專利名稱：超聲波生物處理頻率搜索控制的一體化方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波生物處理方法。
背景技術：
現有的超聲波生物處理方法是通過事先設定或選擇超聲波發生設備的某一工作頻率，然后以該頻率的超聲波作用于處理對象。但超聲波對對象的處理速率與超聲波頻率高度相關，超聲波頻率不同，處理效率大不相同；而且，處理對象的生物細胞種類更與超聲波頻率高度相關，不同的生物細胞，對不同頻率超聲波的敏感性大不相同。這就造成了現有超聲波生物處理方法的初次超聲波頻率確定的盲目性，進而，對額外進行超聲波頻率分析、 確定形成依賴性。實際工作過程是利用某生物細胞在不同頻率下的處理情況，進行分頻帶對照、分析確定，得到有關數據；在以后的工作中，沿用該特定對象的數據，經驗地確定適合的超聲波頻率。這已是習慣做法。本質上，這樣的方法并不能保證所工作的超聲波頻率就是對對象高效的最佳頻率，也不能對不同的對象進行精確的精細頻率調整，積累的經驗也就不是最佳工藝的；加之，該方法不僅在初期大量耗費人力、財力、物力，而且在沿用期也經常地要求觀察、調整和維護。鑒于此，有必要研發一種新的高效策略，使超聲波生物處理工作不再沿用先經分頻帶對照、分析確定超聲波頻率，再經驗地確定所需頻率的低效做法，而是將確定所需頻率的過程最大限度地高效、自動化進行。解決該類問題的方案可分為多體集成聯網結構和一體化結構。
發明內容
為彌補現有單一頻率超聲波在生物處理應用中的不足，使得超聲波生物處理過程的可測、可控，實現生物-機-電一體化，本發明提出一種超聲波生物處理頻率搜索控制的一體化方法，它采用寬頻帶處理順序搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運行策略，在超聲波電源工作頻域內，按超聲波電源頻域分層配置多塊寬頻帶諧振換能器-振板結構，各換能器-振板結構通過不同匹配諧振網絡和多路固體接觸器，連接到同一寬頻域超聲波電源。通過控制、顯示及運行參數設置功能和掃頻模式與功率給定功能的執行，在上、下限頻率界定內進行掃頻搜索式超聲波生物處理。以此，使各種不同的生物細胞、物品表面污漬、 污染、污垢均能接受到適合頻率的超聲波作用，并鎖定在該頻率上。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是通過對處理液處理作用區域的濃度監測，利用程序計算，在設定模式下得到濃度變化的動態，依據該動態，確定最佳工藝頻率點。將一系列以不同掃頻中心頻率為基準的寬頻帶換能器-振板結構，相間分層安裝在同一優質防腐不銹鋼槽內的下部，形成寬頻帶超聲波產生工作空間；各換能器-振板結構通過不同匹配諧振網絡和多路固體接觸器，連接到同一寬頻域超聲波電源。用鍵盤設定上、下限頻率、單程掃頻搜索時間、掃頻搜索方式、總振蕩時間，對槽內處理液進行周期性掃頻搜索處理，通過濃度變化的動態檢測，觀察其最敏感的頻率帶。在給定的運行過程、參數、處理頻帶上、下頻率、掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與電源輸出功率下，通過控制固體接觸器執行開關動作，切換跨頻率段的換能器-振板結構與匹配電感，實現掃頻搜索頻段的自動連續續接功能，以同一寬頻域超聲波電源，掃頻驅動相應頻帶換能器-振板結構。其運行控制的過程為通過操控鍵盤，人工統一設置包括超聲波處理脈沖間歇比、脈沖寬度、頻率搜索速率等的處理模式，以及處理頻帶的上、下限頻率和超聲波電源輸出功率；——從處理頻帶的下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)掃頻運行，即處理槽罐中的處理液在振板作用面作用下，受不同頻率超聲波空化作用而產生不同濃度的處理產物；同時，利用蛋白質對200nM 400nM光譜的吸收特性，在處理槽罐裝設紫外線檢測裝置，利用其紫外線接收器，接收到受不同濃度處理產物吸收后而不同的紫外線光通量信號，使之以相應變化幅度的電信號反饋給操控裝置；在操控裝置中，加設具有模數轉換、 處理和數據通訊功能的電路作為反饋信號處理單元，將濃度反饋電信號轉化為反映處理效率的數字信號，再通過數據傳輸，由單片機進行數據處理與控制使用；——當處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到高效處理頻段時，保持該處理頻段各運行參數；否則，繼續掃頻運行；——如果高效處理頻段為上端頻段(或下端頻段)，保持該處理頻段各運行參數， 并在原已運行的處理頻帶上端(或下端)以外，人工重新設置擴展的頻帶的上、下限頻率， 繼續掃頻運行；否則，接下步；—從該頻段下限開始自下而上(或從其上限開始自上而下)掃頻運行；—當處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到高效處理頻率時，保持該處理頻率各運行參數；否則，在同頻帶繼續掃頻運行；——處理頻帶上下限頻率匯聚到檢測到的高效頻率點，并控制、鎖定到該高效頻率；——在高效頻率點鎖定運行；——當處理槽罐紫外線檢測裝置檢測到處理效率處于漸近趨于零的過程，即光通量信號幅度趨于飽和時，說明液體液位已低于振板作用面，停止運行；否則，繼續運行。其控制功能結構配置的技術方案為通過操控鍵盤操作，系統的操作裝置行使控制整個系統的運行過程、參數設置，以及處理頻帶上、下頻率給定的功能；通過超聲波電力產生、匹配切換、換能執行、處理槽罐紫外線檢測和檢測信號轉換功能的系統配置，系統行使所在頻帶上的掃頻搜索式超聲波處理、產生物光吸收量檢測和處理效率信號反饋功能； 通過操作鍵盤的掃頻模式與功率給定環節，系統行使超聲波處理的掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與電源輸出功率給定功能；通過寬頻域超聲波電力產生裝置，系統行使將市電電力轉換為不同頻率超聲波電力的功能；通過固體接觸器受控執行開關動作，切換跨頻率段的換能器-振板結構與匹配諧振電感，換能執行環節實現掃頻搜索頻段的自動連續續接功能，以同一寬頻域超聲波電源，掃頻驅動相應頻帶換能器-振板結構，實現將超聲波電能轉換為相應頻率超聲波機械能的功能；通過紫外線發射、接收對管在處理槽罐結構上的配置，處理槽罐紫外線檢測環節利用被處理液中不同濃度產生物的不同光吸收作用，實現對紫外線光通量變化的檢測，反映處理液中產生物的濃度變化；利用紫外線接收器將接收到的紫外線光通量變化信號同步換為相應的濃度變化電信號，檢測信號轉換環節將發射器得到的驅動信號與接收器送出的濃度變化電信號加以比較、放大，按所設定的處理脈沖間
5歇比、模式，形成處理效率變化檢測電信號，作為超聲波處理效率的反饋信號，送給操控裝置。本發明的有益效果是由于一體化，使系統結構和運行操作大大簡化，便于通過程序軟件的改變，方便地調整控制方案和實現多種新型控制策略，可以實現運行數據的自動儲存，使得超聲波生物處理過程的可測、可控，實現生物-機-電一體化，有助于實現超聲波生物處理的智能化；可連續監控、調節換能器-振板結構的頻率以提供最佳的超聲輸出；其利用顯示器的過程監控、參數圖示功能不僅可對所有處理運行參數進行專門編程，還可以用圖形表達超聲頻率、功率、處理速度和處理過程理化參數的變化；通過其操控終端的人機對話方式，可對處理程序進行調整，操作人員可按提示輸入有關數據，操作直觀明了 ；免去了分頻帶對照、分析確定最佳頻率的漫長時間消耗，容易找到各種生物細胞處理的合適頻率，快速建立其最佳工藝條件。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明實施例的系統控制功能結構框圖。圖2是本實施例的處理槽罐配置結構視圖。圖3是處理槽罐的處理效率檢測裝置結構俯視圖。圖4是本實施例系統配置結構左前透視示意圖。圖5是本實施例系統配置結構右前透視示意圖。在圖1 5中1.換能器-振板結構，1. 1.振板接線盒，1.2.振板連接線，1.3.振板連接插座，2.處理槽罐結構，2.1.上液管，2. 2.下液管，2. 3.蠕動泵，2. 4.操作裝置， 3.處理效率檢測裝置，3.1.檢測裝置連接插座，3. 2.檢測電路，3. 3.檢測裝置接線盒， 3.4.密封膠套，3. 5.支撐架，3. 6.密封管，3. 7.透光面，3. 8.紫外LED，3. 9.紫外線接收二極管，4.超聲波電力產生裝置，4.1.控制電路，4. 2.超聲波電力產生電路，4. 3.多路固體接觸器，4. 4.匹配諧振電感；I.第I處理頻帶，II.第II處理頻帶，N.第N處理頻帶。
具體實施例方式考慮到換能器-振板結構的諧振性能，采用多頻帶組合搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運行策略，在各個由上、下限頻率界定的頻帶上進行順序掃頻。在各個頻帶上， 通過對處理液作用區域的濃度監測，利用程序計算，在設定模式下同步地得到濃度變化的動態，依據該動態，確定最佳工藝頻率點。在圖1的系統控制功能結構框圖中操作裝置2. 4用于通過之給定整個系統掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與輸出功率的參數設置，使得控制電路4. 1行使掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與輸出功率控制的功能，控制超聲波電力產生電路4. 2按給定掃頻搜索順序、脈沖間歇比、處理模式與輸出功率，輸出超聲波電力，并依掃頻搜索順序、脈沖間歇比，控制多路固體接觸器4. 3，同步地切換匹配諧振電感4. 4和換能器-振板結構
1，使得給定頻帶(第I處理頻帶I、第II處理頻帶II........第N處理頻帶N)下的換能
器-振板結構1產生給定脈沖間歇比和處理模式下的給定頻率超聲波；處理效率檢測裝置 3行使檢測生成物光吸收量、反饋處理效率的功能，將處理效率信號反饋給控制電路4. 1，使得控制電路4. 1-方面控制超聲波電力產生電路4. 2的掃頻搜索模式，另一方面在操作裝置2. 4的顯示器上顯示處理效率及其動態。在圖2所示的處理槽罐配置結構視圖中將一系列以不同掃頻中心頻率為基準的寬頻帶換能器-振板結構1，按頻帶順序相間分層，平行安裝在同一優質防腐不銹鋼處理槽罐結構2內的下部，形成由各頻帶總合而成的寬頻帶超聲波產生工作空間；在處理槽罐結構2外的下部前側，安裝有振板接線盒1. 1 ；振板接線盒1. 1前壁的上部中位，安裝有用于多組電力線插接的振板連接插座1. 3 ；各換能器-振板結構1通過各自的振板連接線1. 2， 分別連接到振板連接插座1. 3上的各自連接端子。將處理效率檢測裝置3，安裝在處理槽罐結構2的中部靠前側，最上層換能器-振板結構1的緊上部；在處理槽罐結構2外的中部前側，振板接線盒1. 1的緊上部，安裝有檢測裝置接線盒3. 3 ；在檢測裝置接線盒3. 3內的檢測裝置接線盒3. 3前壁與處理槽罐結構2前壁之間，焊有用于嵌套密封膠套3. 4的支撐架 3. 5 ；在檢測裝置接線盒3. 3內的檢測裝置接線盒3. 3前壁與支撐架3. 5之間，安裝有焊布檢測電路3. 2的電路板；在檢測裝置接線盒3. 3上壁的中間位置，裝嵌有用于兩組信號線插接的檢測裝置連接插座3. 1。在處理槽罐結構2的右壁的處理效率檢測裝置3上部中位，水密裝配有上液管2. 1 ；在處理槽罐結構2的底壁中心，總下水管的緊根部，水密裝配有下液管 2. 2。在圖3所示的是處理槽罐處理效率檢測裝置結構俯視圖中，通過各自的密封膠套 3. 4，兩密封管3. 6以其管口的部段，分別緊固嵌套在由處理槽罐結構2前壁和支撐架3. 5 構成的兩安裝孔結構內；兩密封管3. 6的內壁均涂有不透光涂層，涂層的密封管3. 6管底部段，留有透光面3. 7，兩密封管3. 6的透光面3. 7相對；兩密封管3. 6的透光面3. 7內側，分別裝配有紫外LED3. 8和紫外線接收二極管3. 9，紫外LED3. 8和紫外線接收二極管3. 9正面相對。在圖4和圖5所示的系統配置結構透視示意圖中在處理槽罐結構2的前側制有用于安裝超聲波電力產生裝置4的主機室結構；在處理槽罐結構2的右壁側側，有彈性軟管將上液管2. 1與下液管2. 2貫通，在貫通軟管的中位，安裝有蠕動泵2. 3用于使上下液單向流動。
權利要求
1.一種超聲波生物處理頻率搜索控制的一體化方法，其特征是通過操控鍵盤操作， 系統的操作裝置行使控制整個系統的運行過程、參數設置，以及處理頻帶上、下頻率給定的功能；通過超聲波電力產生、匹配切換、換能執行、處理槽罐紫外線檢測和檢測信號轉換功能的系統配置，系統行使所在頻帶上的掃頻搜索式超聲波處理、產生物光吸收量檢測和處理效率信號反饋功能；通過操作鍵盤的掃頻模式與功率給定環節，系統行使超聲波處理的掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與電源輸出功率給定功能；通過寬頻域超聲波電力產生裝置，系統行使將市電電力轉換為不同頻率超聲波電力的功能；通過固體接觸器受控執行開關動作，切換跨頻率段的換能器-振板結構與匹配諧振電感，換能執行環節實現掃頻搜索頻段的自動連續續接功能，以同一寬頻域超聲波電源，掃頻驅動相應頻帶換能器-振板結構，實現將超聲波電能轉換為相應頻率超聲波機械能的功能；通過紫外線發射、接收對管在處理槽罐結構上的配置，處理槽罐紫外線檢測環節利用被處理液中不同濃度產生物的不同光吸收作用，實現對紫外線光通量變化的檢測，反映處理液中產生物的濃度變化；利用紫外線接收器將接收到的紫外線光通量變化信號同步換為相應的濃度變化電信號，檢測信號轉換環節將發射器得到的驅動信號與接收器送出的濃度變化電信號加以比較、放大，按所設定的處理脈沖間歇比、模式，形成處理效率變化檢測電信號，作為超聲波處理效率的反饋信號，送給操控裝置；通過對處理液處理作用區域的濃度監測，利用單片機程序計算，在設定模式下得到濃度變化的動態，依據該動態，確定最佳工藝頻率點。
2.根據權利要求1所述的超聲波生物處理頻率搜索控制一體化方法，其特征是將一系列以不同掃頻中心頻率為基準的寬頻帶換能器-振板結構，相間分層安裝在同一優質防腐不銹鋼槽內的下部，形成寬頻帶超聲波產生工作空間；各換能器-振板結構通過不同匹配諧振網絡和多路固體接觸器，連接到同一寬頻域超聲波電源；用鍵盤設定上、下限頻率、 單程掃頻搜索時間、掃頻搜索方式、總振蕩時間，對槽內處理液進行周期性掃頻搜索處理， 通過濃度變化的動態檢測，觀察其最敏感的頻率帶；在給定的運行過程、參數、處理頻帶上、 下頻率、掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與電源輸出功率下，通過控制固體接觸器執行開關動作，切換跨頻率段的換能器-振板結構與匹配電感，實現掃頻搜索頻段的自動連續續接功能，以同一寬頻域超聲波電源，掃頻驅動相應頻帶換能器-振板結構。
3.根據權利要求1所述的超聲波生物處理頻率搜索控制一體化方法，其特征是操作裝置用于通過之給定整個系統掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與輸出功率的參數設置，使得控制電路行使掃頻搜索模式、脈沖間歇比、處理模式與輸出功率控制的功能，控制超聲波電力產生電路按給定掃頻搜索順序、脈沖間歇比、處理模式與輸出功率，輸出超聲波電力，并依掃頻搜索順序、脈沖間歇比，控制多路固體接觸器，同步地切換匹配諧振電感和換能器-振板結構，使得給定頻帶下的換能器-振板結構產生給定脈沖間歇比和處理模式下的給定頻率超聲波；處理效率檢測裝置行使檢測生成物光吸收量、反饋處理效率的功能， 將處理效率信號反饋給控制電路，使得控制電路一方面控制超聲波電力產生電路的掃頻搜索模式，另一方面在操作裝置的顯示器上顯示處理效率及其動態。
4.根據權利要求1所述的超聲波生物處理頻率搜索控制一體化方法，其特征是各個換能器-振板結構，按頻帶順序相間分層，平行安裝在同一優質防腐不銹鋼處理槽罐結構內的下部，形成由各頻帶總合而成的寬頻帶超聲波產生工作空間；在處理槽罐結構外的下部前側，安裝有振板接線盒；振板接線盒前壁的上部中位，安裝有用于多組電力線插接的振板連接插座；各換能器-振板結構通過各自的振板連接線，分別連接到振板連接插座上的各自連接端子；將處理效率檢測裝置，安裝在處理槽罐結構的中部靠前側，最上層換能器-振板結構的緊上部；在處理槽罐結構外的中部前側，振板接線盒的緊上部，安裝有檢測裝置接線盒；在檢測裝置接線盒內的檢測裝置接線盒前壁與處理槽罐結構前壁之間，焊有用于嵌套密封膠套的支撐架；在檢測裝置接線盒內的檢測裝置接線盒前壁與支撐架之間， 安裝有焊布檢測電路的電路板；在檢測裝置接線盒上壁的中間位置，裝嵌有用于兩組信號線插接的檢測裝置連接插座；在處理槽罐結構的右壁的處理效率檢測裝置3上部中位，水密裝配有上液管；在處理槽罐結構的底壁中心，總下水管的緊根部，水密裝配有下液管。
5.根據權利要求1所述的超聲波生物處理頻率搜索控制一體化方法，其特征是在處理槽罐結構的前側制有用于安裝超聲波電力產生裝置的主機室結構；在處理槽罐結構的右壁側側，有彈性軟管將上液管與下液管貫通，在貫通軟管的中位，安裝有蠕動泵用于使上下液單向流動。
全文摘要
一種超聲波生物處理頻率搜索控制的一體化方法，它采用寬頻帶處理順序搜索、捕捉、控制鎖定最佳處理頻率的運行策略，在超聲波電源工作頻域內，按超聲波電源頻域分層配置多塊寬頻帶諧振換能器-振板結構，各換能器-振板結構通過不同匹配諧振網絡和多路固體接觸器，連接到同一寬頻域超聲波電源。通過控制、顯示及運行參數設置功能和掃頻模式與功率給定功能的執行，在上、下限頻率界定內進行掃頻搜索式超聲波生物處理。
文檔編號G05B19/04GK102331725SQ20111015822
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者屈百達 申請人:江南大學