Monitorare senza contatto la frequenza e la potenza degli ultrasuoni ad alta frequenza

Gli esperimenti sono stati condotti in un impianto di lavaggio multifrequenza con sistemi ad ultrasuoni da 500 e 1000 kHz. Sono stati inclusi anche i sistemi oscillanti presenti nell'impianto con frequenze di 40, 80 e 120 kHz.

Il microfono laseracustico si trova sopra la superficie dell'acqua per gli esperimenti. Le misurazioni vengono eseguite senza contatto diretto con il mezzo e senza movimento.

La rappresentazione mostra lo spettro di frequenza di un sistema oscillante a 120 kHz (arancione) e il rumore di fondo del sistema di misura (blu) con microfono laser-acustico.

Per la rilevazione dei segnali ultrasonici del sistema oscillante a 500 kHz, il microfono è stato spostato di 160 mm in orizzontale tra le misurazioni. La distanza dalla superficie della vasca era di 200 mm. Le curve praticamente sovrapposte (blu e arancione) evidenziano che la posizione orizzontale del microfono laseracustico per la misurazione non è significativa.

Gli spettri di frequenza di un sistema oscillante da 1.000 kHz sono qui rappresentati ai livelli di potenza del 20, 40, 60, 80 e 100 %. La differenza di potenza è principalmente evidente nell'intervallo di frequenza inferiore alla frequenza di eccitazione. Fonte immagine: Ecoclean GmbH

Il monitoraggio della frequenza e della potenza rappresenta uno strumento importante per la garanzia della qualità nelle applicazioni di pulizia con ultrasuoni nella gamma da 250 a 2000 kHz. La capacità di rilevare in modo affidabile le onde sonore anche nell'alto spettro di frequenza fino a due megahertz, grazie ai microfoni laseracustici, è stata dimostrata da Ecoclean attraverso serie di prove. Sulla base di ciò, l'azienda ha ampliato la sua innovativa soluzione APM (Acoustic Performance Measurement). La nuova soluzione è in grado di monitorare senza contatto la frequenza e la potenza degli ultrasuoni sia in sistemi di ultrasuoni multi-bath completamente automatizzati che in sistemi di pulizia a camera chiusa.

L'ultrasuono ad alta frequenza viene impiegato quando è necessario rimuovere particelle molto fini e contaminazioni filmiche minime da superfici sensibili o finemente strutturate. Questo avviene, ad esempio, nella produzione di semiconduttori, nella microtecnica e microelettronica, nell'ottica di precisione, nelle tecnologie di analisi, laser e vuoto, nonché nella tecnologia medica. Per garantire il rispetto dei requisiti di pulizia definiti per un funzionamento impeccabile, evitando danni o alterazioni alle componenti sensibili, è fondamentale controllare regolarmente le caratteristiche di oscillazione e calcolare indicatori di rilevanza per la pulizia. Per queste applicazioni, Ecoclean ha ampliato l'intervallo di misura della sua tecnologia innovativa Acoustic Performance Measurement (APM), che finora poteva rilevare senza contatto frequenze ultrasoniche fino a 132 kHz, fino a due megahertz basandosi sulla laseracustica.

Rilevamento affidabile dello spettro di frequenza comprovato da serie di prove

Lo sviluppo del nuovo sistema di misurazione APM è stato preceduto da serie di prove condotte con un microfono laseracustico. Le indagini sono state svolte in un sistema di ultrasuoni multi-bath UCMSmartLine e con sistemi ad ultrasuoni con trasduttori a piastre da 500 kHz e 1.000 kHz. Inoltre, sono stati inclusi nelle indagini anche i trasduttori a piastra già presenti nelle unità di pulizia, con frequenze di oscillazione di 40, 80 e 120 kHz, e i risultati sono stati confrontati con la tecnologia APM precedente, che utilizzava microfoni a condensatore.

Negli esperimenti si è potuto dimostrare, da un lato, che il rapporto segnale/rumore nell'intera banda di frequenza è sufficientemente elevato per rilevare onde sonore fino a 2 MHz. Dall'altro, si è verificato a quale distanza dalla superficie del bagno il microfono laseracustico deve essere posizionato affinché, nonostante l'aumentare della frequenza e quindi l'aumento dell'attenuazione delle onde sonore nell'aria, si possa ancora calcolare uno spettro di frequenza adeguato. Grazie alla elevata sensibilità del microfono laseracustico, la distanza è paragonabile a quella di un microfono a condensatore, impiegato per misurare ultrasuoni a bassa frequenza.

Vantaggi della misurazione senza contatto e senza movimento

A differenza degli idrofoni, la misurazione con la soluzione APM avviene senza contatto diretto con il mezzo e senza movimento. Ciò comporta diversi vantaggi. Innanzitutto, si evita la contaminazione del mezzo da parte del sistema di misurazione e si può utilizzare anche in applicazioni con sostanze chimiche aggressive, senza inquinare il bagno o danneggiare la tecnologia di misurazione. La misurazione senza movimento garantisce inoltre che i risultati siano riproducibili e possano essere eseguiti in linea. Inoltre, la tecnologia APM permette di rilevare la frequenza e la pressione sonora anche attraverso "pareti". Può quindi essere impiegata anche in sistemi di pulizia e risciacquo chiusi, come quelli necessari nell'uso di procedure di cambio pressione (metodi di pulizia a vuoto e pressione pulsata come PPC – Pulsated Pressure Cleaning), nonché in sistemi di pulizia a camera. Per un rapido e semplice controllo delle funzioni dei microfoni laseracustici e a condensatore utilizzati nel sistema APM sul posto, sono disponibili calibratori manuali appositi.

Misurazione fissa o a intervalli di tempo – anche come servizio

Il sistema di misurazione viene offerto sia come soluzione fissa che in versione portatile per controlli occasionali. Nella variante fissa, il microfono viene fissato al trasportatore. Successivamente, vengono attraversate in sequenza le vasche di pulizia e risciacquo dotate di ultrasuoni, e le misurazioni vengono eseguite senza contatto, in modo che i risultati siano confrontabili. I valori rilevati di frequenza e potenza degli ultrasuoni vengono trasmessi al software della soluzione di misurazione, analizzati tramite algoritmi, confrontati con i valori di riferimento definiti in precedenza e memorizzati. In caso di deviazioni, il sistema emette un avviso o un messaggio di errore.

Gli utenti che utilizzano il sistema APM classico per ultrasuoni a bassa frequenza, ma anche per ultrasuoni con frequenze superiori a 132 kHz, ad esempio nei processi di risciacquo, possono facilmente scambiare il microfono e l'unità di elaborazione, monitorando così sia ultrasuoni a bassa che ad alta frequenza.

Per le misurazioni con versione portatile, il microfono viene orientato tramite un supporto al rispettivo bacino di ultrasuoni e rileva lo spettro di oscillazione nella vasca. Durante l'analisi e la valutazione tramite il software, i valori misurati vengono confrontati con le caratteristiche di riferimento definite per ogni stazione di trattamento. Tutte le misurazioni vengono documentate in rapporti PDF per una verifica completa.

Le misurazioni di controllo mobili sono offerte dall'azienda anche come servizio indipendente dal produttore, per sistemi di pulizia dotati di ultrasuoni.