SISTEMA DE CONTROL DE ACCIONADOR PIEZOELÉCTRICO ADAPTATIVO.

Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo para un dispositivo de pulverización de gotas de líquido, que comprende:

unos medios de suministro de energía

(1, 2), un accionador piezoeléctrico, un excitador (3) para excitar dicho accionador piezoeléctrico de manera que active dicho dispositivo de pulverización de gotas líquido (8), un generador de señal (7) para proporcionar una señal de frecuencia a dicho excitador (3) para excitar dicho accionador piezoeléctrico (8) a una frecuencia como se define mediante dicha señal de frecuencia, una interfaz del usuario (4) para permitir que un usuario introduzca las condiciones de funcionamiento de dicho dispositivo de pulverización de gotas de líquido (8), unos medios de memoria para almacenar los parámetros internos y externos de dicho accionador piezoeléctrico, y unos medios de control del sistema (5) para controlar dichos medios de suministro de energía (2, 3), dicho excitador (3), dicho generador de señal (7) y dichos medios de memoria (6), de manera que la frecuencia de funcionamiento de dicho accionador piezoeléctrico es monitorizado y regulado en el tiempo de manera que dicho accionador piezoeléctrico funciona correctamente mientras que consume tan poca energía como sea posible, en el que dicho excitador (3) comprende unos medios de señal de prueba para proporcionar una señal de prueba a dicho accionador piezoeléctrico, estando dicha señal de prueba prevista por dicho generador de señal (7), caracterizado porque dicho excitador (3) comprende además unos medios de medición de la tensión para medir una tensión aplicada a dicho accionador piezoeléctrico causada por dicha señal de prueba, y para medir una tensión aplicada a dicho accionador piezoeléctrico causada por dicha señal de frecuencia, en el que dichos medios de control del sistema (5) reciben una señal de respuesta en respuesta a dicha señal de prueba, y reciben dichas tensiones medidas por dichos medios de medición de la tensión, y comprenden unos medios de análisis de la señal para crear una envolvente de dicha señal de respuesta y controlar dicho generador de señal para generar una señal de frecuencia que corresponde a la máxima de dicha envolvente, y en el que en dichos medios de memoria (6) están almacenados previamente con envolventes de dicha señal de respuesta cuando dicho accionador piezoeléctrico está dispuesto para activar un dispositivo de pulverización de gotas de líquido con un depósito lleno y con un depósito vacío, en el que dichos medios de control del sistema están dispuestos además para comparar dicha envolvente creada por dichos medios de control del sistema con dichas envolventes previamente almacenadas para determinar si dicho accionador piezoeléctrico está conectado a un depósito vacío o a un depósito lleno.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07118212.

Solicitante: EP Systems SA.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: Rue du Plan, 30 2000 Neuchâtel SUIZA.

Inventor/es: HESS, JOSEPH, FERIANI,AMIR, Sandoz,Jean-Paul.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 10 de Octubre de 2007.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L41/04B
  • B06B1/02D3C

Clasificación PCT:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION... > APARATOS DE PULVERIZACION; APARATOS DE ATOMIZACION;... > Aparatos de pulverización o de atomización de líquidos... > B05B17/06 (que utilizan vibraciones ultrasónicas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos... > H01L41/04 (de elementos piezoeléctricos o electroestrictivos)

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2371416_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo. La presente invención se refiere a un sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo, en particular para un dispositivo de pulverización de gotas de líquido accionado por batería. Los dispositivos de pulverización de gotas de este tipo a veces también se denominan generadores de aerosol, nebulizadores y similares. Normalmente contienen un cuerpo de la boquilla en una pieza de soporte, en particular, un cuerpo de la boquilla de un dispositivo de pulverización de gotas de líquido que distribuye una sustancia líquida como un pulverizador de gotas de líquido o desde el dispositivo a través de las boquillas del cuerpo de la boquilla. Adicionalmente consisten en un accionamiento piezoeléctrico utilizado como un elemento vibratorio para causar que el líquido vibre de modo que se acelere y se ha expelido como gotas. Adicionalmente consisten en elementos tales como un espacio de líquido, un alimentador de líquido y una interfaz de fluido a un depósito, un depósito así como conexiones eléctricas entre el elemento vibratorio y un circuito electrónico correspondiente. El líquido puede ser por ejemplo una fragancia ambiental, un perfume, un insecticida, una esencia de aromaterapia, una fórmula farmacéutica líquida, líquidos a base de agua y líquidos inflamables o combustibles. Los cuerpos de las boquillas de este tipo algunas veces se denominan placas de abertura, matrices de boquilla, abertura de dosificación, placa de orificios, elemento de membrana que puede vibrar, disposición de abertura de dosificación, generador de aerosol y similares. Tales términos por lo tanto se entienden que son intercambiables a lo largo de la presente memoria. De hecho los cuerpos de las boquillas y los dispositivos de pulverización de gotas de este tipo son muy conocidos. Véase por ejemplo el documento EP 1 129 741 a nombre del presente solicitante. Este documento describe un dispositivo de pulverización de gotas de líquido provisto de un sustrato superior formado por un cuerpo principal y un cuerpo de la boquilla. El cuerpo de la boquilla contiene una matriz de la boquilla de los medios de salida de las gotas de líquido que permite que una sustancia líquida contenida en el dispositivo de pulverización de gotas de líquido salga del dispositivo, en este caso como una pulverización de gotas. Un accionamiento piezoeléctrico se utiliza para causar que el líquido sea sometido a una vibración de modo que se genere la pulverización de las gotas. Generalmente, un accionamiento piezoeléctrico de este tipo es accionado de modo que oscile en o próximo a su frecuencia de resonancia para un rendimiento energético mejorado. Adicionalmente, es conocido que desviaciones de la temperatura resultan en cambios en las características eléctricas de modo que es importante controlar la frecuencia de funcionamiento del accionamiento piezoeléctrico. También, una vez se vacía el depósito, resulta preferido detener el accionamiento piezoeléctrico de modo que se evite la pérdida de energía. Además, si el accionamiento piezoeléctrico continúa funcionando una vez el depósito está vacío, existe el riesgo de que los medios de suministro del líquido se sequen. Cuando se utiliza una mecha para suministrar el líquido tiene la desventaja de que olores indeseables pueden emanar de la mecha en tales circunstancias. Una vez se llena el depósito, puede ser difícil controlar la cantidad de líquido que será expelido, puesto que la mecha debe inicialmente ser saturada con el líquido antes de que pueda funcionar adecuadamente, en particular con un dispositivo de difusión de calor. Muchos sistemas de control de accionamiento piezoeléctrico son conocidos como tales. Por ejemplo, el artículo "Vibration control of flexible beams using self-sensing actuators" por F. Pourboghrat et al., Electr. & Comput. Eng., Southern Illinois Univ., Edwardsville, IL, USA; World Automation Congress, 2002. Proceedings of the 5th Biannual, Volumen: 14, páginas 133-139 describe un diseño y una implantación de un accionamiento piezoeléctrico inteligente para un control activo de la vibración de estructuras flexibles. Se utiliza una técnica de estimación de la perturbación para estimar la tensión inducida en un accionamiento piezoeléctrico, lo cual resulta en un piezo-accionamiento de auto detección. El piezoaccionamiento de auto detección propuesto se aplica entonces para la eliminación de la vibración en una estructura de vigas flexibles, utilizando un control simple de retroalimentación de la frecuencia. La simulación y los resultados experimentales para una viga en voladizo se representan para demostrar la precisión del accionamiento de auto detección propuesto para el control de la vibración. El documento EP 1 043 162 describe un aparato de chorro de tinta provisto de un procedimiento de detección de líquido que utiliza un detector de infrarrojos para determinar si el líquido ha pasado a través de una trayectoria de pulverización o no. Unos medios de control están previstos para ajustar la propia pulverización. El documento EP 1 169 568 describe un inyector de combustible que utiliza un accionamiento piezoeléctrico que actúa en el inyector de combustible cuando se aplica tensión al mismo. La carga mecánica resultante aplicada al accionamiento piezoeléctrico generará una carga eléctrica de tal modo que la carga eléctrica sea proporcional a la carga mecánica. La carga eléctrica estará retenida en tanto en cuanto se aplique la carga mecánica. Supervisando la tensión de la carga eléctrica, es posible controlar el combustible inyectado. Sin embargo, el inyector de 2 E07118212 09-11-2011   combustible descrito en este documento únicamente se refiere a la utilización de una sustancia líquida, esto es combustible, y no detecta en absoluto el estado (vacío o no) del depósito de líquido. El documento DE 10 2006 002 736 describe otro ejemplo de una inyección de combustible. Midiendo la corriente sumistrada al accionamiento piezoeléctrico, es posible controlar el funcionamiento del mismo. Este documento tampoco dice nada sobre el estado del depósito, y únicamente utiliza un tipo de líquido. Un ejemplo adicional de un sistema de este tipo se describe en el documento DE 10 2006 004 765. El documento US 2007/0216256 describe un circuito de control de accionamiento para una bomba activada por piezoeléctrico. Midiendo la impedancia interna del accionamiento piezoeléctrico es posible controlar la frecuencia de funcionamiento. El documento US 2003/0146300 describe un nebulizador para nebulizar una sustancia y un depósito provisto de una cámara de calibración dispuesta de modo que alimenta una sustancia que se va al nebulizar al dispositivo de nebulización y una segunda cámara dispuesta para mantener y retener cualquier cantidad de esta sustancia en exceso del volumen mantenido en la cámara de calibración. El dispositivo permite la detección de la expulsión de una dosis unitaria de modo que en principio puede ser detectado un depósito vacío, pero esto se realiza midiendo la cantidad de sustancia expulsada por medio de la cámara de calibración. La patente US nº 6.546.927 describe un generador de aerosol provisto de unos medios de control de la frecuencia que utiliza la impedancia interna del accionamiento piezoeléctrico para rastrear la frecuencia real. Midiendo la corriente, se puede controlar la frecuencia aplicada, viendo que en resonancia, la corriente es la más baja, ya que la impedancia interna es la más baja. Sin embargo, este punto no es el más estable, esto es una ligera desviación de la frecuencia puede causar una gran desviación en el cambio de la impedancia como se representa en la figura 2 de este documento, de modo que es necesario hacer una relación entre la corriente consumida y la frecuencia. Sin embargo, este documento, o cualquiera... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo para un dispositivo de pulverización de gotas de líquido, que comprende: unos medios de suministro de energía (1, 2), un accionador piezoeléctrico, un excitador (3) para excitar dicho accionador piezoeléctrico de manera que active dicho dispositivo de pulverización de gotas líquido (8), un generador de señal (7) para proporcionar una señal de frecuencia a dicho excitador (3) para excitar dicho accionador piezoeléctrico (8) a una frecuencia como se define mediante dicha señal de frecuencia, una interfaz del usuario (4) para permitir que un usuario introduzca las condiciones de funcionamiento de dicho dispositivo de pulverización de gotas de líquido (8), unos medios de memoria para almacenar los parámetros internos y externos de dicho accionador piezoeléctrico, y unos medios de control del sistema (5) para controlar dichos medios de suministro de energía (2, 3), dicho excitador (3), dicho generador de señal (7) y dichos medios de memoria (6), de manera que la frecuencia de funcionamiento de dicho accionador piezoeléctrico es monitorizado y regulado en el tiempo de manera que dicho accionador piezoeléctrico funciona correctamente mientras que consume tan poca energía como sea posible, en el que dicho excitador (3) comprende unos medios de señal de prueba para proporcionar una señal de prueba a dicho accionador piezoeléctrico, estando dicha señal de prueba prevista por dicho generador de señal (7), caracterizado porque dicho excitador (3) comprende además unos medios de medición de la tensión para medir una tensión aplicada a dicho accionador piezoeléctrico causada por dicha señal de prueba, y para medir una tensión aplicada a dicho accionador piezoeléctrico causada por dicha señal de frecuencia, en el que dichos medios de control del sistema (5) reciben una señal de respuesta en respuesta a dicha señal de prueba, y reciben dichas tensiones medidas por dichos medios de medición de la tensión, y comprenden unos medios de análisis de la señal para crear una envolvente de dicha señal de respuesta y controlar dicho generador de señal para generar una señal de frecuencia que corresponde a la máxima de dicha envolvente, y en el que en dichos medios de memoria (6) están almacenados previamente con envolventes de dicha señal de respuesta cuando dicho accionador piezoeléctrico está dispuesto para activar un dispositivo de pulverización de gotas de líquido con un depósito lleno y con un depósito vacío, en el que dichos medios de control del sistema están dispuestos además para comparar dicha envolvente creada por dichos medios de control del sistema con dichas envolventes previamente almacenadas para determinar si dicho accionador piezoeléctrico está conectado a un depósito vacío o a un depósito lleno. 2. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según la reivindicación 1, en el que dichos medios de memoria (6) están dispuestos además para almacenar los envolventes de las señales de respuesta para diferentes temperaturas ambientales de dicho accionador piezoeléctrico, en el que dichos medios de control del sistema están dispuestos además para comparar dicha envolvente creada con dichas envolventes de la temperatura previamente almacenadas de manera que se determine la temperatura de dicho accionador piezoeléctrico. 3. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según la reivindicación 1 ó 2, en el que dichos medios de memoria (6) están dispuestos además para almacenar las envolventes de las señales de respuesta para diferentes viscosidades de los líquidos en dicho depósito cuando dicho accionador piezoeléctrico está dispuesto para activar un dispositivo de pulverización de gotas de líquido con un depósito lleno, en el que dichos medios de control del sistema están dispuestos además para comparar dicha envolvente creada por dichos medios de control del sistema con dichas envolventes previamente almacenadas para determinar la frecuencia de funcionamiento para una viscosidad específica de un líquido cuando dicho accionador piezoeléctrico es conectado a un depósito. E07118212 09-11-2011   4. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de medición de la tensión comprenden una primera impedancia (3.1) conectada entre dicho excitador (3) y dicho accionador piezoeléctrico para la determinación de una primera tensión (A) aplicada a dicho accionador piezoeléctrico, y una rama que determina la primera tensión conectada entre dicho accionador piezoeléctrico y dichos medios de control del sistema (5) para proporcionar un valor de dicha primera tensión a dichos medios de control del sistema. 5. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de accionadores piezoeléctricos, cada accionador piezoeléctrico dispuesto para excitar un dispositivo de pulverización de gotas de líquido y un conmutador (9) para seleccionar secuencialmente uno de dicha pluralidad de accionadores piezoeléctricos, estando dicho conmutador controlado por dichos medios de control del sistema (5). 6. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de control del sistema están dispuestos además para activar uno de dichos accionadores piezoeléctricos de manera que dicho accionador piezoeléctrico sea calentado, reduciendo así la viscosidad de cualquier líquido que está siendo accionado por dicho accionamiento piezoeléctrico de manera que es controlado el caudal del dispositivo de pulverización de gotas de líquido. 7. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según la reivindicación 5 dependiente de la reivindicación 4, en el que dichos medios de medición de la tensión comprenden además una segunda impedancia (3.7) para la medición de una segunda tensión (B), estando dicha segunda impedancia conectada entre dicho excitador (3) y dicho conmutador selectivo (9) para proporcionar un valor de dicha segunda tensión a dichos medios de control del sistema. 8. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de memoria (6) comprenden una tabla de consulta que presenta los parámetros de fabricación de dicho accionador piezoeléctrico almacenados previamente en ella. 9. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos parámetros internos comprenden las señales de respuesta de la frecuencia que dependen del tiempo de dicho accionador piezoeléctrico para varias temperaturas diferentes. 10. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos parámetros externos comprenden unos intervalos de viscosidades de líquidos a temperaturas específicas para ser utilizados con dicho dispositivo de pulverización de gotas de líquido. 11. Sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de control del sistema están configurados para controlar dicha frecuencia de funcionamiento utilizando una lógica difusa. 12. Atomizador (11) que comprende: una pluralidad de dispositivos de pulverización de gotas de líquido, un selector para seleccionar secuencialmente uno de dichos dispositivos de pulverización de gotas de líquido, y un sistema de control de accionador piezoeléctrico adaptativo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 13. Atomizador según la reivindicación 12, en el que cada dispositivo de pulverización de gotas de líquido presenta un depósito amovible para contener líquido que se va a expulsar como una pulverización. 14. Atomizador según la reivindicación 13, en el que dicho depósito está provisto de unos medios de identificación indicativos de la viscosidad del líquido contenido en su interior. 15. Atomizador según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende además un primer indicador para indicar que dicho depósito está vacío, estando dicho primer indicador controlado por dichos medios de control del sistema (5). 16. Atomizador según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, que comprende además un segundo indicador para indicar que uno de dichos dispositivos de pulverización de gotas de líquido está funcionando defectuosamente, estando dicho segundo indicador controlado por dichos medios de control del sistema (5). 11 E07118212 09-11-2011   12 E07118212 09-11-2011   13 E07118212 09-11-2011   14 E07118212 09-11-2011   E07118212 09-11-2011   16 E07118212 09-11-2011   17 E07118212 09-11-2011   18 E07118212 09-11-2011