DE2952444A1 - Zerstaeubungssteuerung fuer einen ultraschallzerstaeuber - Google Patents

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäubungssteuerung für einen Ultraschallzerstäuber. Sie richtet sich insbesondere auf eine Steuerung, die bei einer Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten mit Ultraschallenergie dazu verwendet werden kann, exakt die Zerstäubungsmenge zu bestimmen, wenn eine verhältnismäßig kleine Zer- stäubungsmenge erforderlich ist.

In jüngerer Zeit wurden Ultraschallzerstäuber für die Zerstäubung von Flüssigkeiten bei Luftbefeuchtern zur Steigerung der Feuchtigkeit in Räumen, bei Inhalationsgeräten zur Behandlung von Erkrankungen der Atemweqe, bei Schönheitsgeräten usw. verwendet.

Bei solchen Ultraschallzerstäubern, insbesondere bei solchen, die in der Inhalationstherapie, Narkotherapie und Feuchtigkeitssteuerung in Spitälern verwendet werden, ist eine exakte Steuerung der Zerstäubungsmenge erforderlich.

Ein bekannter Ultraschallzerstäuber umfaßt im wesentlichen eine Impulsoszillatorschaltung und einen elektroakustischen Wandler oder Ultraschallschwinger, der durch die Ausgangsgröße der Schaltung erregt wird.

Bei einem solchen Zerstäuber erfolgt die Steuerung der Zerstäubungsmenge durch Änderung des sogenannten Tastverhältnisses, mit anderen Worten durch Veränderung des Zyklus der Oszillationszeit einer Impulsoszillatorschaltung oder durch Veränderung des Verhältnisses von Oszillationszeit zu Nicht-Oszillationszeit der Impulsoszillatorschal- tung, so daß der mit der Oszillation synchrone Ultraschallvibrator intermittierend Ultraschallwellen konstanter Amplitude erzeugt.

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Da die Verzögerungszeit zwischen Zerstäubung und Beginn der Ultraschallschwingung ungefähr 0,4 Sekunden beträgt, sollte die Zeitdauer der Ultraschallschwingung oder Impulsoszillation mehr als 0,4 Sekunden betragen. Der bekannte Zerstäuber, der den Zyklus der Ultraschallschwingungszeit oder das Verhältnis von Ultraschallschwingungszeit zu Nicht-Schwingunrrszeit bei konstant gehaltener Schwingungsamplitude verändert, hat den Nachteil, daß erhebiiche Stromstöße unvermeidbar sind, weil rasche Zu- und Abnahmen der Schwingungsamplitude zwischen Null-Wert und Zerstäubungswert im Spiel sind.

Ein weiterer Nachteil, der sich aus der raschen Änderung der Oszillation bzw. Vibration ergibt, besteht darin, daß größere Flüssigkeitströpfchen erzeugt werden und,insbesondere wenn geringe Flüssigkeitsvolumina zerstäubt werden müssen, ein Verspritzen von Flüssigkeitströpfchen unvermeidbar ist, was die Zerstäubung gleichförmig großer Flüssigkeitsteilchen schwierig macht. Insbesondere bei Inhalationsgeräten für die Inhalationstherapie von Erkrankungen der Atemwege, bei der das zerstäubte flüssige Medikament inhaliert wird, ist es erforderlich, die Zerstäubungsmenge über einen enormen Bereich von sehr kleinen Mengen zu relativ großen Mengen, je nach Zustand des Patienten, zu steuern.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es bei einem flüssigen Medikament hoher Zähigkeit nicht nur schwierig ist, einen feinen Nebel zu erreichen, sondern darüber hinaus unmöglich, die Zerstäubungsmenge exakt zu steuern. Es ist daher Ziel der Erfindung, eine Zerstäubungssteuerung für einen Ultraschallzerstäuber zu schaffen, die selbst bei kleinen zu zerstäubenden Mengen eine konstante und genaue Teilchengrößensteuerung in der zerstäubten Flüssigkeit liefert und damit einen feinen Nebel eines Medikaments oder dergleichen zu erzeugen in der Lage ist.

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Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Zerstäubungssteuerung zu schaffen, die nur einen kleinen Stromstoß erfordert und einen vergleichsweise geringen Stromverbrauch zur Folge hat.

Im wesentlichen besteht die Steuerung gemäß der Erfindung darin, daß ein Ultraschallvibrator in einem teilerregten Zustand gehalten und die Ausgangsgröße der Oszillatorschaltung wiederholt von einem Nicht-Zerstäubungswert auf einen Zerstäubungswert angehoben und wieder von letzterem Wert auf ersteren Wert abgesenkt wird, um damit die Menge und den Grad der Zerstäubung zu steuern.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt
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Fig. 1 ein Blockschaltbild der Zerstäubungssteuerung für einen Ultraschallzerstäuber gemäß der Erfindung ,

Fig. 2 eine spezifische Schaltung mit der Ultraschallvibratorschaltung und Treiberschaltung, die in Fig. 1 wiedergegeben sind,

Fig. 3 eine Ausyangswellenform des Ultraschallvibrator gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 eine andere Ausgaricjswellenform des Ultraschallvibrator .

Eine Ultraschallvibratorschaltung 32 umfaßt eine Gleichrichtungsschaltung 321, die eine Wechselspannung einer Spannungsquelle 34 in eine Gleichspannung umwandelt und diese einer Konstantspannungsschaltung 35 eingibt, und eine Treiberschaltung 40, die eine hochfrequent oszillier-

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ende Spannung auf einen Ultraschallvibrator 11 gibt.

Die Konstantspannungsschaltung 35 gibt die konstante Gleichspannung auf eine rlüssickeitsstandsnachweisschaltung 36 eine Generatorschaltung 33 für veränderbare Impulse und die Treiberschaltung 40.

Die Flussigkeitsstandsnachweisschaltunq 36 qibt ein Anhaltesignal auf die Treiberschaltung 4C oder die Generatorschaltung 33 fur die veränderbaren Impulse, um die Ultraschallschwingung anzuhalten, wenn über eine Nachweiseinrichtung 37 festgestellt worden ist, daß der Flüssigkeitsstand unter einen bestimmten Wert abgesunken ist.

Die Generatorschaltung 33 für veränderbare Impulse erzeugt kontinuierlich Impulse, deren Abstand und Amplitude in einer weiter unten beschriebenen Weise veränderbar ist und gibt diese Impulse auf die Treiberschaltung 40 und eine Betriebszustandsanzeigeschaltunq 38 zur Anzeige des Zerstäubungszustands.

Die Treiberschaltung 40 bewirkt, daß die Ultraschall-

vibratorschaltung 32 während des Zeitintervall des tiefen Wertes des veränderbaren Impulses eine Hochfrequenzvibrationsausgangsgröße verhältnismäßig großer Amplitude und während des Intervalls des hohen Werts des veränderbaren Impulses eine solche mit vergleichsweise kleiner Amplitude erzeugt.

Die Hochfrequenzvibrationsausgangsgröße wird auf den Ultraschallvibrator 11 gegeben, worauf dieser eine Ultraschallwelle erzeugt, die für die Zerstäubung der Flüssigkeit während des Intervalls des unteren Wertes des veränderbaren Impulses aber nicht während des Intervalls des hohen Wertes desselben zur Verfügung steht, obwohl sie den Vibrator dauernd erregt hält.

Fig. 2 ist ein elektrisches Schaltbild, das eine spezielle Verschaltung zwischen der Ultraschallvibratorschaltuncj 32 und der TreiberschalLunq 40 zeigt.

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Die Ultraschallvibratorschaltung 32 umfaßt eine VoIlweggleichrichtungsschaltung 321 zur Gleichrichtung der von der Wechselspannungsquelle 34 gelieferten Wechselspannung.

Mit den Ausgängen der Vollweggleichrichtungsschaltung 321 sind ein Hochfrequenzüberbrückungskondensator 322 und eine Reihenschaltung aus einer Spule 323, einem Leistungstransistor 324 und einer weiteren Spule 325 verbunden. Ein Kondensator 326 ist zwischen dem Kollektor des Leistungstransistors 324 und einer Masseleitung angeschlossen. Der Ultraschallvibrator 11 und ein in Reihe dazu liegender Kondensator 327 sind zwischen Basis und Kollektor des Transistors 324 angeschlossen, während ein Kondensator 328 zwischen Basis und Masseleitung angeschlossen ist.

Mit den Ausgängen der Gleichrichtungsschaltung 321 ist über einen Widerstand 329 eine Konstantspannungsschaltung 35 verbunden, die eine Zener-Diode 351 und einen dazu parallel geschalteten Glättungskondensator 352 umfaßt.

Die Treiberschaltung 40 umfaßt eine Reihenschaltuna aus einem Widerstand 41, einem Transistor 421 und einem Transistor 422, die zwischen der positiven Leitung der Konstantspannungsschaltung 35 und der Basis des Transistors 324 angeschlossen ist.

Dem Transistor 422 ist ein Widerstand 43 parallel geschaltet. Wenn der Transistor 421 von der Flüssiakeitsstandsnachweisschaltung 36 ein Nachweissignal erhält, das einen Mangel an Flüssigkeit wiedergibt, geht dieser in den Sperrzustand und beendet damit das Schwingen der Ultraschallvibratorschaltung 32.

Um eine freie Wahl verschiedener Ultraschallschwing uigsausgangswerte innerhalb des Zerstäubungsbereichs zu ermöglichen, wird bevorzugt, ein Ende eines jeden der Widerstände 411, 412 und 413, die alle verschiedene Werte haben, mit der positiven Leitung der Konstantspannungsschaltung 35 und das andere Ende mit einem Auswahlschalter 44 zu verbinden (siehe Fign. 2 und 4).

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Fig. 3 zeigt die Wellenform von Ausgangsimpulsen, d.h. Ultraschallschwingungsintervalle, einer Treiberschaltung 40, in der ein Widerstand 4 1 zur Lieferung eines einheitlichen Ultraschallschwingungswertes innerhalb des Zerstäubungsbereichs vorgesehen ist.

Die Arbeitsweise der Zerstäubungssteuerung gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fign. bis 4 im einzelnen beschrieben.

Die Flüssigkeitsstandsnachweisschaltung 36 hält den Transistor 421 im Durchlaßzustand, solange keine Anomalie nachgewiesen wird.

Die Generatorschaltung 33 zur Erzeugung veränderbarer Impulse, die aus einer bekannten veränderbaren Einrichtung zur Veränderung des Tastverhältnisses, also von Dauer und Frequenz, der Impulse besteht, gibt Impulse einer bestimmten Frequenz auf die Basis des Transistors 422, der durchgeschaltet wird, wenn der Wert des Eingangsimpulses auf tief ist, so daß ein verhältnismäßia großer Eingangsstrom auf den Leistungstransistor 324 gegeben wird. Die Ultraschallvibratorschaltung 32 funktioniert als Colpitts-Oszillatorschaltung und gibt auf den Ultraschallvibrator 11 ein Oszillationsausgangssignal verhältnismäßig großer Amplitude, solange der veränderbare Impuls auf niedrigem Wert ist, so daß der Ultraschallvibrator 1 eine Ultraschallschwingungsausgangsgröße erzeugt, die ausreicht, die Flüssigkeit zu zerstäuben.

Wenn der veränderbare Impuls der Generatorschaltunq 3 3 für veränderbare Impulse den hohen Wert annimmt, wird der Transistor 422 gesperrt.

Falls kein Widerstand 43 eingesetzt worden ist, wird dann kein Strom auf die Basis des Transistors 324 gegeben und die Ultraschallvibratorschaltung 32 nicht in Tätigkeit gesetzt.

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Da der Widerstand 43 dem Transistor 422 parallel geschaltet ist, wird ein kleiner Strom über die Widerstände 329 und 41, den Kollektor und Emitter des Transistors 421 und den Widerstand 43 auf die Basis des Leistunastransistors 324 gegeben, so daß der Ultraschallvibrator 11 eine Ultraschallwelle verhältnismäßig kleiner Amplitude erzeucit, die in dem Bereich lieqt, wo es nicht zu einer Zerstäubung kommt, beispielsweise ein Drittelcfcr vollen Zerstäubungsamplitude beträgt.

Danach wird abwechselnd, abhängig vom Ausgangswert der Generatorschaltung 33 für veränderbare Impulse, ein verhältnismäßig großes und ein verhältnismäßig kleines Ultraschallschwingungssignal erzeugt, um die Flüssigkeit zu zerstäuben oder sie unzerstäubt zu halten.

Da der Ultraschallvibrator 11 auf diese Weise dauernd im erregten Zustand gehalten und dabei bewirkt wird, daß das Vibratorausgangssignal zwischen einem Nicht-Zerstäubungswert, der höher als der dem nicht-erregten Zustand des Ultraschallvibrator entsprechende bekannte Wert liegt, und einem Zerstäubungswert oder umgekehrt synchron mit dem Ausgangsimpuls der Impulserzeugungsschaltung übergeht, sind Stromstöße in erheblichem Maße vermindert, mit dem Ergebnis, daß das Verspritzen von Flüssigkeit durch große Stromstöße verhindert ist und ein feiner gleichförmiger Nebel von Flüssigkcitspartikeln erzeugt wird.

Bei obiger Ausführungsform läßt sich die Zerstäubungsmenge veränderbar steuern, indem das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse der Generatorschaltun" 33 für veränderbare Impulse verändert wird.

Fig. 4 zeigt die Wellenformen des Ultraschallschwingungsausgangssignals, die man erhält, \*fenn anstelle des Widerstands 41 Widerstände 411 bis 413 mittels des Auswahlschalters 44 eingeschaltet werden.

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Der Widerstand 411 hat einen verhältnismäßig großen Widerstandswert, der Widerstand 412 einen Zwischenwiderstandswert und der Widerstand 413 einen verhältnismäßig kleinen Widerstandswert.

Wenn der Widerstand 411, d.h. die in Fig. 4 gezeigte Betriebsart 1, ausgewählt wurde, wird ein verhältnismäßig kleiner Strom auf die Basis des Leistungstransistors 324 während des tiefen Werts des veränderbaren Impulses gegeben, der den Transistor 422 durchschaltet, und die Ultraschallvibratorschaltung 32 bewirkt, daß der Ultraschallvibrator 11 in einem Bereich schwingt, der die Zerstäubung einer geringen Flüssigkeitsmenge bewirkt. Umgekehrt wird während des hohen Werts des veränderbaren Impulses, der den Transistor 4 22 in den Sperrzustand bringt, ein geringer Strom, der durch den Wert des Widerstands 4 3 bestimmt wird, auf die Basis des Leistungstransistors 324 gegeben, und die Ultraschallvibratorschaltung 32 bewirkt, daß der Ultraschallvibrator 11 in einem Bereich der Nicht-Zerstäubung schwingt. Wurde durch eine entsprechende Einstellung des Auswahlschalters 44 der Widerstand 412, d.h. die in Fig. 4 gezeigte Betriebsart 2, gewählt, wird während des tiefen Wertes des veränderbaren Impulses ein Basisstrom eines Zwischenwerts, der für eine Zerstäubung der Flüssigkeit ausreicht, auf den Leistunqstransistor 324 gegeben, während während des hohen Wertes des veränderbaren Impulses ein kleiner Basisstrom, der für eine Zerstäubung der Flüssigkeit nicht ausreicht, auf den Transistor 324 gegeben wird, so daß eine Ultraschallschwingung eines Zwischenwerts für die Zerstäubung einer mittleren Menge erzeugt wird.

Wurde durch geeignete Stellung des Auswahlschalters 44 der Widerstand 413, d.h. die in Fig. 4 gezeigte Betriebsart 3, gewählt, so wird während des tiefen Wertes des veränderbaren Impulses ein verhältnismäßig großer

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Basisstrom, der für eine Zerstäubung der Flüssigkeit ausreicht, auf den Leistungstransistor 324 gegeben, während während des hohen Werts des veränderbaren Impulses ein durch den Wert des Widerstands 43 bestimmter sehr kleiner Strom auf den Transistor 324 gegeben wird, so daß eine große Flüssigkeitsmenge zerstäubt wird.

Das Vorsehen einer solchen Änderung von Amplitude und Tastverhältnis ist für eine präzise Steuerung der Zerstäubung wünschenswert. 10

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Claims (3)

1. Zerstäubungssteuerung für einen Ultraschallzerstäuber

   Priorität: 9. Januar 1979 - JAPAN - Nr. 1836/1979

   PATENTANSPRÜCHE

   1 . J Zerstäubungssteuerungseinrichtunci für einen Ultraschallzerstäuber mit einer Oszillatorschaltung zur Erzeugung veränderbarer Impulse, einer Ultraschallvibratorschaltung, deren Schwingung von der Ausgangsgröße der Oszillatorschaltung zur Erzeugung veränderbarer Impulse abhängt, und einem Ultraschallvibrator, der durch das Ausgangssignal der Ultraschallvibratorschaltung erregt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Ultra-

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   schallvibrator (11) abwechselnd zur Schwingung bei einem hohen Wert, der für eine Zerstäubung der Flüssigkeit ausreicht, und einem niedrigen Wert, der für eine Zerstäubung der selben nicht ausreicht, gebracht ist. 5
2. 2. Zerstäubungssteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis von Dauer der Schwingung bei hohem Wert zu derjenigen bei niedrigem Wert veränderbar ist.
3. 3. Zerstäubungssteuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwingungsamplitude bei hohem Wert veränderbar ist.

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