EP0450030B1 - Unite electro-acoustique pour la production de hautes intensites soniques et ultra-soniques dans des gaz et des interphases - Google Patents

Unite electro-acoustique pour la production de hautes intensites soniques et ultra-soniques dans des gaz et des interphases Download PDF

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EP0450030B1
EP0450030B1 EP19900915472 EP90915472A EP0450030B1 EP 0450030 B1 EP0450030 B1 EP 0450030B1 EP 19900915472 EP19900915472 EP 19900915472 EP 90915472 A EP90915472 A EP 90915472A EP 0450030 B1 EP0450030 B1 EP 0450030B1
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electroacoustic unit
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electroacoustic
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Juan Antonio Gallego Juarez
Germán RODRIGUEZ CORRAL
José Luis SAN EMETERIO PRIETO
Fausto Instituto De Teledeteccion Montoya Vitini
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Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0238—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
    • B06B1/0246—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal
    • B06B1/0253—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal taken directly from the generator circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B3/04—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency involving focusing or reflecting
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K13/00—Cones, diaphragms, or the like, for emitting or receiving sound in general

Definitions

  • the object of this patent application is an electroacoustic unit for efficient generating of high acoustic intensities in gas media and in interphases (gas-solid, gas-liquid.)
  • Generating high intensity ultrasonic sonic waves in gases involves outstanding difficulties that are basically connected to the low acoustic impedance of the medium (product of the intensity by the propagation velocity) and the high absorption of the same. Therefore, in order to obtain efficient transmitting of acoustic energy a good coupling between the transmitting system and the gas is necessary. Besides, in order to reach high intensities high vibration amplitudes are required and the acoustic beam must be very directional or focalized.
  • sonic and ultrasonic generators for use in gases.
  • aerodynamic systems such as whistles and sirens, in which the energy is supplied by a stream of gas.
  • the acoustic powers reached with these systems may be high, however, the yields that are obtained are generally low.
  • Acoustic signals transmitted are complex and have difficulties in reaching ultrasonic frequencies.
  • aerodynamic systems have the disadvantage that, along with acoustic radiation, a large amount of gas coming from the transmitter is propagated.
  • the present invention refers to an electroacoustic unit that consists of a transducer system and an electronic feed device.
  • the radiating element is a flexional type, but it has a structure having a discontinuous profile.
  • the vibration amplitude and the radiation phase are modified in such a way that all the vibrating areas directly contribute to the construction of the acoustic field with a configuration that may be predetermined.
  • the same radiatingelement it is possible to obtain two different configurations of the acoustic field, in correspondence with the different profile of each one of the surfaces of the same.
  • FIG. 1 shows the directivity diagram of the transducer radiating at its directional surface
  • Figure 2 shows the axial and transversal distribution (in the focus) of the acoustic field transmitted by the focalizing surface.
  • P represents the acoustic pressure amplitude and D the distance in centimeters.
  • Figure 3 shows a transducer System according to the invention
  • Figure 4 shows a general block diagram of an electronic generator according to the invention, which includes the transformation, power amplification, generation, automatic frequency control and power control steps.
  • the transducer system ( Figure 3) consists essentially of a transducer element (1) that can be piezoelectric or magnetostrictive, a mechanical vibration amplifier (2), which may be exponential, stepped, conical or catenoid, and a radiator which is a plate having a discontinuous profile on the two surfaces (3) thereof.
  • the longitudinal vibration generated by the transducer element and amplified by the mechanical amplifier serves to excite the radiating element in one of its flexional modes.
  • obtaining directional fields is achieved by displacing alternatively internodal crowns by a half radiation wave length in the medium, for the purpose of putting the entire beam in phase.
  • focalized fields are obtained by displacing the internodal crowns in such a way that the distance from the center of said areas to the focal point is such that the radiation arrives in phase said point situated in the field close to the radiator. It is obvious that by varying the length of displacement of the internodal crowns adequately practically any distribution of the acoustic field that is desired can be achieved.
  • radiators with a double discontinuous profile aside from the usefulness that is represented by having two configurations of the acoustic field, favors in general lines a more homogeneous distribution of the vibration amplitudes, in comparison with a flat radiator, as a result of the mass distribution. This results in a greater power capacity of the transducer systems which, in the structure that is presented here, is produced by the maximum vibration amplitude which the radiator can develop without breaking.
  • the radiators that are presented here must be made out of metals or metal alloys which, like the ones of titanium, have good vibratory features and high mechanical resistance.
  • the three basic parts that form it have to be well tuned to the work frequency.
  • the system turns out to be highly resonant and, given that the conditions of the medium or by heating the frequency can vary with time, an electronic excitation device with very specific requirements is necessary.
  • the generating system aside from producing in each instant a signal whose frequency is situated within a very narrow band (corresponding to the resonance margin of the transmitter used), is capable of automatically correcting the value of said frequency by adapting it to the slipping produced in the resonance band of the transmitter, as the reactive mechanical load associated to the latter varies for different conditions of the radiated medium and of the transmitter device itself.
  • the presently used systems for excitation of this type of transducer are based on analogic type oscillator assemblies, formed by a power amplifier refed by the ultrasonic transducer itself by means of a tuned bridge circuit, a phase shifter, a limiter and a band pass filter.
  • This type of system has a rather critical performance above all in the initial instants of transmission, also requiring the use of components having a very high precision, as well as including several adjustment points, that have to be adjusted individually for each different ultrasonic transmitter that is connected.
  • the generator object of the present patent application introduces a new process for following up the resonance frequency of the transmitter, which does not need the transducer to be introduced in the refeed (feedback) loop of the oscillating circuit.
  • the process is based on the fact that a sonic or ultrasonic transmitter of the piezoelectric type has a purely resistive electric impedance when it vibrates in the central point of its resonance band (assuming that there has been a compensation of the reactive component associated with the interelectrodic capacity of the transducer.)
  • a considerable reactive component rapidly appears.
  • only the voltage and intensity signals in the transducer will have a negative phase displacement at the resonance frequency.
  • the generator accomodates the frequency of the signal at the point in which said phase displacement is cancelled so that resonance is produced.
  • Sonic and ultrasonic transducers also have considerable resistance variations in terms of the temperature of the ceramics, which changes extensively during operation due to heating.
  • the described system also includes a circuit which measures the power delivered by the transducer to the load and which permits stabilization thereof.
  • the generating system consists of the following basic components:

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Abstract

Nouvelle unité électro-acoustique permettant de produire efficacement des intensités soniques et ultrasoniques élevées dans des milieux gazeux et dans des interphases (gaz-solide, gaz-liquide). Cette unité est constituée d'un système électromécanique de transduction dont l'élément radiant est une plaque (3) ayant un profil discontinu et d'un dispositif électronique pour la production régulée du signal de puissance électrique. L'unité est capable de produire des champs acoustiques de très haute intensité avec une configuration prédéterminée. En particulier, cette unité est capable de produire avec un même système transducteur deux configurations distinctes du champ acoustique. Des prototypes pour produire des champs directionnels et focalisés ont été développés.

Claims (16)

  1. Unité électroacoustique, pour la génération de hautes intensités soniques et ultrasoniques dans des gaz et des interphases, constituée d'un système électromécanique de transducteur et d'un dispositif électronique pour une génération commandée du signal électrique de puissance, unité électroacoustique comprenant un dispositif de transducteur constitué de trois parties, c-à-d un élément de transducteur, un amplificateur de vibrations mécaniques et une plaque en forme de radiateur présentant un profil discontinu sur chaque face,
       unité caractérisée en ce que les trois parties constituant le dispositif de transducteur sont accordées de façon à résonner à la fréquence de fonctionnement et en ce que le générateur électronique est constitué d'un amplificateur de puissance, d'un circuit PLL (Boucle à Blocage de Phase), d'un circuit mesurant la puissance délivrée au transducteur et d'un circuit commandant la puissance.
  2. Unité électroacoustique selon la revendication 1, dans laquelle l'elément de transducteur peut être piézoélectrique ou magnétostrictif et crée des vibrations longitudinales.
  3. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle la forme de l'amplificateur mécanique est pratiquement exponentielle, étagée, conique ou caténoïde et amplifie les vibrations générées par l'élément de transducteur, excitant le radiateur dans un de ses modes de vibrations en flexion.
  4. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle l'élément de radiateur est constitué d'une plaque pouvant avoir une quelconque forme géométrique (circulaire, rectangulaire ou carrée) et dont les deux surfaces présentent un profil discontinu qui est obtenu en déplaçant certaines zones internodales dans une direction normale au plan médian de la plaque.
  5. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le nombre et la position des zones internodales déplacées ainsi que la hauteur ou la profondeur déplacements dépendent de la configuration du champ acoustique recherché.
  6. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle deux champs acoustiques peuvent être générés avec une configuration différente pour un seul radiateur selon les deux profils différents sur chacune des surfaces de radiateur.
  7. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle l'obtention des champs directionnels est obtenue, dans le cas de radiateurs circulaires, par un mise en vibration dans un des modes symétriques par rapport à l'axe, déplaçant, de façon alternée, les couronnes internodales d'une moitié de longueur d'onde de rayonnement dans le milieu.
  8. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle l'obtention des champs focalisés est obtenue, dans le cas de radiateurs circulaires, par mise en vibration dans un des modes symétriques par rapport à l'axe, déplaçant les couronnes internodales de telle façon que la distance du centre desdites zones au point focal soit telle que le rayonnement arrive en phase sur ledit point situé dans le champ près du radiateur.
  9. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de génération électronique produit, à chaque instant, un signal dont la fréquence se trouve dans la bande de résonnance du dispositif de transducteur et corrige automatiquement la valeur de ladite fréquence pour l'adapter au glissement pouvant être produit dans la bande de résonnance de l'émetteur.
  10. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le genérateur électronique possède un amplificateur de puissance dans lequel le décalage de phase introduit entre les signaux d'entrée et de sortie est nul.
  11. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le générateur électronique comprend un canal d'échantillonnage du signal de courant de charge formé d'une résistance montée en série avec la charge de l'amplificateur avec une valeur ne modifiant pas, de façon appréciable, l'impédance de charge, la tension aux bornes de la résistance étant proportionnelle à l'intensité du courant dans la charge.
  12. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le générateur électronique prélève un échantillon de la tension de sortie de l'amplificateur de puissance au moyen d'un diviseur de tension pour commander la puissance.
  13. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le générateur électronique comprend un circuit PLL (Boucle à Blocage de Phase) comprenant un oscillateur commandé en tension, un multiplicateur à quatre quadrants servant de comparateur de phase et de filtre passe-bas.
  14. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle l'oscillateur commandé en tension du générateur électronique possède deux sorties, une fournissant une onde carrée alimentant le comparateur de phase et une autre fournissant une onde sinusoïdale alimentant l'amplificataur, sorties qui sont toutes les deux en décalage de phase de π/2 radians, l'autre entrée du comparateur de phase constituant le signal d'échantillonnage du courant de sortie.
  15. Unite électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le circuit du générateur électronique mesurant la puissance délivrée à la charge est formé d'un multiplicateur à quatre quadrants dont les entrées sont les échantillons de tension et de courant pris à la sortie de l'amplificateur de puissance, le signal produit étant filtré en passe-bas pour obtenir un signal proportionnel à la puissance effective dans la charge.
  16. Unité électroacoustique selon les revendications précédentes, dans laquelle le circuit du générateur électronique commandant la puissance delivrée à la charge est constitué d'un comparateur et d'un multiplicateur à quatre quadrants fonctionnant comme atténuateur commandé par la tension.
EP19900915472 1989-10-06 1990-10-03 Unite electro-acoustique pour la production de hautes intensites soniques et ultra-soniques dans des gaz et des interphases Expired - Lifetime EP0450030B1 (fr)

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ES8903371 1989-10-06
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EP0450030A1 EP0450030A1 (fr) 1991-10-09
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ES2067396B1 (es) * 1993-03-11 1997-11-01 Consejo Superior Investigacion Camara acustica multifrecuencia para la aglomeracion y separacion de particulas en suspension en efluentes gaseosos.
US5769913A (en) * 1993-03-11 1998-06-23 Consejo Superior Investigaciones Cientificas Multifrequency acoustic chamber for the agglomeration and separation of particles suspended in gaseous effluents
BE1009377A3 (fr) * 1995-05-09 1997-03-04 Consejo Superior Investigacion Procede et dispositif de deshydratation.
WO2007012676A1 (fr) * 2005-07-27 2007-02-01 Consejo Superior De Investigaciones Científicas Generateur de sons et d'ultrasons haute intensite, destine au demoussage industriel de liquides par voie aerienne
CN101751916B (zh) * 2008-12-12 2012-12-19 清华大学 超声发声器

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