NL2000797C2

NL2000797C2 - Waterdichte ultrasoon transducer.

Info

Publication number: NL2000797C2
Application number: NL2000797A
Authority: NL
Inventors: Cornelius Petrus Maria Luykx
Original assignee: Luykx Patenten B V I O
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-02-10
Also published as: WO2009020392A2; WO2009020392A3

Description

Q.2ET00

WATERDICHTE ULTRASOON TRANSDUCER

5 De uitvinding heeft betrekking op een ultrasoon transducer, omvattende ten minste een althans in hoofdzaak schijfvormig piëzo-elektrisch kristal en ten minste twee aan weerzijde in axiale richting van het piëzo-elektrische kristal aangebrachte resonantiemassa's. In het bijzonder heeft de 10 uitvinding betrekking op een ultrasoon transducer voor het bestrijden van micro-organismen in een vloeistof.

Een veel voorkomend probleem in met name stilstaand oppervlaktewater is de groei van algen daarin. Het gaat hier 15 met name om draad-, zweef en/of blauwalgen die door hun groei alle zuurstof uit het water doen verdwijnen en daarmee al het andere leven in het water onmogelijk maken. Bovendien zijn dergelijke algen een bedreiging voor de gezondheid wanneer er door personen in het betreffende water gezwommen wordt.

20

Een bekende oplossing voor het voorkomen en/of verhelpen van bovengenoemd probleem is het blootstellen van de algen aan ultrasoon geluid. Onder invloed van dit ultrasone geluid zal een met vocht gevuld blaasje in de cellen van de algen, 25 vacuolen genaamd, gaan resoneren en uiteindelijk knappen waardoor de cellen sterven en daarmee ook de algen.

Voorwaarde hiervoor is dat de algen worden blootgesteld aan ultrageluid met een frequentie waardoor deze vacuolen gaan resoneren, opgemerkt moet worden dat deze frequentie tussen 30 verschillende algensoorten en andere micro-organismen kan verschillen.

In een bekende inrichting voor het toedienen van ultrasone geluidsgolven aan algen wordt een transducer van de in de 2 aanhef vermelde soort in een cilindervormige huls geplaatst en wordt deze huls afgevuld en afgedicht met kunststof om deze waterdicht te maken. Een probleem van deze inrichting is het dempende effect op de door een piëzo-elektrische kristal 5 in trilling gebrachte resonantiemassa's door dit kunststof, waardoor het rendement van deze inrichting niet optimaal is. Een input van 50 Watt aan energie levert bijvoorbeeld maar een ultrasoon uitgangsvermogen van 2 Watt. Inherent aan dit probleem is dat dergelijke inrichtingen voorzien moeten zijn 10 van krachtige energiebronnen, bijvoorbeeld afkomstig van het elektriciteitsnet of generatoren, waardoor deze inrichting niet inzetbaar is in afgelegen of grotere oppervlaktewateren.

Het doel van de uitvinding is de stand van de techniek te 15 verbeteren en wel om te voorzien in een efficiënte, goedkope en breed inzetbare ultrasoon transducer.

Hiertoe heeft de transducer van de in de aanhef vermelde soort als bijzonderheid dat de transducer voorts voorzien is 20 van afdichtmiddelen aangebracht tussen de resonantiemassa's, waarbij de resonantiemassa's en de afdichtmiddelen een waterdichte behuizing vormen. Doordat de resonantiemassa's zelf de behuizing vormen vindt er een zeer efficiënte overdracht van ultrasone energie naar het water plaats. In 25 tegenstelling tot de bekende transducer resoneert hierbij de behuizing zelf. Het rendement van de transducer ligt hierdoor vele malen hoger, waardoor met een kleinere energiebron volstaan kan worden ter bestrijding van micro-organismen in een vloeistof, bijvoorbeeld een oppervlaktewater.

Opgemerkt moet worden dat onder micro-organismen in het bijzonder, maar niet beperkend tot, algen, schimmels, biolagen en bacteriën verstaan moeten worden. Ook kan de 30 3 ultrasoon transducer volgens de uitvinding worden gebruikt voor het bestrijden van virussen in een vloeistof.

5 In een voorkeursuitvoeringsvorm van een ultrasoon transducer overeenkomstig de uitvinding zijn de afmetingen van de resonantiemassa's in radiale richting groter dan het piëzo-elektrische kristal. Aangezien alleen het piëzo-kristal van elektrische stroom voorzien hoeft te worden in de transducer, 10 kan deze door een dergelijke opbouw eenvoudig afgedicht worden. Daar de resonantiemassa's geaard zijn, zoals zal blijken, kunnen zij in combinatie met de afdichtmiddelen uitstekend dienst doen als behuizing. Bij voorkeur zijn de afdichtmiddelen voorzien van een waterdichte doorgang voor de 15 stroomtoevoermiddelen voor het piëzo-elektrische kristal.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een ultrasoon transducer volgens de uitvinding omvatten de afdichtmiddelen een buisstuk aangebracht tussen de resonantiemassa's. Bij 20 voorkeur komt de omtrekvorm van het buisstuk overeen met de omtrekvorm van de resonantiemassa's, waardoor een goede afsluiting van de ruimte tussen de resonantiemassa's wordt verkregen.

25 In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een ultrasoon transducer volgens de uitvinding zijn de resonantiemassa's voorzien van een groef voor het daarin opnemen van de afdichtmiddelen en bij voorkeur is de groef in een althans in hoofdzaak radiale omtrek van een resonantiemassa aangebracht. 30 In de tegenover elkaar liggende groeven aangebracht in ieder van de resonantiemassa's kunnen de afdichtmiddelen, bijvoorbeeld het buisstuk, opgenomen worden.

4

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een ultrasoon transducer overeenkomstig de uitvinding omvatten de afdichtmiddelen ten minste een elastische afdichtingsring en bij voorkeur omvatten de afdichtmiddelen ten minste twee 5 afdichtingsringen. Dergelijke afdichtingsringen garanderen een waterdichte afsluiting tussen de afdichtmiddelen en ieder van de resonantiemassa's. Meer bij voorkeur zijn dergelijke ringen aangebracht in de eerdergenoemde groeven, waarop de afdichtmiddelen, bijvoorbeeld het buisstuk, aangebracht 10 worden. Nog meer bij voorkeur zijn dergelijke ringen vervaardigd van een rubberachtig materiaal.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een ultrasoon transducer volgens de uitvinding zijn de afdichtmiddelen 15 tussen de resonantiemassa's ingeklemd, wat vooral in combinatie met de eerder genoemde afdichtingsringen en aangebrachte groeven tot een waterdicht systeem leidt, waarbij de afdichtingsringen enigszins vervormen in de aangebrachte groeven en daardoor een waterdichte verbinding 20 tussen de afdichtmiddelen en de resonantiemassa's creëren.

Opgemerkt moet worden dat de afdichtmiddelen niet gelimiteerd zijn tot de hierboven vermelde uitvoeringsvormen, in bepaalde gevallen kan bijvoorbeeld ook volstaan worden met alleen een, 25 voor dit geval hoger uitgevoerde, afdichtingsring of bijvoorbeeld waterwerend isolatieschuim aangebracht tussen beide resonantiemassa's.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een transducer 30 volgens de uitvinding is voorzien meerdere piëzo-elektrische kristallen, waarbij de kristallen bij voorkeur in serie in axiale richting geplaatst zijn waardoor het uitgangsvermogen van de transducer vergroot kan worden.

5

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een transducer volgens de uitvinding komt de lengte van ten minste een resonantiemassa in axiale richting overeen met de golflengte van het uit te stoten ultrasone geluid. Wanneer een lengte 5 van een resonantiemassa overeenkomt met de uit te stoten golflengte van het ultrasoon geluid, is de energie benodigd om een dergelijke geluidsgolf uit te zenden significant lager dan wanneer deze lengtes niet overeenkomen. Een dergelijke opbouw komt het rendement van de transducer dus ten goede.

10 In een uitvoeringsvorm komen beide lengtes van de resonantiemassa's overeen, waarbij beide resonantiemassa's zullen resoneren en waardoor aan beide zijden van de transducer een ultrasone geluidsgolf uitgezonden wordt. In een andere uitvoeringsvorm zijn de lengtes van de 15 resonantiemassa's in axiale richting onderling verschillend, waarbij alleen de resonantiemassa met de met de golflengte overeenkomende lengte zal resoneren en een geluidsgolf zal uitzenden. Afhankelijk van de beoogde locatie en/of inzet van de transducer kan de ene uitvoering de voorkeur genieten 20 boven de ander, te denken valt aan het aanbrengen van een transducer aan de rand van een zwembad, waar alleen aan een zijde gericht naar het bad uitgezonden hoeft te worden.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een transducer 25 volgens de uitvinding is de transducer althans in hoofdzaak cilindervormig en bij voorkeur zijn de resonantiemassa's onderling verbonden door een staafvormig verbindingselement, waarbij het verbindingselement aan beide uiteinden is voorzien van uitwendig schroefdraad wat kan worden opgenomen 30 in inwendig schroefdraad aangebracht in daarvoor bestemde holtes in de resonantiemassa's. Op deze manier wordt op een eenvoudig manier in een stevige verbinding tussen beide massa's voorzien. Meer bij voorkeur is het verbindingselement 6 geleidend voor stroom. Aangezien de resonantiemassa's geaard dienen te zijn, kan met een dergelijke verbinding volstaan worden met een aardingsverbinding aan een van de massa's. Opgemerkt moet worden dat de aarding bij voorkeur plaatsvindt 5 door eenzelfde leiding waardoor de stroomtoevoer plaatsvindt voor het piëzo-elektrische kristal.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een transducer volgens de uitvinding is het piëzo-elektrisch kristal althans 10 in hoofdzaak ringvormig, waarbij het verbindingselement zich door de doorgang van het kristal uitstrekt en bij voorkeur is het verbindingselement ter plaatse van het kristal voorzien van elektrische isolatiemiddelen, aangezien het verbindingselement dient ter aarding van de massa's. Het 15 aanbrengen van het kristal over het verbindingselement en het daarna aanschroeven van de twee resonantiemassa's heeft een eenvoudige en compacte constructie tot gevolg, waarbij bij het aanschroeven van de massa's de afdichtmiddelen aangebracht tussen de massa's bij voorkeur ingeklemd raken en 20 daardoor stevig verbonden worden, wat een waterdichte afsluiting tot gevolg heeft.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een transducer volgens de uitvinding is de transducer voorzien van 25 drijfmiddelen en ophangmiddelen. Bij voorkeur omvatten de drijfmiddelen een boei of gelijksoortige inrichting met drijfvermogen. Hierdoor kan een transducer overeenkomstig de uitvinding bij voorkeur vlak onder het vloeistofoppervlak worden opgehangen met de ophangmiddelen, waarbij de 30 transducer bij voorkeur in althans in hoofdzaak horizontale richtingen geluidsgolven uitzendt. Dit is gunstig aangezien bijvoorbeeld de algengroei hoofdzakelijk plaatsvindt aan het oppervlak en hierdoor dus een groter oppervlak van het 7 oppervlaktewater bestreken kan worden. Meer bij voorkeur omvatten de ophangmiddelen stroomtoevoermiddelen voor het piëzo-elektrische kristal, waardoor geen extra verbinding tussen transducer en drijver nodig is. Nog meer bij voorkeur 5 zijn de drijfmiddelen voorzien van middelen ter voorkoming van afdrijving van de drijfmiddelen, bijvoorbeeld in de vorm van een (drijf)anker.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van een transducer 10 volgens de uitvinding is de transducer voorzien van zonnecollectoren en bij voorkeur zijn de zonnecollectoren op de drijfmiddelen, bij voorkeur een boei, aangebracht. Door het hoge rendement van de transducer overeenkomstig de uitvinding is het mogelijk deze te voorzien van stroom 15 afkomstig van zonnepanelen. Het moge duidelijk zijn dat een dergelijke samenstelling de inzetbaarheid van de transducer drastisch vergroot, aangezien geen verbinding met de kant meer nodig is voor stroomtoevoer. Meer bij voorkeur is/zijn de transducer en/of de drijfmiddelen voorzien van een 20 batterij waarin overtollige elektriciteit opgewekt door het zonnepaneel opgeslagen wordt, waardoor ook bij gebrek aan zonlicht de transducer kan werken.

Opgemerkt moet worden dat de uitvinding zich niet beperkt tot 25 een transducer voor gebruik bij het bestrijden van micro- organismen, maar betrekking heeft op een algemene waterdichte ultrasoon transducer, waarbij bijvoorbeeld te denken valt aan ultrasone transducers voor gebruik in proefopstellingen, andersoortige reinigingsinrichtingen of als 30 visualisatiemiddel. Ook kan de transducer volgens de uitvinding worden ingezet in een andere vloeistof dan van een oppervlaktewater om daarin micro-organismen en/of virussen te bestrijden, waarbij te denken valt aan opslagtanks voor 8 vloeistoffen, waterleidingen of fonteinen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven figuren, waarbij: 5 - Figuur 1 een voorkeursuitvoeringsvorm van een ultrasoon transducer half opengewerkt schematisch toont; 10 - Figuur 2 schematisch een explosieaanzicht van de ultrasoon transducer uit figuur 2 weergeeft, en; - Figuur 3 schematisch een inrichting voor het algenvrij houden van een oppervlaktewater volgens 15 de uitvinding weergeeft.

In de figuren 1 en 2 is een waterdichte ultrasoon transducer 1 weergegeven. Zoals weergeven heeft de transducer 1 een althans in hoofdzaak cilindrische opbouw, waarbij twee 20 resonantiemassa's 3a en 3b aan weerszijden in axiale richting van een piëzo-elektrisch kristal 2 zijn aangebracht. In verbonden toestand, zoals weergegeven in figuur 1, raken de resonantiemassa's 3a (gestippeld weergegeven) en 3b het piëzo-elektrische kristal 2, zodat wanneer het kristal 2 25 onder toediening van stroom zal gaan vervormen, de massa's 3a en 3b ook mee zullen vervormen en bij voorkeur zullen gaan resoneren. Hierdoor zal aan de zijden 17a en 17b van resonantiemassa's 3a en 3b een ultrasone geluidsgolf uitgezonden worden in axiale richting.

Opgemerkt moet worden dat het kristal 2 vervormt in de frequentie van het aangeboden elektriciteitssignaal dat bij voorkeur blokvormig is, dat wil zeggen een afwisselend 30 9 onderbroken stroom, dat aan het kristal 2 aangeboden wordt.

Lengtes 10a en 10b van de resonantiemassa's 3a en 3b in axiale richting komen in deze uitvoeringsvorm beide overeen 5 met de uit te stoten golflengte van de ultrasone geluidsgolf en daarmee met de vervormingsfrequentie van het kristal 2.

Het vervormen van de massa's 3a en 3b in de eigenfrequentie heeft tot gevolg dat de massa's 3a en 3b gaan resoneren onder toediening van relatief weinig energie aan het kristal 2 10 vergeleken met wanneer de lengtes 10a en/of 10b niet overeenkomen met de betreffende golflengte. Aangezien beide lengtes 10a en 10b gelijk zijn en overeenkomen met de uit te stoten golflengte, zal de transducer aan beide uiteinden 17a en 17b een ultrasone geluidsgolf uitzenden.

15

Zoals weergegeven, zijn de resonantiemassa's 3a en 3b in radiale richting groter dan het kristal 2, waardoor de afstand tussen de massa's 3a en 3b afgesloten kan worden. In deze uitvoeringsvorm is er voorzien in een buissegment 4 die 20 tussen beide massa's 3a en 3b aangebracht kan worden. Hiertoe is in de buitenste rand van de massa's 3a en 3b in radiale richting gezien een groef 6 aangebracht. Echter, ook denkbaar is het dat de groef meer naar het centrum van de massa's 3a en 3b aangebracht wordt, waardoor er een groef ontstaat met 25 een U-vormige dwarsdoorsnede. Ook is er voorzien in twee rubberen afdichtingsringen 5a en 5b die ieder in de groeven 6 van respectievelijk de massa's 3a en 3b aangebracht worden, waardoor er na aanbrengen van het buissegment 4 in de groeven 6 een waterdichte afsluiting tussen de massa's 3a en 3b 30 ontstaat. Opgemerkt moet worden dat het buissegment 4 licht klemmend tussen de massa's 3a en 3b vastgehouden wordt, waardoor de ringen 5a en 5b in de groeven 6 enigszins vervormen en zo de afdichting verbeteren.

10

Voorts is het buissegment 4 voorzien van een gat 7 waarin een waterdicht aansluitstuk 8 is aangebracht voor het verbinden van een stroomdraad 9 aan de transducer 1. De stroomdraad 9 wordt verbonden aan het kristal 2 via een aansluiting 16 voor 5 het toedienen van het blokvormige elektriciteitssignaal om het kristal 2 te laten vervormen en aan een aansluiting 15 om de resonantiemassa's 3a en 3b te aarden, aangezien voor dit vervormen van het kristal 2 de andere zijden van het kristal 2, ter plaatse van de massa's 3a en 3b, geaard dienen te 10 zijn.

Ter verbinding van de resonantiemassa's 3a en 3b onderling zijn de beide massa's 3a en 3b voorzien van uitsparingen 13a en 13b waarin inwendig schroefdraad is aangebracht. In deze 15 uitsparingen 13a en 13b grijpt een van uitwendig schroefdraad voorziene staaf 11 aan, waardoor beide massa's 3a en 3b op elkaar geschroefd kunnen worden en waardoor het buissegment 4 enigszins klemmend tussen beide massa's vastgehouden kan worden. Het kristal 2 is hiertoe dan ook ringvormig 20 uitgevoerd waarbij de staaf 11 door een opening 14 steekt.

Aangezien beide oppervlakken in axiale richting van het kristal 2 geaard dienen te zijn is de staaf 11 geleidend uitgevoerd en aangezien de massa's 3a en 3b zelf ook 25 geleidend zijn, is via de aansluiting 15, massa 3a en de staaf 11 de resonantiemassa 3b ook geaard. Ter isolering ter plaatse van het kristal 2 wordt er om de staaf 11 een kunststof buissegment 12 aangebracht.

30 In figuur 3 is een inrichting 20 voor het algenvrij houden van een oppervlaktewater 21 afgebeeld, waarbij de transducer 1 volgens de uitvinding gebruikt wordt. Hiertoe is de transducer 1 via de stroomdraad 9 verbonden aan een boei 19, 11 waarbij de transducer 1 vlak onder het wateroppervlak hangt. Op deze boei 19 zijn zonnecollectoren 18 geplaatst voor het leveren van stroom aan de transducer 1. Gezien de efficiëntie van de transducer 1 kan deze werken zonder dat er 5 stroombronnen vanaf de kant van het water nodig zijn, waardoor de inrichting 20 flexibel inzetbaar is. Bij voorkeur is de inrichting 20 voorzien van een batterij, waarin overtollige elektriciteit kan worden opgeslagen die kan worden aangesproken bij een afwezige zon. De inrichting 20 is 10 voorts voorzien van middelen 22 om het afdrijven tegen te gaan, in deze uitvoering een ketting 23 verbonden aan een blok 24 die op de bodem ligt, in andere uitvoeringen kan gebruik worden gemaakt van bijvoorbeeld een anker.

15 De transducer 1 zoals weergegeven in figuur 3 zendt aan beide uiteinden 17a en 17b ultrasone geluidsgolven 25 uit en aangezien de axiale as van de transducer 1 althans in hoofdzaak parallel is met de waterspiegel, worden de golven 25 in horizontale richting uitgezonden, waardoor een groot 20 oppervlak bestreken kan worden. In combinatie met het feit dat de transducer bij voorkeur vlak onder het wateroppervlak wordt opgehangen, is dit bijzonder voordelig, aangezien algengroei zich voornamelijk voordoet nabij dit oppervlak.

Claims

1. Ultrasoon transducer, omvattende ten minste een althans in hoofdzaak schijfvormig piëzo-elektrisch kristal en 5 ten minste twee aan weerzijde in axiale richting van het piëzo-elektrische kristal aangebrachte resonantiemassa's, met het kenmerk, dat de transducer voorts voorzien is van afdichtmiddelen aangebracht tussen de resonantiemassa's, waarbij de 10 resonantiemassa's en de afdichtmiddelen een waterdichte behuizing vormen.

2. Ultrasoon transducer volgens conclusie 1, waarbij de afmetingen van de resonantiemassa's in radiale richting 15 groter zijn dan het piëzo-elektrische kristal.

3. Ultrasoon transducer volgens conclusie 1 of 2, waarbij de resonantiemassa's zijn voorzien van een groef voor het daarin opnemen van de afdichtmiddelen. 20

4. Ultrasoon transducer volgens conclusie 3, waarbij de groef in een althans in hoofdzaak radiale omtrek van een resonantiemassa is aangebracht.

5. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 4, waarbij de afdichtmiddelen een buisstuk aangebracht tussen de resonantiemassa's omvatten.

6. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 3 tot en met 5, waarbij de afdichtmiddelen ten minste een elastische afdichtingsring omvatten..

7. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 6, waarbij de afdichtmiddelen tussen de resonantiemassa's zijn ingeklemd.

8. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 7, waarbij voorzien is in meerdere piëzo-elektrische kristallen.

9. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande 10 conclusies 1 tot en met 8, waarbij de lengte van ten minste een resonantiemassa in axiale richting overeenkomt met de golflengte van het uit te stoten ultrasone geluid.

10. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 9, waarbij de lengtes van de resonantiemassa's in axiale richting onderling verschillend zijn.

11. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 10, waarbij de transducer althans in hoofdzaak cilindervormig is.

12. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande 25 conclusies 1 tot en met 11, waarbij de resonantiemassa's onderling verbonden zijn door een staafvormig verbindingselement, waarbij het verbindingselement aan beide uiteinden is voorzien van uitwendig schroefdraad wat kan worden opgenomen in inwendig schroefdraad 30 aangebracht in daarvoor bestemde holtes in de resonantiemassa's.

13. Ultrasoon transducer volgens conclusie 12, waarbij het piëzo-elektrisch kristal althans in hoofdzaak ringvormig is, waarbij het verbindingselement zich door de doorgang van het kristal uitstrekt.

14. Ultrasoon transducer volgens conclusie 12 of 13, waarbij het verbindingselement ter plaatse van het kristal voorzien is van elektrische isolatiemiddelen.

15. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande 10 conclusies 1 tot en met 14, waarbij de afdichtmiddelen voorzien zijn van een waterdichte doorgang voor stroomtoevoermiddelen voor het piëzo-elektrische kristal.

16. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 1 tot en met 15 voor het bestrijden van micro-organismen in een vloeistof.

17. Ultrasoon transducer volgens conclusie 16, waarbij de 20 transducer is voorzien van drijfmiddelen en ophangmiddelen.

18. Ultrasoon transducer volgens conclusie 17, waarbij de ophangmiddelen stroomtoevoermiddelen voor het piëzo- 25 elektrische kristal omvatten.

19. Ultrasoon transducer volgens een der voorgaande conclusies 16 tot en met 18, waarbij de transducer voorzien is van zonnecollectoren.