本發(fā)明涉及超聲富集分離，尤其涉及一種超聲富集分離系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在許多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)流體介質(zhì)中懸浮物的富集分離是重要而又必不可少的一道工序，而能夠?qū)崿F(xiàn)懸浮物富集分離的方法，如沉淀，離心分離等已經(jīng)在許多工業(yè)領(lǐng)域有了比較成熟的應(yīng)用。但是隨著科學(xué)的進(jìn)步和人們實踐領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)方法的固有缺陷對它們的應(yīng)用范圍形成了很大的限制。

2、將超聲波用于流體介質(zhì)中懸浮物的富集分離在上世紀(jì)三十年代就被提出，超聲富集分離技術(shù)在食品加工、石化、制藥、生物醫(yī)學(xué)和污水處理領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。超聲富集分離的原理為：超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可以在特定條件下形成駐波場，這種駐波場產(chǎn)生的聲壓梯度能夠?qū)Σ煌芏群痛笮〉念w粒施加不同的作用力，將它們引導(dǎo)到駐波的節(jié)點或反節(jié)點區(qū)域；超聲波的聲壓梯度作用，使得顆粒可以根據(jù)其物理特性(如密度、大小等)在樣品中實現(xiàn)精確的分離和富集。

3、目前的超聲富集分離系統(tǒng)一般都是根據(jù)顆粒被駐波場驅(qū)動所需的作用力提前設(shè)定好超聲波輸出參數(shù)，但在實際應(yīng)用過程中，由于顆粒在富集分離過程中會受到各種環(huán)境因素(如溫度等)的影響，顆粒在溶液中實際的富集分離速度、路徑等都會與理論值具有一定偏差，若僅按照理論上所需的作用力設(shè)置超聲波輸出參數(shù)，容易導(dǎo)致顆粒在溶液中富集分離效果差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種超聲富集分離系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的超聲富集分離系統(tǒng)僅按照理論上所需的作用力設(shè)置超聲波輸出參數(shù)，容易導(dǎo)致顆粒在溶液中富集分離效果差等問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種超聲富集分離系統(tǒng)，包括底座，所述底座上安裝有容器，所述底座上安裝有升降支架，所述升降支架的頂端安裝有離心管，所述離心管內(nèi)盛有待富集分離的懸浮液，所述升降支架用于驅(qū)動離心管在容器內(nèi)升降；所述容器的側(cè)面安裝有超聲換能器，所述超聲換能器與信號發(fā)生器連接，所述信號發(fā)生器與控制器連接；所述容器一側(cè)設(shè)有與控制器連接的顯微成像模塊，用于監(jiān)測離心管內(nèi)顆粒物的移動軌跡和移動速度，所述控制器根據(jù)顆粒物的移動軌跡和移動速度調(diào)整信號發(fā)生器的輸出參數(shù)。

4、優(yōu)選地，所述容器內(nèi)安裝有聲場強(qiáng)度傳感器，所述聲場強(qiáng)度傳感器與控制器連接，用于監(jiān)測超聲換能器輸出的聲場強(qiáng)度，所述控制器根據(jù)監(jiān)測的聲場強(qiáng)度調(diào)整信號發(fā)生器的輸出參數(shù)。

5、具體地，所述容器內(nèi)盛有超聲耦合劑。

6、優(yōu)選地，所述超聲換能器設(shè)有兩個，兩個超聲換能器相對安裝在容器的兩側(cè)。

7、優(yōu)選地，所述底座內(nèi)設(shè)有制冷模塊，用于對容器進(jìn)行降溫。

8、本發(fā)明第二方面提供了一種超聲富集分離方法，包括以下步驟：

9、根據(jù)懸浮液內(nèi)顆粒物的物理參數(shù)，設(shè)定信號發(fā)生器輸出信號源的頻率和功率；

10、通過信號發(fā)生器輸出的信號源驅(qū)動超聲換能器輸出駐波場，利用駐波場驅(qū)動懸浮液中的顆粒物向波節(jié)點富集；

11、控制升降支架驅(qū)動離心管連續(xù)上升，直至顆粒物全部富集在離心管的底部；

12、在富集過程中，通過顯微成像模塊實時監(jiān)測顆粒物的移動軌跡和移動速度，并根據(jù)顆粒物的移動軌跡和移動速度調(diào)整信號發(fā)生器輸出信號源的頻率和功率。

13、具體地，在富集過程中，通過顯微成像模塊獲取懸浮液連續(xù)幀的圖像，并根據(jù)連續(xù)幀圖像上顆粒物的坐標(biāo)計算顆粒物移動速度，根據(jù)顆粒物移動速度自動調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出功率；若顆粒物移動速度小于設(shè)定的最小閾值，則增大信號發(fā)生器的輸出功率，若顆粒物移動速度大于設(shè)定的最大閾值，則減小信號發(fā)生器的輸出功率。

14、具體地，在富集過程中，通過顯微成像模塊獲取懸浮液連續(xù)幀的圖像，并根據(jù)連續(xù)幀圖像上顆粒物的坐標(biāo)獲取顆粒物的移動軌跡，當(dāng)顆粒物的移動軌跡偏離目標(biāo)軌跡時，判斷顆粒物移動軌跡的偏移量是否超過允許范圍，若顆粒物移動軌跡的偏移量超過允許范圍，則根據(jù)偏移量設(shè)定信號發(fā)生器輸出頻率的調(diào)節(jié)范圍，在設(shè)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)從小到大或從大到小依次調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出頻率，直至顆粒物移動軌跡的偏移量保持在允許范圍內(nèi)。

15、優(yōu)選地，在富集過程中，通過聲場強(qiáng)度傳感器實時監(jiān)測懸浮液內(nèi)的聲場強(qiáng)度，控制器根據(jù)監(jiān)測的聲場強(qiáng)度與理論聲場強(qiáng)度的差值調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出功率；若實際監(jiān)測到的聲場強(qiáng)度小于理論聲場強(qiáng)度，則增大信號發(fā)生器的輸出功率；若實際監(jiān)測到的聲場強(qiáng)度大于理論聲場強(qiáng)度，則減小信號發(fā)生器的輸出功率。

16、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

17、(1)本發(fā)明通過顯微成像模塊實時監(jiān)測懸浮液中顆粒物的利用速度和移動軌跡，并根據(jù)顆粒物的利用速度和軌跡調(diào)整信號發(fā)生器的頻率和功率，當(dāng)顆粒物移動速度較慢時，可以通過增大信號發(fā)生器的輸出頻率來提升顆粒物移動速度，從而提高富集效率；當(dāng)顆粒物移動軌跡偏離目標(biāo)軌跡較遠(yuǎn)時，可以通過調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出頻率來使顆粒物移動軌跡回歸到目標(biāo)軌跡附近，從而提高顆粒物富集效果；

18、(2)本發(fā)明通過聲場強(qiáng)度傳感器實時監(jiān)測懸浮液中的聲場強(qiáng)度，并將監(jiān)測到的聲場強(qiáng)度與聲場強(qiáng)度的理論值進(jìn)行對比，當(dāng)實際監(jiān)測到的聲場強(qiáng)度與理論值出現(xiàn)偏差時，通過調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出功率使實際聲場強(qiáng)度與理論值一致，保證顆粒物能夠在駐波場的聲壓梯度作用下富集。

技術(shù)特征：

1.一種超聲富集分離系統(tǒng)，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)上安裝有容器，所述底座(1)上安裝有升降支架(2)，所述升降支架(2)的頂端安裝有離心管(3)，所述離心管(3)內(nèi)盛有待富集分離的懸浮液(4)，所述升降支架(2)用于驅(qū)動離心管(3)在容器內(nèi)升降；所述容器的側(cè)面安裝有超聲換能器(6)，所述超聲換能器(6)與信號發(fā)生器(7)連接，所述信號發(fā)生器(7)與控制器(8)連接；所述容器一側(cè)設(shè)有與控制器(8)連接的顯微成像模塊(9)，用于監(jiān)測離心管(3)內(nèi)顆粒物(5)的移動軌跡和移動速度，所述控制器(8)根據(jù)顆粒物(5)的移動軌跡和移動速度調(diào)整信號發(fā)生器(7)的輸出參數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲富集分離系統(tǒng)，其特征在于，所述容器內(nèi)安裝有聲場強(qiáng)度傳感器，所述聲場強(qiáng)度傳感器與控制器(8)連接，用于監(jiān)測超聲換能器(6)輸出的聲場強(qiáng)度，所述控制器(8)根據(jù)監(jiān)測的聲場強(qiáng)度調(diào)整信號發(fā)生器(7)的輸出參數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種超聲富集分離系統(tǒng)，其特征在于，所述容器內(nèi)盛有超聲耦合劑(10)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種超聲富集分離系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲換能器(6)設(shè)有兩個，兩個超聲換能器(6)相對安裝在容器的兩側(cè)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種超聲富集分離系統(tǒng)，其特征在于，所述底座(1)內(nèi)設(shè)有制冷模塊，用于對容器進(jìn)行降溫。

6.一種超聲富集分離方法，基于權(quán)利要求1至5任一項所述的超聲富集分離系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的一種超聲富集分離方法，其特征在于，在富集過程中，通過顯微成像模塊(9)獲取懸浮液(4)連續(xù)幀的圖像，并根據(jù)連續(xù)幀圖像上顆粒物(5)的坐標(biāo)計算顆粒物(5)移動速度，根據(jù)顆粒物(5)移動速度自動調(diào)節(jié)信號發(fā)生器(7)的輸出功率；若顆粒物(5)移動速度小于設(shè)定的最小閾值，則增大信號發(fā)生器(7)的輸出功率，若顆粒物(5)移動速度大于設(shè)定的最大閾值，則減小信號發(fā)生器(7)的輸出功率。

8.如權(quán)利要求6所述的一種超聲富集分離方法，其特征在于，在富集過程中，通過顯微成像模塊(9)獲取懸浮液(4)連續(xù)幀的圖像，并根據(jù)連續(xù)幀圖像上顆粒物(5)的坐標(biāo)獲取顆粒物(5)的移動軌跡，當(dāng)顆粒物(5)的移動軌跡偏離目標(biāo)軌跡時，判斷顆粒物(5)移動軌跡的偏移量是否超過允許范圍，若顆粒物(5)移動軌跡的偏移量超過允許范圍，則根據(jù)偏移量設(shè)定信號發(fā)生器(7)輸出頻率的調(diào)節(jié)范圍，在設(shè)定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)從小到大或從大到小依次調(diào)節(jié)信號發(fā)生器(7)的輸出頻率，直至顆粒物(5)移動軌跡的偏移量保持在允許范圍內(nèi)。

9.如權(quán)利要求6所述的一種超聲富集分離方法，其特征在于，在富集過程中，通過聲場強(qiáng)度傳感器實時監(jiān)測懸浮液(4)內(nèi)的聲場強(qiáng)度，控制器(8)根據(jù)監(jiān)測的聲場強(qiáng)度與理論聲場強(qiáng)度的差值調(diào)節(jié)信號發(fā)生器(7)的輸出功率；若實際監(jiān)測到的聲場強(qiáng)度小于理論聲場強(qiáng)度，則增大信號發(fā)生器(7)的輸出功率。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種超聲富集分離系統(tǒng)，包括底座，所述底座上安裝有容器，所述底座上安裝有升降支架，所述升降支架的頂端安裝有離心管，所述離心管內(nèi)盛有待富集分離的懸浮液，所述升降支架用于驅(qū)動離心管在容器內(nèi)升降；所述容器的側(cè)面安裝有超聲換能器，所述超聲換能器與信號發(fā)生器連接，所述信號發(fā)生器與控制器連接；所述容器一側(cè)設(shè)有與控制器連接的顯微成像模塊，用于監(jiān)測離心管內(nèi)顆粒物的移動軌跡和移動速度，所述控制器根據(jù)顆粒物的移動軌跡和移動速度調(diào)整信號發(fā)生器的輸出參數(shù)。本發(fā)明通過顯微成像模塊實時監(jiān)測懸浮液中顆粒物的利用速度和移動軌跡，并根據(jù)顆粒物的利用速度和軌跡調(diào)整信號發(fā)生器的頻率和功率，從而提高富集效率和富集效果。

技術(shù)研發(fā)人員：胡天海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西博源天安機(jī)電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30