DISEÑO DE UN EQUIPO GENERADOR DE ULTRASONIDO DE ALTA POTENCIA

VI Foro Internacional de Innovación TecnológicaFOINTEC - 2009

Miguel Adolfo López OrtegaIngeniero FísicoUniversidad del Cauca - Colombia

Ultrasonido

Onda Longitudinal de presión

Aplicaciones del Ultrasonido

BAJA POTENCIA

o Equipos para ensayos no destructivos.o Medición de propiedades elásticas de materiales.o Equipos de diagnóstico médico.o Sensores de proximidad.

Transmisión de energía al medio

Información del medio

Aplicaciones del Ultrasonido

ALTA POTENCIA

o Atomizadores de líquidos.o Limpieza de materiales.o Soldadura y homogenización de materiales.o Equipos de estética, fisioterapia y terapia medica.

Transmisión de energía al medio

Modificación del medio

Aplicaciones del Ultrasonido

NORMA TÉCNICA DE FABRICACIÓN

NTC – IEC 60601

NTC – IEC 60601–2–5

Equipos electromédicos.Parte 2.5. Requisitos particulares para la seguridad de los equipos terapéuticos de ultrasonido

Generación del Ultrasonido

EFECTO PIEZO-ELECTRICO INVERSO

f < 100kHzLongitudinal: E || F

f > 100kHzTransversal: E F

Generación del Ultrasonido

CAPACITANCIA ASOCIADA

C1 Capacitancia ElectrodosC2 Elasticidad CristalL1 Masa Vibrante CristalR1 Perdidas Internas Cristal

Generación del Ultrasonido

TIPOS DE TRANSDUCTORES

Titanatos Zirconatos de Plomo

ALTA POTENCIA

o PZT – 4o PZT – 5 Ao PZT – 6Bo PZT – 7 Ao PZT – 8

Generación del Ultrasonido

ACOPLE DE IMPEDANCIAS

ELÉCTRICA

ACÚSTICA

Equipo US1&3MHz

OSCILADOR ANALÓGICO

o Amplio BWo Descalibración temporalo Efecto Temperaturao Offset DCo Difícil de calibrar (MHH)o Oscilador individual (1MHz & 3MHz)o Difícil de controlaro Sin modulación de ondao Dificultad de ensamble

o Ruido eléctricoo Mal funcionamientoo Desgaste de los componentes

Equipo US1&3MHz

uC

OSCILADOR

MODULACIÓNCONTROLPOTENCIA

CONTROLTEMPERATURA

CONTROLPRESENCIA

CONTROLSESIÓN

CALIBRACIÓN

VISUALIZACIÓN

VARIABLES

OSCILADOR

LTC6903/04

o 1kHz < f < 68MHzo Error Frecuencia < 1.1%o Resolución 0.1%o Pin de habilitación por Hardware

o Oscilador internoo 2.7v < Vs < 5.5vo SPI™ o I²C™o Salida TTL

MODULACIÓN

Frecuencias Moduladoras

o 16Hzo 48Hzo 100Hz

Ciclo útil de trabajo

o 10%o 20%o 25%o 50%o 75%Modulación de

Amplitud

Timer 2

setup_timer_2(T2_DIV_BY_4,124,1);0.5mS@4MHz

CONTROL DE POTENCIA

Cruce por cero

Disparo GATE

CCP1 + Timer0

CONTROL TEMPERATURA

o -55°C < T < 125°Co ± 0.5 °C de Resolucióno 9 bits de resolucióno 1 – Wire, Parasite Power

CONTROL PRESENCIA

o Numero serial único de 64 bitso Unicidad Equipo – Cabeza de tratamientoo Producción en línea mas simple

CONTROL SESIÓN

POTENCIA

0.1 W/cm² - 2.0 W/cm² @ 1MHz0.1 W/cm² - 3.0 W/cm² @ 3 MHz

∆P = 0.1 W/cm²

TIEMPO DESESIÓN

1 minuto – 30 minutos∆t = 1 minuto

MODO DETRABAJO

Continuo

Modulado

16 Hz @ 10%, 20%, 25%, 50%, 75%48 Hz @ 10%, 20%, 25%, 50%, 75%100Hz @ 10%, 20%, 25%, 50%, 75%GUARDAR

Potencia, Tiempo , Modo20 Memorias

CARGAR Potencia, Tiempo, Modo

MENÚSESIÓN

CALIBRACIÓN

RS232

Fijar Frecuenci

a

UPT–DT–100AV

Barrido Potencia

Leer Potencia

GuardarMáximo

Identificación Cabeza de tratamiento

Guardar

VISUALIZACIÓN VARIABLES

POTENCIA

W/cm²TEMPERATURA

CONTROL DE

CALIDAD

µControlador

o 32kB ROMo 1.5kB RAMo 256 B EEPROMo 2 Timer 8bitso 2 Timer 16 bitso 2 Módulos CCPo 1 Master Synchronous Serial Port SPI™, I²C™.o USARTo ICSP™o Arquitectura optimizada para C

Lenguaje de Alto Nivel

o mcc18 Microchip®o MikroC o CCS

Disposición Interna

Caja Exterior

CONCLUSIONES

o El uso de microcontroladores en dispositivos que involucren medidas y control de variables, aumentan la trazabilidad del proceso de producción, gracias a la estandarización de procesos, como el proceso de calibración.o Gracias a los diferentes módulos de comunicación que posen los microcontroladores, se puede hacer uso de diversos dispositivos dedicados, como los son generadores de frecuencia, sensores de temperatura, etc.o El uso de lenguajes de alto nivel en microcontroladores optimizados para este fin, permiten enfocarse, de una manera mas precisa, al desarrollo de aplicaciones de usuario en general.

o Es importante conocer las bases físicas de los procesos involucrados en el desarrollo de prototipos, con el fin de no caer en supuestos errores indescifrables en el desarrollo del mismo.

GRACIAS