Brezstično spremljanje frekvence in moči visokofrekvenčnega ultrazvoka

22.01.2025

Spremljanje frekvence in moči je zelo pomembno orodje za zagotavljanje kakovosti pri aplikacijah ultrazvočnega čiščenja s frekvencami od 250 do 2.000 kHz. Podjetje Ecoclean je v seriji preizkusov dokazalo, da laserski akustični mikrofoni lahko zanesljivo zaznajo zvočne valove v visokofrekvenčnem območju do dveh megaherztov. Na podlagi tega je podjetje razširilo svojo inovativno rešitev za merjenje akustične zmogljivosti APM (Acoustic Performance Measurement). Nova rešitev omogoča brezstično spremljanje frekvence in moči ultrazvoka tako v popolnoma avtomatiziranih sistemih za čiščenje z ultrazvokom z večjim številom potopnih kadi kot tudi v sistemih za čiščenje v zaprtih komorah.

Foto: Preizkusi nove različice merilnega sistema APM so bili izvedeni v ultrazvočnem čistilnem sistemu z večjim številom kopeli s frekvenco 500 in 1.000 kHz, pri čemer so bili v čistilnem sistemu vgrajeni tudi ultrazvočni izvori s frekvencami 40, 80 in 120 kHz.
Vir: Ecoclean 

Visokofrekvenčni ultrazvok se uporablja za odstranjevanje drobnih delcev in tankih plasti nečistoč iz občutljivih ali fino strukturiranih površin, kot na primer pri proizvodnji polprevodnikov, na področju tehnologije mikro sistemov, v elektroniki, natančni optiki, analitiki, laserski in vakuumski tehnologiji ter medicinski tehnologiji. Za zanesljivo doseganje zahtev glede čistoče, ki omogočajo popolno delovanje in preprečujejo poškodbe občutljivih komponent, je ključnega pomena redno preverjanje delovanja ultrazvočnih sistemov za čiščenje in določanje parametrov, ki vplivajo na postopek čiščenja. V ta namen so v podjetju Ecoclean razširili nabor meritev inovativne tehnologije merjenja akustične zmogljivosti APM, ki se je v preteklosti uporabljala za brezstično merjenje frekvenc do 132 kHz in sedaj na podlagi laserske akustike omogoča merjenje frekvenc do dveh megahertzov. 

Zanesljivo zaznavanje frekvenčnega spektra dokazano s serijo preizkusov 

Razvoj novega merilnega sistema na podlagi tehnologije APM temelji na seriji preizkusov z lasersko akustičnim mikrofonom. Preizkusi so bili opravljeni v sistemu za ultrazvočno čiščenje z večjim številom potopnih kopeli UCMSmartLine z ultrazvočnima sistemoma s ploščatima pretvornikoma frekvence 500 kHz in 1.000 kHz. Poleg tega so bili med preizkusi v čistilnem sistemu tudi ploščati pretvorniki s frekvencami 40, 80 in 120 kHz, pri čemer so se rezultati primerjali s predhodno tehnologijo APM z uporabo kondenzatorskih mikrofonov. 

Foto: Laserski akustični mikrofon se med merjenjem nahaja nad gladino kopeli. Meritve se izvajajo brez neposrednega stika z medijem ali premikanja mikrofona.
Vir: Ecoclean 

Preizkusi so dokazali, da je razmerje med signalom in šumom v celotnem frekvenčnem območju dovolj visoko za zaznavanje valov do frekvence 2 MHz. Poleg tega pa je bil cilj preizkusov določiti razdaljo od gladine kopeli, na kateri se mora nahajati laserski mikrofon, da se še vedno lahko izračuna ustrezen frekvenčni spekter, kljub slabljenju zvoka v zraku zaradi povečanja frekvenc. Zaradi visoke občutljivosti laserskega akustičnega mikrofona, je ta razdalja primerljiva s tisto uporabljeno pri kondenzatorskem mikrofonu za merjenje nizkofrekvenčnega ultrazvoka. 

Foto: Frekvenčni spekter sistema s 120 kHz (oranžno) in šum ozadja merilnega sistema z uporabo laserskega akustičnega mikrofona (modro).
Vir: Ecoclean 

Foto: Za zajem ultrazvočnega signala sistema s frekvenco 500 kHz se je mikrofon med meritvami premaknil za 160 mm v vodoravni smeri, medtem ko je bila oddaljenost od gladine kopeli 200 mm. Praktično prekrivajoči krivulji (modra in oranžna) dokazujeta, da vodoravni položaj laserskega akustičnega mikrofona nima večjega vpliva na meritve.
Vir: Ecoclean 

Foto: Frekvenčni spekter ultrazvočnega sistema s frekvenco 1.000 kHz za nastavljene moči sistema 20, 40, 60, 80 in 100 odstotkov. Razlika moči se najbolj vidi v frekvenčnem območju, ki je nižje od frekvence vzbujanja.
Vir: Ecoclean 

Prednosti brezstičnih meritev brez premikanja 

Za razliko od hidrofonov potekajo meritve z rešitvijo APM brez neposrednega stika s čistilnim medijem in brez premikanja, kar prinaša številne prednosti. Takšen način meritev preprečuje kontaminacijo čistilnega medija in se lahko uporablja tudi pri uporabi agresivnih kemikalij v kopelih, ki bi lahko poškodovale merilno tehnologijo. Meritve brez premikanja senzorjev zagotavljajo ponovljivost rezultatov in se lahko izvajajo neposredno na proizvodni liniji. Poleg tega pa tehnologija APM omogoča zaznavanje ultrazvočnih frekvenc in zvočnega tlaka celot skozi »stene«, kar pomeni, da se jo lahko uporablja tudi pri zaprtih kopelih za čiščenje in spiranje, ki se na primer uporabljajo pri postopkih čiščenja s spreminjajočim tlakom, kot je na primer vakuumski postopek čiščenja ali pulzno tlačno čiščenje (PPC) ter pri čistilnih sistemih v komorah. Na voljo so ustrezni ročni etaloni za hitro preverjanje delovanja laserskih akustičnih mikrofonov in kondenzatorskih mikrofonov, ki se uporabljajo v sistemu APM. 

Vgrajen merilni sistem ali storitve merjenja v določenih časovnih intervalih 

Merilni sistem je na voljo kot vgrajena rešitev v čistilnem sistemu ali kot prenosna različica za občasna preverjanja čistilnih sistemov. Pri vgrajeni različici so mikrofoni pritrjeni na avtomatiziran sistem, ki jih premika vzdolž kopeli, kar omogoča brezstično merjenje ultrazvoka v posameznih kopelih za čiščenje in spiranje, pri čemer so zagotovljeni primerljivi rezultati meritev. Vrednosti frekvence in moči ultrazvoka se prenesejo v programsko opremo merilnega sistema, vrednosti s pomočjo algoritmov in primerja z želenimi ciljnimi vrednostmi, ki so shranjene v sistemu. V primeru odstopanj sistem pošlje opozorilo. 

Uporabniki, ki imajo klasičen sistem APM za nizkofrekvenčni ultrazvok in na primer za proces spiranja uporabljajo frekvence ultrazvoka nad 132 kHz, lahko enostavno zamenjajo mikrofon in enoto za vrednotenje meritev ter tako spremljajo nizkofrekvenčni in visokofrekvenčni ultrazvok. 

Pri meritvah s premično različico sistema se mikrofon poravna s posamezno ultrazvočno kopeljo s pomočjo posebnega držala ter posname spekter vibracij v kopeli. Med analizo in vrednotenjem s programsko opremo se pomerjene dejanske vrednosti primerja s ciljnimi parametri, ki so definirani kot referenca za vsako kopel. Vse meritve se dokumentira v obliki poročil za brezhibno verifikacijo procesa. 

Podjetje Ecoclean ponuja tudi storitve nadzornih meritev s premičnimi enotami za vse čistilne enote, ki uporabljajo ultrazvok, ne glede na proizvajalca. 

Več informacij na: www.ecoclean-group.net