Monitoreo de la frecuencia y potencia del ultrasonido de alta frecuencia sin contacto

Los ensayos se realizaron en una instalación de múltiples bañeras con sistemas de ultrasonidos de 500 y 1.000 kHz. También se incluyeron los sistemas de oscilación presentes en la instalación con 40, 80 y 120 kHz.

El micrófono láser acústico se encuentra por encima de la superficie de la bañera para los experimentos. Las mediciones se realizan sin contacto directo con el medio y sin movimiento.

La representación muestra el espectro de frecuencia de un sistema oscilante de 120 kHz (naranja) así como el ruido de fondo del sistema de medición (azul) con micrófono láser acústico.

Para la captura de las señales ultrasónicas del sistema oscilante de 500 kHz, el micrófono fue desplazado horizontalmente 160 mm entre las mediciones. La distancia a la superficie del baño era de 200 mm. Las curvas que se superponen prácticamente (azul y naranja) muestran que la posición horizontal del micrófono láser-acústico para la medición no es significativa.

Los espectros de frecuencia de un sistema oscilante de 1.000 kHz se muestran aquí para los niveles de potencia del 20, 40, 60, 80 y 100 %. La diferencia de potencia se puede observar principalmente en el rango de frecuencia que es menor que la frecuencia de excitación. Fuente de la imagen: Ecoclean GmbH

La supervisión de la frecuencia y la potencia es una herramienta importante para garantizar la calidad en aplicaciones de limpieza con ultrasonidos en el rango de 250 a 2.000 kHz. Ecoclean ha demostrado en series de pruebas que también es posible captar de manera fiable las ondas sonoras en el rango de altas frecuencias hasta dos megahertz mediante micrófonos láser-acústicos. Basándose en esto, la empresa ha ampliado su innovadora solución APM (Medición del Rendimiento Acústico). La nueva solución es capaz de supervisar sin contacto la frecuencia y la potencia de ultrasonidos tanto en sistemas de múltiples bañeras ultrasónicas totalmente automatizados como en sistemas de limpieza en cámaras cerradas.

El ultrasonido de alta frecuencia se emplea cuando se deben limpiar partículas muy finas y contaminaciones mínimas en superficies sensibles o con estructuras finas. Esto es, por ejemplo, en la fabricación de semiconductores, microtecnología y microelectrónica, óptica de precisión, análisis, láser, tecnología de vacío y medicina. Para lograr de manera fiable los requisitos de limpieza definidos para un funcionamiento impecable y evitar daños o afectaciones a los componentes sensibles, la revisión periódica de la característica de vibración y el cálculo de indicadores relevantes para la limpieza son parámetros de calidad esenciales. Para estas aplicaciones, Ecoclean ha ampliado el rango de medición de su innovadora tecnología de Medición del Rendimiento Acústico (APM), que anteriormente permitía captar sin contacto en línea frecuencias ultrasónicas hasta 132 kHz, hasta dos megahertz basándose en la láser-acústica.

La captura fiable del espectro de frecuencias ha sido demostrada mediante series de pruebas

Las series de pruebas previas al desarrollo del nuevo sistema de medición APM se realizaron con un micrófono láser-acústico. La investigación se llevó a cabo en un sistema de múltiples bañeras ultrasónicas UCMSmartLine y con sistemas ultrasónicos con transductores de 500 kHz y 1.000 kHz. Además, se incluyeron en las pruebas transductores de placas existentes en la máquina de limpieza con frecuencias de vibración de 40, 80 y 120 kHz, comparando los resultados con la tecnología APM previa que utilizaba micrófonos de condensador.

En los experimentos, por un lado, se pudo demostrar que la relación señal-ruido en toda la banda de frecuencia es suficientemente alta para captar ondas sonoras hasta 2 MHz. Por otro lado, se buscaba determinar a qué distancia de la superficie del baño debe colocarse el micrófono láser-acústico para que, a pesar de la mayor atenuación de las ondas sonoras por el aire a frecuencias crecientes, aún se pueda calcular un espectro de frecuencias adecuado. Gracias a la alta sensibilidad del micrófono láser-acústico, la distancia es comparable a la de un micrófono de condensador, que se emplea para medir ultrasonidos de baja frecuencia.

Ventajas gracias a la medición sin contacto ni movimiento

En contraste con los hidrófonos, la medición con la solución APM se realiza sin contacto directo con el medio y sin movimiento. Esto ofrece varias ventajas. Así, se evita la contaminación de los medios por parte del sistema de medición y puede utilizarse incluso en aplicaciones con productos químicos agresivos, sin contaminar el baño ni dañar la tecnología de medición. La medición sin movimiento también garantiza que sea reproducible y que pueda realizarse en línea. Además, la tecnología APM permite detectar la frecuencia y la presión sonora incluso a través de "paredes". Por ello, también puede emplearse en sistemas de limpieza y enjuague cerrados, que son necesarios, por ejemplo, en procesos de cambio de presión (como el proceso de limpieza por presión pulsada en vacío, PPC). Para una comprobación rápida y sencilla del funcionamiento de los micrófonos láser-acústicos y de condensador utilizados en el sistema APM en el lugar de uso, existen calibradores manuales adecuados.

Medición estacionaria o en intervalos de tiempo, también como servicio

El sistema de medición se ofrece tanto como solución fija como en versión portátil para controles ocasionales. En la variante fija, el micrófono se fija en el transportador. Luego, las bañeras de limpieza y enjuague equipadas con ultrasonidos se visitan una tras otra y las mediciones se realizan sin contacto, de modo que los resultados son comparables. Los valores medidos de frecuencia y potencia de ultrasonidos se transmiten al software de la solución de medición, se analizan mediante algoritmos y se comparan y almacenan con los valores de referencia previamente definidos. Si hay desviaciones, el sistema emite una advertencia o un mensaje de error.

Los usuarios que ya utilizan el sistema APM clásico para ultrasonidos de baja frecuencia, pero también emplean ultrasonidos con frecuencias superiores a 132 kHz, por ejemplo en procesos de enjuague, pueden intercambiar fácilmente el micrófono y la unidad de evaluación para monitorizar tanto ultrasonidos de baja como de alta frecuencia.

Para mediciones con la versión portátil, el micrófono se orienta mediante un soporte hacia la bañera de ultrasonidos correspondiente y capta el espectro de vibración en la bañera. Durante el análisis y la evaluación mediante el software, los valores medidos se comparan con los parámetros de referencia definidos para la estación de tratamiento correspondiente. Todas las mediciones se documentan en informes PDF para una trazabilidad completa.

Las mediciones de control móviles se ofrecen de forma independiente del fabricante también como servicio para sistemas de limpieza que incorporan ultrasonidos.