra dos ciclos completos de una forma de onda completamente montada, que incluye una señal de accionamiento de onda cuadrada de diez ciclos, la señal de amortiguación activa para frenar el actuador piezoeléctrico, y el tiempo (muerto) de relajación del fluido entre repeticiones.

EJEMPLO 4 Formación de Perlas de Fluido Este ejemplo utilizó un mecanismo de cyección de conformidad con el Ejemplo 1, anterior, en el cual se observó la formación de perlas cuando el voltaje de accionamiento es una onda sinusoidal o cuadrada simple. En este ejemplo particular, la forma de onda de la señal de accionamiento fue de 50 ms de largo.

Con el fin de ilustrar los beneficios de tiempo de relajación y una señal de amortiguación activa, se tomaron imágenes de un eyector en varias etapas, utilizando dos líquidos de viscosidad diferente: agua destilada y latanaprost, un medicamento tópico utilizado para reducir la presión dentro del ojo.

Las imágenes del agua destilada y del latanaprost se capturaron con una alta velocidad (75,000 tramas por segundo). Para ambos fluidos, la pulverización inicial demostró un modo resonante de la placa de generación, pero no todos los agujeros cyectaron gotitas. Al 30% a traves de la señal de pulverización, la pulverización continua sin permitir la relajación o “señalización manual” tuvo como resultado la formación de perlas grandes. Al 60% a través de la señal de pulverización, gotitas de satélite se crearon a partir de colisiones de pulverización caóticas, que aumentaron cuando no hubo tiempo de relajación, y el nivel de formación de perlas y colisiones aumentó a medida que continuó la pulverización. Después de que se completó el ciclo, se observaron grandes gotitas de satélite y formación de perlas.

EJEMPLO 5 Supresión de Formación de Perlas v Formación de Gotitas de Satélite Este ejemplo también utilizó un mecanismo de eyección de conformidad con el Ejemplo 1, anterior, pero se suprimió la formación de perlas utilizando uno o más del ciclo limitado (pulso repetido), tiempo de relajación, y téenicas de amortiguación activa descritos anteriormente.

De nuevo, el agua se comparó con latanaprost pero utilizando amortiguación activa y relajación. De nuevo, las imágenes de la pulverización inicial mostraron un modo resonante de la placa de generación, pero no todos los agujeros eyectaron fluido. Esto demuestra que el modo no es trivial, y se debe determinar cuidadosamente en combinación con la configuración de agujeros seleccionada y la geometría de la placa de eyección. A la mitad del ciclo, las gotitas surgieron de la mayoría de los sitios de cyección (aberturas) en una corriente lineal. Hubo menos corrientes caóticas, reduciendo de ese modo la formación de gotitas de satélite, en comparación con los modos de pulverización que muestran una mala eyección. La formación de perlas se suprimió para ambos fluidos en este ejemplo, y las perlas más grandes estuvieron sustancialmente ausenten, o no observadas. Después de que se completó el ciclo, las gotitas de satélite grandes se redujeron significativamente, y sustancialmente no se observó formación de perlas en las aberturas. Algunas gotitas de satélite se pudieron observar, pero estaban sustancialmente ausentes de los sitios de formación de gotitas.

En varios ejemplos adicionales, se proporcionó un método para aplicar un primer voltaje alterno para uno o más ciclos de un actuador piezoeléctrico operable para oscilar un mecanismo de eyección a fin de generar gotitas de un fluido, deteniendo el primer voltaje alterno y aplicando una forma de onda de cancelación o una señal de amortiguación activa, esperando un primer período de relajación, aplicando un segundo voltaje alterno para uno o más ciclos a dicho actuador piezoeléctrico, deteniendo el segundo voltaje alterno y aplicando una forma de onda de cancelación, y esperando un segundo período de relajación. El mecanismo de eyección puede incluir una placa de eyección que tiene una superficie proximal en contacto con un fluido y una o más aberturas, con un actuador piezoeléctrico para hacer oscilar la placa tras la aplicación de un voltaje de accionamiento. Las etapas se pueden repetir una o más veces para generar o suministrar un volumen seleccionado del fluido, por ejemplo en la forma de una corriente de gotitas. El volumen se puede seleccionar entre aproximadamente 5 mI y aproximadamente 30 pl. El mecanismo de cyección también se puede configurar para eyectar la corriente de gotitas con un diámetro promedio de gotita eyectada mayor de aproximadamente 15 mieras.

El eyector se puede configurar para la pasivación y el aislamiento de carga con respecto al voltaje de accionamiento. La forma de onda de cancelación se puede desplazar de fase con respecto al voltaje de accionamiento y tener una amplitud sustancialmente igual o diferente del voltaje de accionamiento. El desplazamiento de fase puede ser de 180 grados, de modo que la forma de onda de cancelación tiene una polaridad opuesta con respecto a uno o ambos de los voltajes de alimentación alternos. Alternativamente, la forma de onda de cancelación puede estar sustancialmente en fase con uno o ambos de los voltajes de alimentación alternos, o tener una demora de tiempo seleccionada por un desplazamiento de fase diferente con respecto a uno o ambos de los voltajes alternos.

La forma de onda de cancelación también puede tener una amplitud desigual con respecto a uno o ambos de los voltajes alternos, por ejemplo una amplitud menor que uno o ambos de los voltajes de accionamiento alternos. La forma de onda de cancelación también puede tener una amplitud seleccionada para que la forma de onda seleccionada tenga una energía sustancialmente igual a la energía almacenada en el actuador piezoeléctrico.

Cualquier o más del primero y segundo voltajes alternos y la forma de onda de cancelación se pueden modular por ancho de pulsos, o comprender o consistir esencialmente de una onda sustancialmente cuadrada o una onda sustancialmente sinusoidal. Por ejemplo, ambos voltajes alternos pueden ser una onda sustancialmente sinusoidal, o sustancialmente cuadrada, o una combinación de una onda sinusoidal y una cuadrada.

Uno o ambos de los períodos de relajación se pueden basar en la monitorización de resonancia del actuador, por ejemplo mediante la detección de un voltaje de contra-EMF. Uno o ambos de los períodos de relajación pueden ser proporcionales al número de ciclos de uno o ambos de los voltajes alternos, y el número de ciclos puede ser entre uno y aproximadamente treinta. Uno o ambos de los períodos de relajación tambien se pueden determinar cuando el voltaje de contra-EMF tiene un cierto valor umbral, por ejemplo, tal como una fracción de un valor inicial, o uno o ambos de los períodos de relajación pueden ser proporcionales al número de ciclos de uno o más de los voltajes alternos.

EJEMPLO 6 En una modalidad, el dispositivo cyector se implementa como un dispositivo de dos partes que comprende un montaje de eyector con depósito de fluido (también denominado en la presente como un cartucho) y un sistema de base. El sistema de base está configurado para recibir y acoplarse con el cartucho de manera complementaria. Cuando un usuario inserta el cartucho en el sistema de base, se hace contacto eléctrico y el cartucho se activa. En una modalidad, un cartucho EEPROM se lee para iniciar una cuenta hacia atrás en la desactivación del cartucho.

Una junta rotativa delantera puede estar prevista para cubrir el mecanismo de cyección del cartucho, y está configurada para girar con el fin de abrir o proporcionar una línea de acceso a la vista a los agujeros de eyección del mecanismo de eyección. El giro también activa un conmutador magnético en el cartucho que se transmite a una unidad de microcontrolador para llevarlo fuera del modo de suspensión. Un sistema de apuntamiento (LED azul) también está encendido y el convertidor elevador está iniciado.

Una auto-sintonización o barrido de calidad (barrido-Q) se inicia para establecer la frecuencia de pulverización. En esta modalidad, el barrido-Q implica la generación de tres ciclos de cada una de un intervalo de frecuencias dentro de un intervalo de frecuencias predeterminado y se obtiene la realimentación TEP para encontrar las regiones óptimas de frecuencia de pulverización. Esto se discute con mayor detalle a continuación. La iniciación del barrido se puede activar ya sea girando la junta rotativa delantera o mediante la activación de un botón de pulverización, y en una modalidad el mecanismo de activación puede ser un software seleccionado. Después de que se completa el barrido-Q, un convertidor elevador configurado para actuar como una bomba de carga eleva el voltaje (eyector piezo) anular a un voltaje prescrito para ese producto cargando una línea de elevación al voltaje deseado. El intervalo puede ser, por ejemplo de 0 a 120V.

Un segundo conmutador se activa cuando el usuario oprime el botón de pulverización. Tras este evento, un generador de forma de onda complementaria controlado por puerta (CWG) acciona un circuito desplazador de nivel, que a su vez acciona un puente completo para accionar el actuador piezoeléctrico y suministrar el fármaco. El mecanismo de cyección eyecta por medio de ya sea un accionamiento de voltaje constante (el ciclo de trabajo de elevador se ajusta constantemente para equilibrar el voltaje de salida de elevación y de esta manera la amplificación en el tanque resonante) o un accionamiento de sobreimpulso, que se logra cargando el elevador y posteriormente encendiendo el accionamiento lo que causar un sobreimpulso masivo para la pulverización a alta velocidad. Aunque el voltaje constante se puede utilizar en ya sea modos continuos o de gotitas bajo demanda (ENCENDIDO durante x ciclos - APAGADO durante y ciclos - Repetir), el solamente se puede utilizar el sobreimpulso con la gotita bajo demanda.

Adicionalmente, la frecuencia de la señal de accionamiento puede ser una frecuencia constante o en vibración. En vibración significa que la frecuencia es barrida (como un chirrido) sobre un ancho de banda ajustado (3k, 5k, 10k, 20k). La acción vibratoria causa cambios de velocidad bruscos en el movimiento piezoeléctrico resultando en una mejor eyección. La acción vibratoria puede por ejemplo realizarse rápidamente (dentro del tiempo de decaimiento del tanque resonante) para generar una señal multitono constante.

Un circuito de detección de volumen basado en IR se puede incluir para medir el volumen de líquido suministrado durante la pulverización y alarga o acorta el tiempo de pulverización para suministrar el volumen de dosificación correcto. Despues de un período predefinido (en esta modalidad, después de 10 segundos), todos los LED se apagan y el dispositivo regresa al modo de reposo hasta que el usuario cierra y vuelve a abrir la junta rotativa delantera.

Dado que la auto-sintonización comprende un aspecto de la presente invención, una ¡mplementación particular se describirá con más detalle a continuación.

El propósito del sistema de auto-sintonización es permitir que el sistema de cyección piezoeléctrico se ajuste dinámicamente a diferencias ligeras del material y al cambio de variables ambientales y es fundamental para un producto fiable y que se puede fabricar.

La frecuencia generada por el oscilador controlado numéricamente (NCO) y el CWG se incrementa en cantidades establecidas sobre un intervalo definido tan alto como de 1 kHz a 200 kHz, pero a menudo de 80 a 150 kHz en incrementos de 1 kHz o 0.5 kHz. El voltaje de la batería es compensado para tener en cuenta el agotamiento gradual de la batería, después de lo cual la línea de elevación se carga a un voltaje constante utilizando un convertidor analógico digital (ADC) que muestrea la realimentación. El tanque (estructura resonante definida por el actuador piezoeléctrico capacitivo (piezo) y uno o más inductores) se acciona posteriormente durante un breve período, preferiblemente el tamaño mínimo posible de la muestra, por ejemplo, de 1.5 a 2.5 períodos en una sola frecuencia. La señal de accionamiento se repite de 3 a 5 veces en sucesión rápida a esta frecuencia con el fin de cargar el condensador en un detector de pico integrante con el mismo coeficiente de amplitud (voltaje) cada vez. El coeficiente de amplitud se registra y el procedimiento se repite a la siguiente frecuencia. Esta repetición de una señal de bajo voltaje mejora significativamente la relación señal a ruido de la medición y evita que el sistema cyecte mientras que se determinan las frecuencias de resonancia óptimas para la pulverización.

La auto-sintonización se logra mediante el accionamiento de los eyectores con un bajo voltaje y la medición de la respuesta del tanque piezo/inductor (factor-Q) Cuando se realiza a traves de un intervalo amplio de frecuencias, esto caracteriza al sistema de eyección y encuentra la frecuencia pico.

Con el fin de que el barrido Q funcione apropiadamente el voltaje de accionamiento debe ser lo suficientemente alto para conducir adecuadamente la energía en el piezoeléctrico, sin embargo, debe ser suficientemente bajo para no causar ninguna eyección no deseada. Por lo tanto, el voltaje de accionamiento tiene que ser monitorizado de cerca por el microcontrolador.

El convertidor analógico digital (ADC) utilizado para monitorizar el voltaje de accionamiento es matemáticamente compensado para mantener la medición exacta a medida que se reduzca y caiga el voltaje de las baterías.

En esta modalidad, el barrido es un software controlado por medio de un algoritmo que primero comprueba el intervalo de salida para asegurar que se ha cumplido el umbral de voltaje apropiado. El barrido será una salida constante sin un voltaje suficientemente alto para la cyección de fluido, por lo tanto, si el intervalo de salida es demasiado bajo, el voltaje se aumenta ligeramente y el barrido se repite.

El barrido se repite en ráfagas que buscan una frecuencia pico consistente a traves de múltiples mediciones. Si el pico es inconsistente, el voltaje se aumenta ligeramente y la ráfaga se repite. Si dos picos se mantienen ¡guales, el microcontrolador seleccionará el pico en el intervalo de frecuencias óptimo programado antes.

Los componentes para la generación de la señal de accionamiento se representan en el diagrama de bloques de la FIG. 43, que muestra un accionador de puente completo con activación periódica de accionamiento integrado. Un oscilador controlado numéricamente (NCO) 4300 crea la señal de accionamiento con resolución de alta frecuencia. Un segundo oscilador controlado numéricamente 4302 está controlado por puerta por medio de la lógica 4304 con el primer NCO con el fin de deshabilitar el generador de forma de onda complementaria (CWG) 4306 periódicamente sin una gran carga de software sobre los recursos del procesador. Esto permite que tanto la vida alargada del FET como la relajación del sistema de expulsión a cualquier frecuencia combatan contra aspectos de “formación de perlas” de la pulverización tal como se discutió anteriormente. Tambien se pueden utilizar temporizadores para lograr esto. La señal lógica combinada se introduce en el generador de forma de onda complementario 4306 que genera dos ondas cuadradas anti-fase con bandas muertas ajustables al circuito desplazador de nivel 4308, el cual traduce 2.0V-3.5V a +35 para el PMOS (no mostrado) y +10 para el NMOS (no mostrado) del puente completo 4310 para minimizar las pérdidas de conmutación y ENCENDER la resistencia. El CWG 4306 alterna efectivamente el número de ciclos de accionamiento “encendidos” del piezo con el número de ciclos “apagados” para permitir la relajación del fluido.

Un diagrama de circuito de una modalidad de un circuito desplazador de nivel 4308 para el accionamiento de NMOS y PMOS se muestra en la FIG.44.

Esto acciona diferencialmente el actuador utilizando una salida de convertidor elevador de 45V (V_Elevador) y se acciona con ondas cuadradas anti-fase del CWG (CWG_P y CWG_N), que controlan las compuertas de los FETs T1 y T10. Las salidas de los PMOS (FB P1 y FB P2) son de + 45V a + 35V, mientras que las salidas de los NMOS (FB_N1 y FB_N2) son de OV a + 10V.

Tal como se discutió anteriormente, la presente modalidad también proporciona una detección de volumen de pulverización por infra-rojo (IR). Un LED IR es accionado con hasta 1.8V de caída en sentido directo y una corriente de 65 mA. Un fototransistor mide la intensidad de la luz y proporciona un voltaje de salida analógico entre OV y el voltaje de la batería, que es leído por el ADC. La pulverización ha mostrado tener un voltaje sustancialmente lineal con respecto a la respuesta del volumen de pulverización.

Una modalidad de tal circuito de detección de volumen de pulverización por IR se muestra en la FIG. 45.

En la presente modalidad, tres baterías cada una proporcionando aproximadamente 1.5 V se utilizan como fuente de energía portátil. En otra modalidad, se utilizan solamente dos baterías, lo que requiere el uso de una bomba de carga 2X para elevar el voltaje de la batería lo suficiente para accionar el sistema de apuntamiento de alta luminosidad LED. Una modalidad de tal bomba de carga utilizó una señal modulada por ancho de pulsos proveniente del periferico del microcontrolador. Un diagrama de circuito esquemático de una modalidad de un circuito de bomba de carga para un LED de apuntamiento se muestra en la FIG. 46.

Como un aspecto adicional de la presente modalidad, el dispositivo proporciona una Habilitación de Cartucho de Fármaco/Deshabilitación/Temporizador. Esto se implementa en la presente modalidad como una interfaz EEPROM en serie de dos hilos que se proporciona en el cartucho para permitir la identificación única, por ejemplo, por medio de un número de serie. El número de serie podría ser borrado después de un período de uso predefinido para deshabilitar permanentemente el cartucho. El número de serie podría ser configurado de diferentes maneras, por ejemplo, los primeros pocos bits podrían ser un identificador del fabricante, mientras que los bits restantes podrían proporcionar un número de serie único para el dispositivo para identificar el fármaco en el depósito. La microcontrolador en esta modalidad puede realizar un rastreo de hasta 30 dispositivos durante hasta 60 días.

La electrónica, que se podría implementar en un ASIC se podría configurar para recibir la entrada de un sensor de temperatura o el ASIC podría tener un sensor de temperatura interno para deshabilitar cartuchos si la temperatura del fármaco es superior a una temperatura predefinida.

Tal como se discutió anteriormente, con el fin de proporcionar el voltaje apropiado al actuador, una línea de elevación se carga al voltaje deseado, haciendo uso de un convertidor elevador configurado para actuar como una bomba de carga. La FIG. 47 es un diagrama de circuito de dos convertidores elevadores - uno que energiza el accionamiento piezoelectrico y el otro que proporciona una carga anular de baja corriente (voltaje). La monitorización se realiza mediante un ADC junto con un microcontrolador. La FIG. 48 es un diagrama de circuito de una modalidad de un microcontrolador. El ADC, NCO, CWG, PWM, todos son elementos internos para esa parte. El ADC en esta modalidad es un dispositivo integrado y se puede conmutar en el interior del chip entre varios pines. Inicialmente se inicia en el pin RC2 en donde se utiliza para monitorizar y mantener el voltaje de elevación durante el barrido-Q (auto-sintonización). Tal como se discutió anteriormente, el voltaje tiene que ser casi constante o el resultado del barrido de frecuencia proporcionará un resultado erróneo. El ADC se conmuta posteriormente a RA4, lo cual permite que el voltaje (anular) del actuador sea cargado y calibrado. Por último, el ADC se conmuta a RAO, en donde el detector de pico integrante escala el voltaje pico al intervalo de voltaje del ADC. La medición del detector de pico se puede utilizar para mantener constante el voltaje de tanque o para sostener coeficientes de amplitud del barrido-Q.

La FIG. 49 muestra un diagrama de circuito de una modalidad de un conjunto de desplazadores de nivel que accionan un puente completo cargado con un tanque resonante (incluyendo piezo). También tiene una realimentación de detector de picos.

La FIG. 50 muestra una modalidad de un circuito de disminución de TEP/disminución de gotitas bajo demanda compuesto por un desplazador de nivel y dos NMOS FETS que drenan el tanque en lugar de dejarlo flotar cuando el puente completo deja de accionar.

Aunque esta invención se ha descrito con referencia a modalidades específicas, será entendido por aquellos expertos en la téenica que se pueden realizar diversos cambios y se pueden sustituir equivalentes por elementos de los mismos, sin apartarse de la esencia y alcance de la invención. Adicionalmente, se pueden realizar modificaciones para adaptar las enseñanzas de la invención a situaciones y materiales particulares, sin apartarse del alcance esencial de la misma. De esta manera, la invención no está limitada a los ejemplos particulares que se describen en la presente, sino que abarca todas las modalidades que caen dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (65)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo que comprende: una placa de generación de gotitas que tiene una pluralidad de aberturas a traves de la misma, y uno o más canales para la comunicación de fluido con un depósito de fluido, la placa de generación de gotitas define una placa de generación de gotitas llenada con fluido cuando las aberturas están llenas de fluido; un actuador acoplado a la placa de generación de gotitas; un circuito accionador en comunicación de señal con el actuador, el accionador estando configurado para accionar el actuador en oscilación con base en una forma de onda de accionamiento que incluye por lo menos dos señales de accionamiento separadas; y un circuito de realimentación en comunicación de señal con el actuador y el circuito accionador, en donde el circuito de realimentación está configurado para determinar un tiempo de relajación para su inclusión en la forma de onda de accionamiento entre señales de accionamiento con el fin de reducir la oscilación del actuador entre las señales de accionamiento en una cantidad predeterminada.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sensor de contra-EMF acoplado al actuador, en donde el sensor de contra-EMF está configurado para generar una señal de realimentación para su uso por el circuito de realimentación con base en una contra-FEM generada por el actuador.

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el actuador comprende un componente piezoeléctrico y la contra-EMF es generada por la oscilación del mismo.

4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el sensor de contra-EMF comprende un material conductor acoplado mecánicamente a y aislado eléctricamente del componente piezoeléctrico.

5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la duración de las señales de accionamiento se selecciona para generar por lo menos una gotita a partir de por lo menos algunas de la pluralidad de aberturas, durante cada señal de accionamiento.

6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el circuito accionador está configurado para generar una señal de amortiguación activa después de una señal de accionamiento, la señal de amortiguación activa está configurada para reducir el tiempo de relajación con base en la señal de realimentación.

7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la señal de amortiguación activa tiene una fase y una polaridad configuradas para que se adapten con el tiempo a la señal de realimentación y se opongan a la oscilación del actuador.

8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la señal de amortiguación activa tiene una magnitud y una duración configuradas para que se adapten en energía a la señal de realimentación y eliminar energía almacenada en la oscilación del actuador.

9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la señal de amortiguación activa está configurada como un solo pulso.

10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el circuito controlador comprende un circuito de puente completo para la generación de la forma de onda de accionamiento con base en una o más salidas del oscilador.

11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende adicionalmente un circuito de inductancia acoplado al circuito accionador entre el circuito de puente completo y el actuador, en donde el circuito de inductancia está configurado para amplificar la forma de onda de accionamiento.

12. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el circuito de realimentación incluye un detector de resonancia configurado para identificar una señal de accionamiento que acciona el actuador y placa de generación de gotitas llenada con fluido en resonancia.

13. Un metodo de generación de gotitas, el método comprende: accionar un mecanismo de generación de gotitas en comunicación de fluido con un depósito de fluido en oscilación por medio de señales de accionamiento discretas de duración definida, el mecanismo de generación de gotitas incluye una placa de generación de gotitas que incluye por lo menos una abertura configurada para generar gotitas del fluido cuando se acciona; medir la oscilación del mecanismo de generación de gotitas cargado con el fluido; determinar un tiempo de relajación del mecanismo de generación de gotitas cargado con el fluido, después de una señal de accionamiento con base en una reducción definida en la oscilación, y generar la siguiente señal de accionamiento después de una demora con base en el tiempo de relajación.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el montaje de generador de gotitas incluye un actuador piezoeléctrico acoplado mecánicamente a la placa de generación de gotitas, y la medición de la oscilación comprende detectar una contra-EMF generada por el actuador piezoeléctrico.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende adicionalmente generar una señal de amortiguación activa después de una señal de accionamiento, configurada para reducir la amplitud de la oscilación.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la señal de amortiguación activa comprende una señal que tiene una fase y una polaridad configuradas para que se adapten con el tiempo y se opongan a la oscilación.

17. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la señal de amortiguación activa tiene una fase, una duración y una magnitud configuradas para que se adapten en energía a la oscilación.

18. Una forma de onda de accionamiento para hacer oscilar un mecanismo piezoeléctrico, que comprende una primera señal de accionamiento y una segunda señal de accionamiento, en donde la segunda señal de accionamiento está separada de la primera señal de accionamiento por un período de relajación, para permitir que la oscilación del mecanismo piezoeléctrico sea reducida a una amplitud definida.

19. La forma de onda de accionamiento de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada además porque la forma de onda de accionamiento comprende adicionalmente una señal de amortiguación activa después de la primera señal de accionamiento, la señal de amortiguación activa está configurada para reducir la duración de la oscilación del mecanismo piezoeléctrico.

20. Un sistema que comprende: un montaje de cyector de gotitas que incluye un actuador piezoeléctrico acoplado a una placa de generación de gotitas que tiene una pluralidad de aberturas a través de la misma, la placa de generación de gotitas define una placa de generación de gotitas llenada con fluido cuando las aberturas están llenas de fluido; un generador de señal de accionamiento acoplado eléctricamente al actuador piezoeléctrico, el generador de señal de accionamiento está configurado para generar una señal de accionamiento para accionar el actuador piezoelectrico, y un controlador acoplado eléctricamente al actuador y el generador de señal de accionamiento, en donde el controlador está configurado para controlar la señal de accionamiento para accionar el actuador piezoeléctrico a una frecuencia de resonancia del montaje de generador de gotitas.

21. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el controlador está configurado para determinar la frecuencia de resonancia con base en una señal de decaimiento proveniente del actuador piezoeléctrico.

22. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el controlador incluye un condensador y un ADC para determinar un producto tiempo-energía (TEP) de la señal de decaimiento.

23. El sistema de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado además porque el controlador comprende un circuito de medición y control de resonancia configurado para determinar la frecuencia de resonancia del cyector piezoeléctrico mediante el control del generador de señal de accionamiento para producir un conjunto de señales de frecuencia a través de un intervalo de frecuencias y la monitorización del efecto sobre la señal de decaimiento.

24. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque dicha cada señal de frecuencia se repite múltiples veces y la señal TEP resultante se monitoriza cada vez para asegurar la consistencia.

25. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la señal de accionamiento comprende por lo menos dos señales de frecuencia diferentes, la frecuencia de resonancia estando definida por la interferencia entre las por lo menos dos señales de frecuencia diferentes.

26. El sistema de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque cada una de las señales de frecuencia diferentes es no resonante con respecto al montaje de cyector de gotitas.

27. Un método de operación de un montaje de eyector de gotitas, el método comprende: aplicar una señal de accionamiento a un montaje de eyector de gotitas que incluye un actuador piezoeléctrico acoplado a una placa de generación de gotitas cargada con fluido; determinar una frecuencia de resonancia del montaje de eyector con base en una magnitud acumulada o un valor pico de una señal de realimentación proveniente del accionador piezoeléctrico, y controlar la señal de accionamiento para accionar el actuador piezoeléctrico a una frecuencia de resonancia del montaje de eyector.

28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la determinación de la frecuencia de resonancia se realiza después de una señal de prueba o después de una señal de accionamiento.

29. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque la señal de accionamiento se ajusta para tener en cuenta los cambios en la frecuencia de resonancia del montaje de cyector debido a cambios en uno o más de, las características del fluido cargado en la placa de generación de gotitas, la cantidad de carga de fluido de la placa de generación de gotitas, la temperatura, la humedad, y la presión.

30. El metodo de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque el cambio en la frecuencia de resonancia se basa por lo menos en parte en uno o más de temperatura, humedad, presión, y desplazamiento de resonancia inducido por voltaje de accionamiento.

31. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la señal de realimentación está definida por una señal de decaimiento después de una señal de accionamiento o de prueba para el actuador.

32. El método de conformidad con la reivindicación 31 , caracterizado además porque la determinación de la frecuencia de resonancia comprende la integración de la señal de decaimiento para determinar una magnitud de energía.

33. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la determinación de una frecuencia de resonancia se realiza después de diferentes señales de frecuencia de prueba, el método comprende adicionalmente aplicar diferentes señales de frecuencia de prueba al actuador a través de un intervalo de frecuencias.

34. El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque la determinación de una frecuencia de resonancia se basa en una señal de producto tiempo-energía (TEP) proveniente del actuador y obtenida mediante la integración sobre la señal TEP.

35. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque la aplicación de la señal de accionamiento al actuador comprende generar por lo menos una primera y una segunda señales de frecuencia de accionamiento diferentes que son por separado no resonantes con respecto a la placa de generación de gotitas cargada con fluido, pero juntas son resonantes con respecto a la placa de generación de gotitas cargada con fluido.

36. Un dispositivo cyector de gotitas que comprende: una ampolla o depósito de fluido; un montaje de eyector que comprende una placa de generación de gotitas y un actuador piezoeléctrico acoplado a la placa de generación de gotitas, en donde la placa de generación de gotitas está en comunicación de fluido con el depósito, de tal manera que la placa de generación de gotitas se carga con el fluido, y un accionador acoplado al actuador piezoeléctrico, en donde el accionador está configurado para generar por lo menos primera y segunda señales de accionamiento a primera y segunda frecuencias de accionamiento diferentes, en donde las señales de accionamiento están acopladas al actuador piezoeléctrico para hacer oscilar el montaje de eyector a una o más frecuencias de resonancia.

37. El dispositivo eyector de gotitas de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque comprende adicionalmente un controlador configurado para determinar un desplazamiento en una o más de las frecuencias de resonancia y para controlar por lo menos una de las primera y segunda frecuencias de accionamiento con base en el desplazamiento, de tal manera que el montaje de cyector se hace oscilar a una frecuencia de resonancia.

38. El dispositivo eyector de gotitas de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado además porque el controlador está configurado para determinar el desplazamiento en la frecuencia de resonancia con base en una señal de decaimiento proveniente del actuador, en ausencia de las señales de accionamiento.

39. El dispositivo eyector de gotitas de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque las señales de accionamiento son no resonantes con respecto a la placa de generación de gotitas cargada con el fluido, de tal manera que el actuador hace oscilar el montaje de eyector a la frecuencia de resonancia con base en interferencia entre la primera y la segunda frecuencias de accionamiento.

40. Un metodo para detectar cuando un sistema electromecánico que comprende un actuador piezoeléctrico está operando en un modo de resonancia, el método comprende: a. aplicar una señal de accionamiento al actuador piezoeléctrico por un período determinado; b. eliminar la señal de accionamiento del actuador piezoeléctrico; c. activar un circuito de medición acoplado al actuador piezoeléctrico; d. recibir en el circuito de medición una señal detectada proveniente del accionador piezoelectrico, y e. determinar si el sistema electromecánico está en un modo de resonancia con base en la naturaleza de la señal detectada.

41. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque el modo de resonancia se determina con base en la duración de una señal de decaimiento proveniente del actuador después de la eliminación de la señal de accionamiento o con base en el valor pico o la energía total de la señal de decaimiento.

42. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque comprende adicionalmente la etapa de cambiar una frecuencia de la señal de accionamiento en el caso de que el sistema electromecánico no está operando en un modo de resonancia y repetir las etapas a. a e.

43. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado además porque comprende adicionalmente la etapa de integrar sobre la señal de decaimiento.

44. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque el sistema electromecánico es operable en múltiples modos de resonancia, y el método comprende adicionalmente determinar el mejor modo de los múltiples modos de resonancia para la operación del sistema electromecánico.

45. Un método para proporcionar una forma de onda de accionamiento para maximizar el desplazamiento físico de una carga mecánica acoplada a un actuador piezoelectrico, el método comprende: proporcionar dos o más señales de entrada, y combinar las señales de entrada para producir una señal de accionamiento combinada, en donde las dos o más señales de entrada se seleccionan de tal manera que la señal de accionamiento combinada tiene una frecuencia igual a por lo menos una frecuencia de resonancia de la carga mecánica acoplada al actuador piezoeléctrico.

46. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado además porque por lo menos una señal de entrada es de amplitud y fase ponderada de tal manera que el actuador piezoeléctrico logra un desplazamiento físico máximo de la carga mecánica.

47. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado además porque las dos o más señales de entrada se seleccionan de tal manera que una señal tiene una frecuencia a la cual el actuador piezoeléctrico proporciona un desplazamiento mejorado de la carga mecánica, y la otra señal tiene una frecuencia a la cual el actuador piezoeléctrico proporciona una velocidad de desplazamiento mejorada de la carga mecánica.

48. El método de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque por lo menos una señal de entrada se elige para estar a una frecuencia de resonancia de la carga mecánica acoplada al actuador piezoeléctrico.

49. El método de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado además porque la carga mecánica no es rectangular, y en donde por lo menos una señal de entrada opera a una frecuencia de modo de Bessel.

50. Un dispositivo cyector piezoelectrico para la eyección de gotitas de fluido, que comprende un mecanismo de eyección que incluye un actuador piezoeléctrico y una placa de generación de gotitas, y electrónica de accionamiento para accionar el actuador, la electrónica incluye un microcontrolador configurado para realizar la auto-sintonización del mecanismo de eyección mediante la identificación y el establecimiento de una frecuencia de pulverización óptima.

51. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado además porque la auto-sintonización implica la generación de por lo menos un ciclo de cada una de un intervalo de frecuencias de señal de accionamiento sobre un intervalo de frecuencias predefinido y obtener realimentación de producto tiempo-energía (TEP) a partir de una señal de decaimiento emitida por el actuador después de cada generación de frecuencia.

52. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque múltiples ciclos separados se generan para cada frecuencia en sucesión rápida con el fin de cargar un condensador en un detector de pico integrante con el mismo coeficiente de amplitud (voltaje) para cada ciclo, el coeficiente de amplitud siendo registrado y el procedimiento siendo repetido a la siguiente frecuencia.

53. El dispositivo cyector piezoelectrico de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado además porque comprende adicionalmente por lo menos un oscilador controlado numéricamente (NCO) para incrementar las frecuencias sobre el intervalo de frecuencias predefinido.

54. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado además porque se suministra energía al actuador a partir de por lo menos una batería, el microcontrolador estando configurado para monitorizar el voltaje de la batería y compensar el agotamiento gradual de la batería.

55. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado además porque se suministra energía al actuador a partir de por lo menos una batería y la electrónica de accionamiento incluye un circuito elevador para cargar una línea de elevación a un voltaje deseado para el accionamiento del actuador.

56. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque la línea de elevación se carga a un voltaje constante mediante el uso de realimentación de muestreo del ADC.

57. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 56, caracterizado además porque comprende adicionalmente por lo menos un inductor para definir un tanque resonante con el actuador piezoeléctrico, que actúa como un condensador.

58. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado además porque el microcontrolador está configurado para mantener un voltaje constante a cada frecuencia de la señal de accionamiento durante la auto-sintonización, utilizando el ADC para monitorizar el voltaje de accionamiento para asegurar un voltaje de accionamiento que es lo suficientemente alto para conducir apropiadamente energía en el actuador piezoelectrico mientras que al mismo tiempo mantiene el voltaje en un nivel lo suficientemente bajo para evitar la cyección inesperada.

59. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado además porque el circuito elevador está configurado para actuar como una bomba de carga para elevar el voltaje del actuador piezoeléctrico a un voltaje prescrito después de la auto-sintonización.

60. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 59, caracterizado además porque la electrónica de accionamiento incluye un circuito accionador que comprende dos NCOs, lógica para combinar señales provenientes de los dos NCOs para definir una señal combinada, un generador de forma de onda complementaria (CWG) para recibir la señal combinada, una circuito desplazador de nivel conectado al CWG, y un puente completo conectado al desplazador de nivel y operable para accionar el actuador piezoeléctrico con una señal de accionamiento para eyectar el fluido.

61. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 60 caracterizado además porque el microcontrolador está configurado para ajustar constantemente el ciclo de trabajo de elevador para equilibrar el voltaje de salida de elevador y de esta manera la amplificación en el tanque resonante para proporcionar un accionamiento de voltaje constante.

62. El dispositivo cyector piezoelectrico de conformidad con la reivindicación 60 caracterizado además porque el microcontrolador está configurado para cargar la línea de elevación y posteriormente encender el circuito accionador causando sobreimpulso masivo para la pulverización a alta velocidad para proporcionar un accionamiento de sobreimpulso.

63. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado además porque el microcontrolador está configurado para mantener la señal de accionamiento a una frecuencia constante.

64. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado además porque el microcontrolador está configurado para hacer vibrar la señal de accionamiento mediante el barrido de la frecuencia de la señal de accionamiento sobre un ancho de banda definido.

65. El dispositivo eyector piezoeléctrico de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado además porque la lógica combina señales de los dos NCO para definir una señal combinada que deshabilita el CWG periódicamente para proporcionar dos ondas cuadradas anti-fase con bandas muertas ajustables al circuito desplazador de nivel.