Monitorowanie częstotliwości i mocy ultradźwięków wysokiej częstotliwości bezkontaktowo

Próby przeprowadzono w wielostanowiskowym systemie ultradźwiękowym o częstotliwościach 500 i 1000 kHz. Uwzględniono również wibracyjne systemy dostępne w urządzeniu o częstotliwościach 40, 80 i 120 kHz.

Laserowo-akustyczny mikrofon znajduje się nad powierzchnią wanny do celów eksperymentów. Pomiar odbywa się bez bezpośredniego kontaktu z medium i bez ruchu.

Przedstawienie pokazuje spektrum częstotliwościowe układu drgającego o częstotliwości 120 kHz (pomarańczowe) oraz szum podstawowy systemu pomiarowego (niebieski) z mikrofonem laserowo-akustycznym.

Do rejestrowania sygnałów ultradźwiękowych z układu drgającego o częstotliwości 500 kHz mikrofon został przesunięty o 160 mm w poziomie między pomiarami. Odległość od powierzchni wanny wynosiła 200 mm. Praktycznie nakładające się krzywe (niebieska i pomarańczowa) wyjaśniają, że pozioma pozycja mikrofonu laserowo-akustycznego podczas pomiaru nie ma istotnego znaczenia.

Spektrum częstotliwości systemu drgań o częstotliwości 1000 kHz przedstawiono tutaj na poziomach mocy 20, 40, 60, 80 i 100 %. Różnica w mocy jest głównie widoczna w zakresie częstotliwości, który jest mniejszy od częstotliwości pobudzenia. Źródło obrazu: Ecoclean GmbH

Monitorowanie częstotliwości i mocy jest ważnym narzędziem zapewniającym jakość w zastosowaniach czyszczących z ultradźwiękami w zakresie od 250 do 2000 kHz. Ecoclean udowodnił w seriach testów, że mikrofony laserowo-akustyczne również niezawodnie rejestrują fale dźwiękowe w wysokich zakresach częstotliwości do dwóch megaherców. Na tej podstawie firma rozszerzyła swoje innowacyjne rozwiązanie APM (Acoustic Performance Measurement). Nowe rozwiązanie jest w stanie bezkontaktowo monitorować częstotliwość i moc ultradźwięków zarówno w w pełni zautomatyzowanych wielostanowiskowych systemach mycia ultradźwiękowego, jak i w zamkniętych systemach czyszczenia komorowego.

Wysokoczęstotliwościowe ultradźwięki są stosowane, gdy konieczne jest usunięcie najdrobniejszych cząstek i minimalnych kontaminacji filmowych z delikatnych lub cienko strukturalnych powierzchni. Dotyczy to na przykład produkcji półprzewodników, mikro- i elektroniki, precyzyjnej optyki, technik analitycznych, laserowych i próżniowych oraz medycyny. Aby niezawodnie osiągnąć wymagane czystości dla prawidłowego funkcjonowania i jednocześnie uniknąć uszkodzenia lub zakłócenia wrażliwych elementów, istotne są regularne kontrole charakterystyki drgań i obliczanie wskaźników czystości istotnych dla procesu czyszczenia. Dla tych zastosowań Ecoclean rozszerzył zakres pomiarowy swojej innowacyjnej technologii Acoustic Performance Measurement (APM), która do tej pory umożliwiała bezkontaktowe pomiary częstotliwości ultradźwięków do 132 kHz, na zakres do dwóch megaherców oparty na laserowej akustyce.

Wiarygodne rejestrowanie spektrum częstotliwości potwierdzone serią testów

Przed opracowaniem nowego systemu pomiarowego APM przeprowadzono serie testów z mikrofonem laserowo-akustycznym. Badania przeprowadzono w wielostanowiskowym systemie mycia ultradźwiękowego UCMSmartLine oraz z ultradźwiękowymi systemami z płytowymi drgaczami o częstotliwościach 500 kHz i 1000 kHz. Ponadto w badaniach uwzględniono już istniejące w systemie drgacze z częstotliwościami drgań 40, 80 i 120 kHz, a wyniki porównano z dotychczasową technologią APM opartą na mikrofonach kondensatorowych.

W eksperymentach wykazano, że z jednej strony stosunek sygnału do szumu na całym paśmie częstotliwości jest wystarczająco wysoki, aby móc rejestrować fale dźwiękowe do 2 MHz. Z drugiej strony, celem było ustalenie, w jakiej odległości od powierzchni kąpieli można używać mikrofonu laserowo-akustycznego, aby mimo coraz silniejszego tłumienia fal dźwiękowych przez powietrze można było nadal obliczyć odpowiednie spektrum częstotliwości. Dzięki wysokiej czułości mikrofonu laserowo-akustycznego odległość tę można porównać do mikrofonu kondensatorowego, używanego do pomiaru niskoczęstotliwościowych ultradźwięków.

Zalety pomiaru bezkontaktowego i bezruchowego

W przeciwieństwie do hydrofonów, pomiar w rozwiązaniu APM odbywa się bez bezpośredniego kontaktu z medium i bez ruchu. Daje to różne korzyści. Po pierwsze, wyklucza zanieczyszczenia medium przez system pomiarowy, a po drugie, można go stosować w agresywnych chemicznie środowiskach, nie zanieczyszczając kąpieli ani nie uszkadzając techniki pomiarowej. Bezruchowy pomiar zapewnia również powtarzalność i możliwość przeprowadzania go inline. Ponadto technologia APM umożliwia wykrywanie częstotliwości ultradźwięków i ciśnienia dźwięku nawet przez „ściany”. Może być więc stosowana w zamkniętych zbiornikach czyszczących i płuczących, które są konieczne na przykład przy zastosowaniu metod wymiany ciśnienia (metody czyszczenia próżniowo-pompowego, takie jak PPC – Pulsated Pressure Cleaning), a także w systemach czyszczenia komorowego. Dla szybkiego i prostego sprawdzenia funkcji mikrofonów laserowo-akustycznych i kondensatorowych używanych w systemie APM na miejscu dostępne są odpowiednie kalibratory ręczne.

Pomiar stacjonarny lub w odstępach czasowych – również jako usługa

System pomiarowy oferowany jest zarówno jako rozwiązanie stacjonarne, jak i w wersji przenośnej do okazjonalnych kontroli. W wersji stacjonarnej mikrofon jest mocowany na transporterze. Następnie kolejno uruchamiane są kąpielowe systemy czyszczące i płuczące wyposażone w ultradźwięki, a pomiary przeprowadzane są bezdotykowo, co zapewnia porównywalność wyników. Uzyskane wartości częstotliwości i mocy ultradźwięków są przesyłane do oprogramowania systemu pomiarowego, analizowane za pomocą algorytmów, porównywane z wcześniej zdefiniowanymi i zapisanymi wartościami docelowymi i zapisywane. W przypadku odchyleń system wyświetla ostrzeżenie lub komunikat o błędzie.

Użytkownicy, którzy korzystają z klasycznego systemu APM do niskoczęstotliwoowych ultradźwięków, ale także do ultradźwięków powyżej 132 kHz, na przykład w procesach płukania, mogą łatwo wymieniać mikrofon i jednostkę analizującą, monitorując zarówno ultradźwięki niskiej, jak i wysokiej częstotliwości.

W przypadku pomiarów w wersji przenośnej mikrofon jest ustawiany na odpowiednim zbiorniku ultradźwiękowym za pomocą uchwytu i rejestruje spektrum drgań w zbiorniku. Podczas analizy i oceny przez oprogramowanie zmierzone wartości rzeczywiste są porównywane z wartościami referencyjnymi zdefiniowanymi dla danej stacji obróbki. Wszystkie pomiary dokumentowane są w raportach PDF, zapewniając pełną dokumentację.

Firma oferuje także niezależne od producenta mobilne kontrole pomiarowe dla systemów czyszczących wyposażonych w ultradźwięki jako usługę.