A magas frekvenciájú ultrahang kontaktmentes monitorozása frekvencia- és teljesítmény szempontjából

A kísérleteket egy többmedencés rendszerben végezték 500 és 1000 kHz-es ultrahangos rendszerekkel. Bevonásra kerültek a rendszerben található lengő rendszerek is, amelyek 40, 80 és 120 kHz-esek.

A lézerakusztikus mikrofon a kísérletek során a víz felszíne felett helyezkedik el. A mérések közvetlen érintkezés nélkül és mozgásmentesen történnek.

A ábra egy 120 kHz-es rezgőrendszer (narancssárga) és a mérőrendszer alapzaja (kék) frekvenciaspektrumát mutatja lézerakusztikus mikrofonnal.

A 500 kHz-es lengőrendszer ultrahangjelei rögzítéséhez a mikrofont a mérések között 160 mm-rel vízszintesen elmozdították. A fürdő felületétől való távolság 200 mm volt. A gyakorlatilag egymás fölött elhelyezkedő görbék (kék és narancssárga) szemléltetik, hogy a lézerakusztikus mikrofon vízszintes pozíciója a méréshez nem jelentős.

A 1.000 kHz-es ingadozó rendszer frekvenciaspektrumai itt a teljesítményszinteken 20, 40, 60, 80 és 100 % mutatva. A teljesítménykülönbség főként azon a frekvenciatartományon belül észlelhető, amely kisebb, mint az ingerlési frekvencia. Kép forrása: Ecoclean GmbH

A frekvencia és a teljesítmény felügyelete ultrahangos tisztítási alkalmazásoknál, 250 és 2000 kHz közötti tartományban, fontos eszköz a minőségbiztosításban. Az, hogy lézerakusztikus mikrofonokkal megbízhatóan rögzíthetők a magas frekvenciatartományban, akár két megahertzig is, a Ecoclean kísérleti sorozataiban bizonyította be. Ennek alapján a vállalat kibővítette innovatív Acoustic Performance Measurement (APM) megoldását. Az új megoldás képes ultrahang frekvenciát és teljesítményt kontaktus nélkül figyelemmel kísérni mind teljesen automatizált ultrahangos többmedencés rendszerekben, mind zárt kamrás tisztítórendszerekben.

A magas frekvenciás ultrahangot akkor alkalmazzák, amikor finom részecskéket és minimális filmes szennyeződéseket kell eltávolítani érzékeny vagy finom szerkezetű felületekről. Ez például a félvezetőgyártásban, mikro- és nanoelektronikában, precíziós optikában, elemzési-, lézer- és vákuumtechnikában, valamint orvostechnikában fordul elő. Annak érdekében, hogy megbízhatóan elérjék a hibátlan működéshez szükséges tisztasági követelményeket, és elkerüljék a sérüléseket vagy károsodásokat az érzékeny alkatrészeken, a rezgéskarakterisztika rendszeres ellenőrzése és a tisztítással kapcsolatos kulcsfontosságú mutatók számítása alapvető minőségparaméterek. Ezekhez az alkalmazásokhoz az Ecoclean kibővítette az innovatív Acoustic Performance Measurement (APM) technológia mérési tartományát, amely eddig kontaktus nélküli inline ultrahang frekvenciákat 132 kHz-ig tudott rögzíteni, lézerakusztikával egészen két megahertzig.

Bizonyított megbízható frekvenciaspektrum-nyerés kísérleti sorozatokkal

A új APM-mérőrendszer fejlesztése előtt lézerakusztikus mikrofonokkal végzett kísérletek történtek. A vizsgálatokat egy UCMSmartLine ultrahang többmedencés rendszerben, valamint 500 kHz-es és 1000 kHz-es lapátos ultrahang rendszerekkel végezték. Emellett a már meglévő tisztítórendszerben található lapátos rezgőfejeket 40, 80 és 120 kHz-es frekvenciákkal is bevonták a vizsgálatokba, és az eredményeket összehasonlították a korábbi kondenzátormikrofonos APM technológiával.

A kísérletek során egyrészt bebizonyosodott, hogy a jel-zaj arány az egész frekvenciatartományban elég magas ahhoz, hogy akár 2 MHz-ig is rögzíteni lehessen a hanghullámokat. Másrészt az is kiderült, hogy milyen távolságban kell alkalmazni a lézerakusztikus mikrofont a medence felületétől ahhoz, hogy a növekvő frekvenciánál a hanghullámok erősségének csökkenése ellenére is megfelelő frekvenciaspektrum számítható ki. A lézerakusztikus mikrofon magas érzékenységének köszönhetően ez a távolság összehasonlítható a kondenzátormikrofonéval, amelyet alacsony frekvenciájú ultrahang mérésére használnak.

Előnyök kontaktus- és mozgásmentes mérés révén

Az APM-megoldás mérését hydrophonokkal ellentétben közvetlen kapcsolat nélkül, mozgásmentesen végzik. Ez számos előnyt eredményez. Így kizárt a szennyeződés a médiumokban a mérőrendszer által, és alkalmazható agresszív kémiai anyagokkal végzett folyamatoknál is anélkül, hogy a medencét szennyezné vagy a mérőtechnikát károsítaná. A mozgásmentes mérés emellett biztosítja, hogy az reprodukálható és inline módon is végrehajtható legyen. Továbbá az APM-technológia lehetővé teszi, hogy ultrahang frekvenciát és hangnyomást még "falakon" keresztül is érzékeljen. Ezért alkalmazható zárt tisztító- és öblítőmedencékben, például a nyomásváltó eljárásoknál (például vákuum-nyomás tisztítási módszerek, mint a PPC – Pulsated Pressure Cleaning), valamint kamrás tisztítórendszerekben is. Gyors és egyszerű működésellenőrzéshez az APM rendszerben használt lézerakusztikus és kondenzátormikrofonokhoz megfelelő kézi kalibrátorok állnak rendelkezésre.

Állandó mérés vagy időszakos ellenőrzés – akár szolgáltatásként is

A mérőrendszert mind állandó telepítésű megoldásként, mind hordozható kivitelben kínálják alkalmi ellenőrzésekhez. Az állandó változatban a mikrofont a szállítószalagra szerelik. Ezután a tisztító- és öblítőmedencéket egymás után megközelítik ultrahanggal, és érintésmentesen végzik a méréseket, így az eredmények összehasonlíthatók. A mért értékeket az ultrahang frekvenciára és teljesítményre a mérőrendszer szoftverébe továbbítják, algoritmusokkal értékelik, összevetik a korábban meghatározott és rögzített referenciaértékekkel, majd elmentik. Eltérések esetén a rendszer figyelmeztetést vagy hibajelzést ad.

Azok a felhasználók, akik a hagyományos APM rendszert alacsony frekvenciájú ultrahang mérésére használják, de ultrahangot 132 kHz feletti frekvenciákkal is, például öblítési folyamatokban, egyszerűen cserélhetik a mikrofont és az értékelő egységet, így mind alacsony, mind magas frekvenciás ultrahangot monitorozhatnak.

Hordozható kivitel esetén a mikrofont egy tartó segítségével irányítják a megfelelő ultrahangmedencéhez, és a medencében a rezgés-spektrumot rögzíti. Az elemzés és értékelés során a szoftver összeveti a mért aktuális értékeket a beállított referenciaértékekkel az adott kezelőállomásra vonatkozóan. Minden mérés PDF jelentésekben kerül dokumentálásra, biztosítva a hiánytalan nyomon követést.

A vállalat gyártótól függetlenül kínálja a mobil ellenőrző méréseket is, mint szolgáltatást olyan tisztítórendszerekhez, amelyekben ultrahang található.