CH673413A5

CH673413A5 -

Info

Publication number: CH673413A5
Application number: CH384587A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Schmid; Stefan Beier
Original assignee: Kaltenbach & Voigt
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1990-03-15
Also published as: DE3641058A1; FR2607651A1; DE3641058C2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines Ultraschallgebers, insbesondere für ein Zahnsteinentfernungsgerät, mit einem magnetostriktiven Wandler, welcher eine Erregerspule aufweist, und mit einer Steuereinrichtung, welche die Speisung der Erregerspule mit Erregersignalen bewirkt, deren Impulsrate auf die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers einstellbar ist. The invention relates to a circuit arrangement for feeding an ultrasound transmitter, in particular for a tartar removal device, with a magnetostrictive transducer, which has an excitation coil, and with a control device, which feeds the excitation coil with excitation signals, the pulse rate of which can be adjusted to the resonance frequency of the magnetostrictive transducer is.

Es ist bereits ein Ultraschallgenerator mit einem magnetostriktiven Wandler sowie mit einem Oszillator bekannt (DE-OS 29 29 646), der ein ein periodisches An- und Abschalten des Wandlers bewirkendes Signal liefert und dessen Frequenz durch eine Regelspannung auf die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers nachregelbar ist. Zur Erzeugung der Regelspannung dient dabei ein Integrationsglied, welches im Takte des Ab- und Anschaltens des Wandlers geladen und/oder entladen wird und welches aus der Summe einer festen Spannung und der Rückschlagspannung, die am Wandler bzw. an dessen Wicklung beim periodischen Ab- und Anschalten des Wandlers auftritt, die Regeispannung gewinnt. Durch diese Massnahme ist es zwar möglich, bei Bekanntsein der Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers diesen bei dieser Frequenz betreiben zu können. Wenn sich die- Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers jedoch ändert,, wie durch: Alterungseinflüsse, dann arbeitet der bekannte Ultraschallgenerator nicht mehr in der gewünschten Weise. An ultrasound generator with a magnetostrictive transducer and with an oscillator is already known (DE-OS 29 29 646), which delivers a signal which causes the transducer to be switched on and off periodically and whose frequency can be readjusted to the resonance frequency of the magnetostrictive transducer by means of a control voltage . To generate the control voltage, an integration element is used, which is charged and / or discharged in the cycle of switching the converter on and off, and which consists of the sum of a fixed voltage and the return voltage, which is applied to the converter or to its winding during periodic switching off and on Switching on the converter occurs, the control voltage wins. This measure makes it possible to be able to operate the magnetostrictive transducer at this frequency if the resonance frequency of the magnetostrictive transducer is known. However, if the resonance frequency of the magnetostrictive transducer changes, as a result of: aging influences, then the known ultrasound generator no longer works in the desired manner.

Der Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltungsanordnung so weiterzubilden, dass auf relativ einfache Weise der magnetostriktive Wandler stets bei seiner Resonanzfrequenz betrieben wird. The invention is accordingly based on the object of developing the circuit arrangement mentioned at the outset such that the magnetostrictive transducer is always operated at its resonant frequency in a relatively simple manner.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch, dass der Erregerspule des magnetostriktiven Wandlers zu Beginn jeder Inbetriebsetzung zunächst Erregerimpulse mit unterschiedlichen Impulsraten zugeführt werden, dass der die Erregerspule jeweils durchfliessende Strom ermittelt wird, dass die Impulsrate derjenigen Erregerimpulse bestimmt wird, bei der der magnetostriktive Wandler in Resonanz ist, und dass anschliessend die Abgabe der Erregerimpulse mit der betreffenden bestimmten Impulsrate fortgesetzt wird. The object outlined above is achieved according to the invention in a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning by first supplying excitation pulses with different pulse rates to the excitation coil of the magnetostrictive transducer at the beginning of each start-up, and determining the current flowing through the excitation coil in each case and determining the pulse rate of those excitation pulses with which the magnetostrictive transducer is in resonance, and that the delivery of the excitation pulses is then continued at the particular pulse rate concerned.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit insgesamt relativ geringem schaltungstechnischem Aufwand ausgekommen werden kann, um den magnetostriktiven Wandler im Betrieb stets bei seiner Resonanzfrequenz betreiben zu können, d. h. bei optimalen Betriebsbedingungen. Dazu wird gemäss der Erfindung mit jeder Inbetriebsetzung zunächst in einer Einmess- bzw. Abgleichphase die jeweils gerade vorliegende Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers ermittelt, und in der daran sich anschliessenden Betriebsphase wird der magnetostriktive Wandler dann bei dieser Resonanzfrequenz betrieben. Dies bedeutet, dass bei der vorliegenden Erfindung eine manuelle bzw. feste Einstellung der Frequenz entfällt, bei der der magnetostriktive Wandler arbeiten soll. Im übrigen können die üblicherweise für einen magnetostriktiven der angegebenen Art verwendeten Lamellenbündel ausgetauscht und durch neue Lamel5 The invention has the advantage that, overall, relatively little outlay on circuitry can be used in order to be able to always operate the magnetostrictive transducer at its resonance frequency, ie. H. with optimal operating conditions. For this purpose, according to the invention, with each start-up, the currently present resonance frequency of the magnetostrictive transducer is first determined in a calibration or adjustment phase, and in the subsequent operating phase the magnetostrictive transducer is then operated at this resonance frequency. This means that in the present invention there is no manual or fixed setting of the frequency at which the magnetostrictive transducer is to operate. In addition, the lamella bundles usually used for a magnetostrictive of the specified type can be exchanged and replaced by new lamellas5

10 10th

IS IS

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25 25th

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lenbündel ersetzt werden, ohne dass eine komplizierte Neueinstellung des magnetostriktiven Wandlers damit verbunden ist. In jedem Falle wird die maximale Leistung von dem Ultraschallgeber und insbesondere von dem Zahnsteinentfernungsgerät abgegeben, in welchem der magnetostriktive Wandler verwendet ist. Überdies spielt eine Drift infolge von Temperatureinflüssen überhaupt keine Rolle. len bundle can be replaced without a complicated readjustment of the magnetostrictive transducer. In any case, the maximum power is delivered by the ultrasound generator and in particular by the tartar removal device in which the magnetostrictive transducer is used. In addition, a drift due to temperature influences plays no role at all.

Von Vorteil ist ferner, dass bei Verwendung des magnetostriktiven Wandlers in einem Zahnsteinentfernungsgerät Lamellenbündel unterschiedlicher magnetostriktiver Wandler verschiedener Behandlungseinheiten ausgetauscht werden können, und dennoch wird in jedem Falle der jeweilige magnetostriktive Wandler bei maximaler Leistung betrieben. It is also advantageous that when using the magnetostrictive transducer in a tartar removal device, lamella bundles of different magnetostrictive transducers of different treatment units can be exchanged, and in any case the respective magnetostrictive transducer is operated at maximum power.

Gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Anzeige in dem Fall, dass festgestellt wird, dass die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers ausserhalb eines festgelegten Impulsratenbereiches liegt. Durch diese Massnahme kann auf relativ einfache Weise eine Anzeige in dem Fall erhalten werden, dass beispielsweise bei einem den magnetostriktiven Wandler verwendenden Zahnsteinentfernungsgerät dessen Behandlungsspitze nicht angezogen ist oder das Lamellenbündel des betreffenden Wandlers defekt ist. According to an expedient embodiment of the invention, an indication is given in the event that it is ascertained that the resonance frequency of the magnetostrictive transducer lies outside a defined pulse rate range. This measure allows a display to be obtained in a relatively simple manner in the event that, for example, in the case of a calculus removal device using the magnetostrictive transducer, the treatment tip thereof is not attracted or the lamella bundle of the transducer in question is defective.

Zweckmässigerweise werden der Erregerspule des magnetostriktiven Wandlers Impulse mit einer vorgegebenen Anzahl von Impulsraten in aufeinanderfolgend kleineren Impulsratenbereichen zugeführt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auf relativ einfache Weise die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers sehr genau bestimmt werden kann. The excitation coil of the magnetostrictive transducer is expediently supplied with pulses with a predetermined number of pulse rates in successively smaller pulse rate ranges. This has the advantage that the resonance frequency of the magnetostrictive transducer can be determined very precisely in a relatively simple manner.

Vorzugsweise dient zur Ermittelung des die Erregerspule jeweils durchmessenden Stromes ein zu dieser Erregerspule in Reihe liegender Widerstand, mit dem eine Spannungsauswerteschaltung verbunden ist, die ein der an dem Widerstand jeweils abfallenden Spannung entsprechendes digitales Signal an die Steuereinrichtung abgibt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer relativ einfachen Möglichkeit der Ermittelung des die Erregerspule jeweils durchfliessenden Stromes und der Gewinnung einer für die Steuereinrichtung massgebenden Steuergrösse. Preferably, a resistor lying in series with this excitation coil is used to determine the current through the excitation coil, to which a voltage evaluation circuit is connected, which outputs a digital signal corresponding to the voltage drop across the resistor to the control device. This results in the advantage of a relatively simple possibility of determining the current flowing through the excitation coil in each case and obtaining a control variable that is decisive for the control device.

Die Spannungsauswerteschaltung weist zweckmässigerweise einen mit dem Widerstand verbundenen Spannungs-Frequenz-Wandler auf, der Impulse mit einer der an dem Widerstand jeweils abfallenden Spannung entsprechenden Impulsrate an einen Zähler abgibt, welcher die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne auftretenden Impulse zählt und dessen am Ende dieser Zeitspanne jeweils erreichte Zählerstellung in der Steuereinrichtung übernommen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer relativ einfach realisierbaren Spannungsauswerteschaltung. The voltage evaluation circuit expediently has a voltage-frequency converter connected to the resistor, which outputs pulses with a pulse rate corresponding to the voltage drop across the resistor to a counter, which counts the pulses occurring within a predetermined period of time and which counts at the end of this period achieved counter position is taken over in the control device. This results in the advantage of a voltage evaluation circuit that can be implemented relatively easily.

Eine andere zweckmässige Ausbildung der Spannungsauswerteschaltung umfasst eine an dem Widerstand angeschlossene Gleich-spannungsunterdrückungsschaltung, welche aus der an dem Widerstand jeweils abfallenden Spannung die Gleichspannungsanteile unterdrückt und der eine Tiefpassschaltung nachgeschaltet ist, welcher ein Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Hierdurch ergibt sich ebenfalls ein relativ geringer schaltungstechnischer Aufwand hinsichtlich der Realisierung der Spannungsauswerteschaltung. Another expedient design of the voltage evaluation circuit comprises a DC voltage suppression circuit connected to the resistor, which suppresses the DC voltage components from the voltage drop across the resistor and which is followed by a low-pass circuit, which is followed by an analog-to-digital converter, on the output side with the control device connected is. This also results in a relatively low outlay in terms of circuitry with regard to the implementation of the voltage evaluation circuit.

Von Vorteil bei der zuletzt betrachteten zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung ist es, wenn die Gleichspannungsunterdrük-kungsschaltung einen Verstärker aufweist. Diese Massnahme bringt den Vorteil mit sich, dass die von Gleichspannungsanteilen befreite auszuwertende Spannung einen für die Auswertung ausreichenden Pegel aufweist. In the expedient further development of the invention considered last, it is advantageous if the DC voltage suppression circuit has an amplifier. This measure has the advantage that the voltage to be evaluated, freed from DC voltage components, has a level sufficient for the evaluation.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ausgangsseitig mit einem weiteren Zähler verbunden, der derart betrieben ist, dass er ausgangsseitig Impulse mit einer durch den Wert des jeweiligen digitalen Signals bestimmten Impulsrate zur Erregung der Erregerspule des magnetostriktiven Wandlers abgibt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer relativ einfach realisierbaren Steuereinrichtung. Diese Steuereinrichtung braucht nämlich lediglich die ihr eingangsseitig zugeführten digitalen Signale für die Ansteuerung des genannten weiteren Zählers heranzuziehen. The control device is preferably connected on the output side to a further counter, which is operated such that it outputs pulses on the output side with a pulse rate determined by the value of the respective digital signal for exciting the excitation coil of the magnetostrictive transducer. This results in the advantage of a relatively simple control device. This control device only needs to use the digital signals supplied to it on the input side for controlling the further counter mentioned.

Zweckmässigerweise ist bei der gerade betrachteten Ausführungsform der Erfindung mit der Steuereinrichtung ferner eine Im-5 pulssteuereinrichtung verbunden, welche die Wirksamkeit der von dem genannten weiteren Zähler abgegebenen Impulse festlegt. Diese Massnahme bringt den Vorteil mit sich, dass mit einer besonders einfachen Steuerung des erwähnten weiteren Zählers ausgekommen werden kann, dessen jeweils abgegebene Impulse durch die Impuls-io Steuereinrichtung wirksam gemacht sind. Advantageously, in the embodiment of the invention under consideration, a pulse control device is also connected to the control device, which defines the effectiveness of the pulses emitted by the further counter mentioned. This measure has the advantage that a particularly simple control of the further counter mentioned can be used, the pulses of which are emitted by the pulse-io control device.

Zweckmässigerweise ist der Impulssteuereinrichtung eine Impulsbreitensteuereinrichtung nachgeschaltet, welche die Breite der von der Impulssteuereinrichtung jeweils abgegebenen Impulse einzustellen gestattet. Durch diese Massnahme gelingt es auf besonders 15 einfache Weise, die Intensität des magnetostriktiven Wandlers steuern zu können. The pulse control device is expediently followed by a pulse width control device which allows the width of the pulses emitted by the pulse control device to be set. This measure makes it particularly easy to control the intensity of the magnetostrictive transducer.

Zweckmässigerweise ist mit der Steuereinrichtung ein Stellglied verbunden, welches an die Steuereinrichtung eine Einstellspannung abgibt, durch die die Intensität der an die Erregerspule des magneto-20 striktiven Wandlers jeweils abgegebenen Impulse einstellbar ist. Diese Massnahme dient vorzugsweise dazu, die Breite der von der Impulssteuereinrichtung abgegebenen Impulse mittels der Impulsbreitensteuereinrichtung einzustellen. A control element is expediently connected to the control device and outputs an adjustment voltage to the control device, by means of which the intensity of the pulses delivered to the excitation coil of the magneto-20 strictive transducer can be adjusted. This measure preferably serves to set the width of the pulses emitted by the pulse control device by means of the pulse width control device.

Von Vorteil ist es schliesslich, wenn die Erregerspule des magne-2s tostriktiven Wandlers im Kollektorkreis eines Transistors liegt, in dessen Emitterkreis der genannte Widerstand liegt und dessen Basis die Erregerimpulse zugeführt werden. Hierdurch ergibt sich nämlich eine besonders einfache Möglichkeit der Speisung der Erregerspule und der Ermittelung des diese jeweils durchfliessenden Stromes. 30 Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert. Finally, it is advantageous if the excitation coil of the magne-2s tostrictive converter is located in the collector circuit of a transistor, in whose emitter circuit the resistance is located and the base of which the excitation pulses are supplied. This results in a particularly simple way of supplying the excitation coil and determining the current flowing through it. 30 With reference to drawings, the invention is explained in more detail below, for example.

Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung. 1 shows in a block diagram an embodiment of the circuit arrangement according to the invention.

Fig. 2 zeigt in einem Blockdiagramm eine Spannungsauswerte-35 Schaltung, die anstelle einer bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 verwendeten Spannungsauswerteschaltung verwendet werden kann. FIG. 2 shows in a block diagram a voltage evaluation circuit which can be used instead of a voltage evaluation circuit used in the circuit arrangement according to FIG. 1.

Fig. 3a bis d zeigen Signal- bzw. Impulsverläufe, auf die im Zusammenhang mit der Erläuterung der in Fig. 1 gezeigten Schaltungs-40 anordnung Bezug genommen wird. 3a to d show signal or pulse profiles, which are referred to in connection with the explanation of the circuit arrangement shown in FIG. 1.

Fig. 4a bis d zeigen Signal- bzw. Impuls verläufe, auf die im Zusammenhang mit der Erläuterung der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung Bezug genommen wird. Fig. 4a to d show signal or pulse waveforms, to which reference is made in connection with the explanation of the circuit arrangement shown in Fig. 2.

In Fig. 1 ist in einem Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung 45 zur Speisung eines Ultraschallgebers gezeigt, der insbesondere für ein Zahnsteinentfernungsgerät dienen soll und der einen magnetostriktiven Wandler mit einer Erregerspule 1 aufweist. Die Erregerspule 1 liegt im Kollektorkreis eines Transistors 2, bei dem es sich im vorliegenden Fall um einen npn-Transistor handelt. Im Emitterkreis so des Transistors 2 ist ein Widerstand 3 vorgesehen, der ein ohmscher Widerstand ist und der hier als Messwiderstand dient. Dieser Widerstand 3 liegt mit seinem der Verbindung mit dem Emitter des Transistors 2 abgewandten Ende an Erde bzw. auf Massepotential. Die Erregerspule 1 liegt mit ihrem der Verbindung mit dem Kollektor des 55 Transistors 2 abgewandten Ende an einem Schaltungspunkt, der eine Spannung von +U von beispielsweise 12 V führen kann. 1 shows in a block diagram a circuit arrangement 45 for feeding an ultrasound transmitter, which is intended in particular for a tartar removal device and which has a magnetostrictive transducer with an excitation coil 1. The excitation coil 1 is located in the collector circuit of a transistor 2, which in the present case is an npn transistor. A resistor 3 is provided in the emitter circuit of transistor 2, which is an ohmic resistor and which serves here as a measuring resistor. This resistor 3 is at its end facing away from the connection to the emitter of the transistor 2 to earth or to ground potential. The excitation coil 1 is at its end facing away from the connection to the collector of the transistor 55 at a circuit point which can carry a voltage of + U of, for example, 12 V.

Am Schaltungspunkt 4 zwischen dem Emitter des Transistors 2 und dem Widerstand 3 ist eine Spannungsauswerteschaltung angeschlossen, die gemäss Fig. 1 einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer 60 (U-f-Umsetzer) 5 und einen diesem Umsetzer 5 nachgeschalteten Zähler 6 umfasst. Die Aufgabe der Spannungsauswerteschaltung besteht darin, die an dem Widerstand 3 jeweils abfallende Spannung zu ermitteln und ein dieser Spannung entsprechendes digitales Signal abzugeben, und zwar an eine Steuereinrichtung 7. Dazu gibt der 65 Spannungs-Frequenz-Wandler 5 ausgangsseitig Impulse mit einer der an dem Widerstand 3 jeweils abfallenden Spannung entsprechenden Impulsrate an den Zähleingang T des Zählers 6 ab, der diese Impulse zählt. Der Zähler 6 wird von der Steuereinrichtung 7 her an At the node 4 between the emitter of the transistor 2 and the resistor 3, a voltage evaluation circuit is connected, which according to FIG. 1 comprises a voltage-frequency converter 60 (U-f converter) 5 and a counter 6 connected downstream of this converter 5. The task of the voltage evaluation circuit is to determine the voltage drop across the resistor 3 and to emit a digital signal corresponding to this voltage to a control device 7. For this purpose, the 65 voltage-frequency converter 5 outputs pulses on the output side with one of the Resistor 3 each falling voltage corresponding pulse rate from the counter input T of the counter 6, which counts these pulses. The counter 6 is started by the control device 7

673 413 673 413

4 4th

einem Eingang G gesondert freigegeben, und an einem Eingang CLR erhält der Zähler 6 Rückstellsignale zugeführt, die ihn jeweils in eine definierte Ausgangszählerstellung, insbesondere die Null-Zählerstellung bringen. Der Zähler 6 kann somit während einer vorgegebenen Zeitspanne auftretende Impulse von dem Spannungs-Frequenz-Wandler 5 her zählen. Seine am Ende dieser Zeitspanne jeweils erreichte Zählerstellung wird dann in der Steuereinrichtung 7 übernommen. Diese Zählerstellung, die N Bits umfasst, stellt das erwähnte digitale Signal dar, welches von der Spannungsauswerteschaltung, d. h. von dem Zähler 6 an die Steuereinrichtung 7 abgegeben wird. released separately at an input G, and the counter receives 6 reset signals at an input CLR, each of which brings it into a defined output counter position, in particular the zero counter position. The counter 6 can thus count pulses occurring during a predetermined period of time from the voltage-frequency converter 5. The counter position reached at the end of this time period is then adopted in the control device 7. This counter position, which comprises N bits, represents the aforementioned digital signal, which is generated by the voltage evaluation circuit, i. H. from the counter 6 to the control device 7.

Die Steuereinrichtung 7 ist ausgangsseitig mit einem weiteren Zähler 8 verbunden, der von der Steuereinrichtung 7 derart betrieben wird, dass er ausgangsseitig Impulse mit einer durch den Wert des jeweiligen digitalen Signals — vom Ausgang des Zählers 6 her — bestimmten Impulsrate zur Verfügung stellt. Diese Impulse werden gemäss Fig. 1 der Basis des Transistors 2 zugeführt; sie dienen damit zur Erregung der Erregerspule 1 des magnetostriktiven Wandlers. The control device 7 is connected on the output side to a further counter 8, which is operated by the control device 7 in such a way that it provides pulses on the output side with a pulse rate determined by the value of the respective digital signal - from the output of the counter 6. These pulses are supplied to the base of transistor 2 according to FIG. 1; they thus serve to excite the excitation coil 1 of the magnetostrictive transducer.

Mit der Steuereinrichtung 7 ist ferner eine Impulssteuereinrichtung 9 verbunden, welche während einer festgelegten Zeitspanne T Impulse bestimmter Dauer abgibt, die in Verbindung mit den vom Ausgang des weiteren Zählers 8 abgegebenen Erregerimpulsen dazu dienen, die Dauer festzulegen, während der die von dem weiteren Zähler 8 insgesamt abgegebenen Erregerimpulse wirksam sind, d. h. zu einer Erregung der Erregerspule 1 führen. Dabei ist vorzugsweise der Impulssteuereinrichtung 9 eine Impulsbreitensteuereinrichtung 10 nachgeschaltet, welche die Breite der von der Impulssteuereinrichtung jeweils abgegebenen Impulse einzustellen gestattet, wie dies in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Einstellung der Breite der von der Impulssteuereinrichtung 9 abgegebenen Impulse in der Impulsbreitensteuereinrichtung erfolgt ebenso wie die Festlegung der von der Impulssteuereinrichtung 9 abzugebenden Impulse sowie deren Impulsfolge durch die Steuereinrichtung 7. A pulse control device 9 is also connected to the control device 7, which emits pulses of a certain duration for a fixed period of time T, which, in conjunction with the excitation pulses emitted by the output of the further counter 8, serve to determine the duration during which the further counter 8 total excitation pulses delivered are effective, d. H. lead to excitation of excitation coil 1. In this case, the pulse control device 9 is preferably followed by a pulse width control device 10 which allows the width of the pulses emitted by the pulse control device to be set, as is indicated in FIG. 1 by dashed lines. The width of the pulses emitted by the pulse control device 9 is set in the pulse width control device, as is the definition of the pulses to be emitted by the pulse control device 9 and their pulse train by the control device 7.

Mit der Steuereinrichtung 7 ist gemäss Fig. I ein Stellglied 11 verbunden, bei dem es sich beispielsweise um ein Potentiometer handeln kann, welches mittels eines Fussschalters einstellbar ist und welches eine seiner jeweiligen Einstellung entsprechende Ausgangsspannung abgibt, die beispielsweise zwischen 0 und 10 V liegen kann. I is connected to the control device 7, as shown in FIG. 1, an actuator 11, which can be, for example, a potentiometer, which can be adjusted by means of a foot switch, and which outputs an output voltage corresponding to its respective setting, which can be, for example, between 0 and 10 V. .

Mit der Steuereinrichtung 7 ist schliesslich noch eine Anzeigeeinrichtung 13 verbunden, die durch eine Glühlampe oder durch eine Leuchtdiode gebildet sein kann und die zur Anzeige eines Fehlerzustandes herangezogen werden kann, worauf weiter unten noch eingegangen werden wird. Finally, a display device 13 is connected to the control device 7, which can be formed by an incandescent lamp or a light-emitting diode and which can be used to display an error state, which will be discussed further below.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Spannungsauswerteschaltung gezeigt. Die in Fig. 2 dargestellte Spannungsauswerteschaltung weist ein-gangsseitig einen Verstärker 20 auf, dem ausgangsseitig eine Gleich-spannungsunterdrückungsschaltung 21 nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig eine Tiefpassschaltung 22 nachfolgt. Dieser Tiefpassschaltung 22 ist ein Analog-Digital-Wandler 23 nachgeschaltet. Die in Fig. 2 dargestellte Spannungsauswerteschaltung kann anstelle der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Spannungsauswerteschaltung zwischen dem Schaltungspunkt 4 und der Steuereinrichtung 7 angeordnet sein. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Verstärker 20 bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung ggf. auch entbehrich ist, und zwar dann, wenn dieser Spannungsauswerteschaltung eine auszuwertende Spannung mit relativ hoher Amplitude zugeführt wird. FIG. 2 shows another embodiment of the voltage evaluation circuit mentioned in connection with FIG. 1. The voltage evaluation circuit shown in FIG. 2 has an amplifier 20 on the input side, followed by a DC voltage suppression circuit 21 on the output side, followed by a low-pass circuit 22 on the output side. This low-pass circuit 22 is followed by an analog-to-digital converter 23. The voltage evaluation circuit shown in FIG. 2 can be arranged between the switching point 4 and the control device 7 instead of the voltage evaluation circuit explained in connection with FIG. 1. At this point it should be noted that the amplifier 20 may also be unnecessary in the circuit arrangement shown in FIG. 2, specifically when a voltage to be evaluated with a relatively high amplitude is supplied to this voltage evaluation circuit.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung unter Bezugnahme auf die in Fig. 3 und 4 dargestellten Impuls- bzw. Signaldiagramme erläutert werden. Zunächst sei auf die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung näher eingegangen. The mode of operation of the circuit arrangement according to the invention will be explained below with reference to the pulse and signal diagrams shown in FIGS. 3 and 4. First, the mode of operation of the circuit arrangement shown in FIG. 1 will be discussed in more detail.

Zu Beginn jeder Inbetriebsetzung der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung wird zunächst in einer Einmess- bzw. Abgleichphase die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers ermittelt, dessen Erregerspule 1 zu speisen ist. Dazu werden der Erregerspule 1 des magnetostriktiven Wandlers zu Beginn jeder Inbetriebsetzung zunächst Erregerimpulse mit unterschiedlichen Impulsraten zugeführt. Hierzu gibt die Steuereinrichtung 7 zunächst entsprechende Zähl- bzw. Einstellsignale an den Zähler 8 sowie an die Impulssteuereinrichtung 9 ab. Die Impulssteuereinrichtung 9 gibt mit einer zeitlichen Folge von T aufeinanderfolgende Impulse ab, während deren jeweiliger Dauer am Schaltungspunkt 12 gemäss Fig. 1 die vom Ausgang des Zählers 8 abgegebenen Impulse als Erregerimpulse für die Erregerspule 1 wirksam sind. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Zeitspanne T und die Impulsdauer d hier konstant gehalten werden. Es ist aber durchaus möglich, die Dauer T und die Zeitspanne d zu verändern. At the start of each start-up of the circuit arrangement according to the invention, the resonance frequency of the magnetostrictive transducer, the excitation coil 1 of which is to be fed, is first determined in a calibration or adjustment phase. For this purpose, the excitation coil 1 of the magnetostrictive transducer is first supplied with excitation pulses with different pulse rates at the start of each start-up. For this purpose, the control device 7 first emits corresponding counting or setting signals to the counter 8 and to the pulse control device 9. The pulse control device 9 emits successive pulses with a temporal sequence of T, during their respective duration at the switching point 12 according to FIG. 1, the pulses emitted by the output of the counter 8 are effective as excitation pulses for the excitation coil 1. At this point it should be noted that the time period T and the pulse duration d are kept constant here. However, it is entirely possible to change the duration T and the time period d.

Die zu Beginn jeder Inbetriebsetzung der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung der Erregerspule 1 zugeführten Erregerimpulse mit unterschiedlichen Impulsraten führen dazu, dass — abgesehen vom Resonanzfall des die betreffende Erregerspule aufweisenden magnetostriktiven Wandlers — an dem Widerstand 3 gemäss Fig. 1 zunächst Spannungen U3 mit einem Verlauf auftreten, wie er aus Fig. 3a über die Zeit t ersichtlich ist. Die am Schaltungspunkt 12 gemäss Fig. 1 auftretenden Impulse sind hinsichtlich ihres Spannungsverlaufs über die Zeit t in Fig. 3b mit IJ12 veranschaulicht. The excitation pulses with different pulse rates supplied to the excitation coil 1 at the beginning of each start-up of the circuit arrangement according to the invention lead to the fact that - apart from the resonance case of the magnetostrictive transducer having the excitation coil in question - voltages U3 initially appear at the resistor 3 according to FIG. 1, as can be seen from FIG. 3a over time t. The pulses occurring at the circuit point 12 according to FIG. 1 are illustrated with their voltage curve over time t in FIG. 3b with IJ12.

Wenn die Erregerimpulse mit einer Impulsrate auftreten, bei der der magnetostriktive Wandler in Resonanz ist, dann tritt am Widerstand 3 gemäss Fig. 1 eine Spannung U3r auf, deren Verlauf in Fig. 3c angedeutet ist. Die dabei am Schaltungspunkt 12 gemäss Fig. 1 auftretenden zugehörigen Erregerimpulse sind hinsichtlich ihres Spannungsverlaufs U12r in Fig. 3d angedeutet. If the excitation pulses occur at a pulse rate at which the magnetostrictive transducer is in resonance, then a voltage U3r occurs across resistor 3 according to FIG. 1, the course of which is indicated in FIG. 3c. The associated excitation pulses occurring at circuit point 12 according to FIG. 1 are indicated in FIG. 3d with regard to their voltage profile U12r.

Ein Vergleich der in Fig. 3a und 3c gezeigten Spannungsverläufe am Widerstand 3 lässt erkennen, dass im Resonanzfall des magnetostriktiven Wandlers die am Widerstand 3 insgesamt abfallende Spannung höher ist als im Nichtresonanzfall. Eine genaue Untersuchung der Verhältnisse zeigt, dass die am Widerstand 3 abfallende Spannung dann ihr Maximum hat, wenn der erwähnte magnetostriktive Wandler in Resonanz ist. A comparison of the voltage profiles across the resistor 3 shown in FIGS. 3a and 3c shows that in the case of resonance of the magnetostrictive transducer the voltage drop across the resistor 3 is higher than in the non-resonance case. A precise examination of the conditions shows that the voltage drop across the resistor 3 has its maximum when the magnetostrictive transducer mentioned is in resonance.

Bezüglich der unterschiedlichen Amplituden der in Fig. 3b und 3d dargestellten Impulse sei angemerkt, dass diese ebenfalls zur Steuerung der Intensität und damit der Amplitude des magnetostriktiven Wandlers ausgenutzt werden können. With regard to the different amplitudes of the pulses shown in FIGS. 3b and 3d, it should be noted that these can also be used to control the intensity and thus the amplitude of the magnetostrictive transducer.

Die im Zusammenhang mit Fig. 3b erwähnte Abgleich- bzw. Einmessphase der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung führt dazu, dass die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers ermittelt wird, und zwar aus der maximalen Spannung, die am Widerstand 3 gemäss Fig. 1 im Resonanzfall des magnetostriktiven Wandlers abfällt. In der anschliessenden Betriebsphase wird dann mit dieser Resonanzfrequenz weitergearbeitet, d. h., dass der Erregerspule 1 des magnetostriktiven Wandlers anschliessend Erregerimpulse mit der Impulsrate zugeführt werden, bei der die Resonanz des betreffenden magnetostriktiven Wandlers festgestellt worden ist. The adjustment or calibration phase of the circuit arrangement according to the invention mentioned in connection with FIG. 3b means that the resonance frequency of the magnetostrictive transducer is determined, specifically from the maximum voltage across the resistor 3 according to FIG. 1 in the case of resonance of the magnetostrictive transducer falls off. In the subsequent operating phase, this resonance frequency is then used, ie. That is, the excitation coil 1 of the magnetostrictive transducer is then supplied with excitation pulses at the pulse rate at which the resonance of the magnetostrictive transducer in question has been determined.

Die Ermittelung des vorstehend erwähnten Resonanzfalls erfolgt dadurch, dass das Maximum des Zählerstandes des Zählers 6 in verschiedenen Zählerzyklen ermittelt wird. Dazu wird, wie bereits erwähnt, ein vorgegebener Frequenzbereich in vorgegebenen Frequenzschritten durchfahren. So kann bei einer ersten Einmessung beispielsweise der Frequenz- bzw. Impulsratenbereich von 17 bis 19 kHz in Schritten von 200 Hz durchfahren werden. Dabei werden pro Dauer d Impulse von 10 Impulsraten in dem Zähler 6 gezählt und abgespeichert. Um die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers noch genauer zu bestimmen, wird dann in einer zweiten Einmessung in einem kleineren Frequenzbereich gearbeitet, wobei das Maximum der vorhergehenden Messung dazu mittig liegt. Bei dieser zweiten Einmessung wird beispielsweise der Frequenz- bzw. Impulsratenbereich von z. B. 17,5 bis 18 kHz in Schritten von 50 Hz durchfahren (10 Impulsraten). Bei einer ggf. weiteren Einmessung wird beispielsweise im Bereich von 17,7 bis 17,9 kHz in Schritten von 20 Hz gearbeitet (10 Impulsraten). Der so schliesslich ermittelte Resonanzwert wird dann in der erwähnten Betriebsphase weiterbenutzt. Diese Betriebsphase schliesst sich automatisch an die erläuterte Abgleich- bzw. Einmessphase an. The resonance case mentioned above is determined by determining the maximum count of the counter 6 in different counter cycles. For this purpose, as already mentioned, a predetermined frequency range is passed through in predetermined frequency steps. For example, the frequency or pulse rate range from 17 to 19 kHz can be traversed in steps of 200 Hz during a first measurement. In this case, d pulses of 10 pulse rates are counted and stored in the counter 6 per duration. In order to determine the resonance frequency of the magnetostrictive transducer even more precisely, a second measurement is then carried out in a smaller frequency range, the maximum of the previous measurement being in the middle. In this second measurement, the frequency or pulse rate range of z. B. drive through 17.5 to 18 kHz in steps of 50 Hz (10 pulse rates). If there is a further measurement, for example, the range from 17.7 to 17.9 kHz is carried out in steps of 20 Hz (10 pulse rates). The resonance value finally determined in this way is then used further in the operating phase mentioned. This operating phase automatically follows the explained adjustment or calibration phase.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

673 413 673 413

Aus der vorstehenden Erläuterung dürfte ersichtlich sein, dass im Zuge der Abgleich- bzw. Einmessphase zunächst in einer Grobmessung und dann in einer oder mehreren Feinmessungen die Resonanzfrequenz des magnetostriktiven Wandlers bestimmt wird und dass dann der Erregerspule des magnetostriktiven Wandlers Er- 5 regerimpulse mit einer Impulsrate zugeführt werden, bei der dieser magnetostriktive Wandler in Resonanz ist. Damit wird zu Beginn jeder Inbetriebnahme des den magnetostriktiven Wandler aufweisenden Geräts mit wenigen Messzyklen ausgekommen, um anschliessend den betreffenden Wandler bei seiner optimalen Frequenz 10 betreiben zu können. Sollte es indessen nicht möglich sein, den magnetostriktiven Wandler innerhalb eines festgelegten Fequenzbe-reiches in Resonanz zu bringen, so kann die Steuereinrichtung 7 in diesem Fall eine Anzeige über die mit ihr verbundene Anzeigeeinrichtung 13 liefern. 15 From the above explanation it should be evident that in the course of the adjustment or measurement phase, the resonance frequency of the magnetostrictive transducer is first determined in a rough measurement and then in one or more fine measurements and that the excitation coil of the magnetostrictive transducer then excitation pulses with a pulse rate are supplied, in which this magnetostrictive transducer is in resonance. Thus, at the beginning of each start-up of the device having the magnetostrictive transducer, only a few measuring cycles are required in order to then be able to operate the transducer in question at its optimum frequency 10 If, however, it is not possible to resonate the magnetostrictive transducer within a defined frequency range, the control device 7 can in this case provide a display via the display device 13 connected to it. 15

Wird bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung anstelle der dort vorgesehenen Spannungsauswerteeinrichtung mit dem Spannungs-Frequenz-Wandler 5 und dem Zähler 6 die in Fig. 2 dargestellte Spannungsauswerteschaltung verwendet, so ergeben sich aus den vorstehend in Verbindung mit Fig. 3 erläuterten Verhältnis- 2o sen ähnliche Verhältnisse, wie sie aus Fig. 4 ersichtlich sind. In Fig. 4a ist der Spannungsverlauf U24 der am Schaltungspunkt 24 in Fig. 2 auftretenden impulsförmigen Spannungen für den Fall gezeigt, dass der magnetostriktive Wandler nicht in Resonanz ist. Die betreffenden impulsförmigen Spannungen entsprechen dabei 25 den am Widerstand 3 gemäss Fig. 1 auftretenden Spannungen, allerdings in der Amplitude verstärkt und von Gleichspannungsanteilen befreit. If the voltage evaluation circuit shown in FIG. 2 is used in the circuit arrangement shown in FIG. 1 instead of the voltage evaluation device provided there with the voltage-frequency converter 5 and the counter 6, the following result from the relationships explained in connection with FIG. 2o sen similar relationships, as can be seen from Fig. 4. FIG. 4a shows the voltage curve U24 of the pulse-shaped voltages occurring at the switching point 24 in FIG. 2 in the event that the magnetostrictive transducer is not in resonance. The pulse-shaped voltages in question correspond to the voltages occurring at resistor 3 according to FIG. 1, but amplified in amplitude and freed from DC voltage components.

In Fig. 4b ist die am Schaltungspunkt 25 gemäss Fig. 2 auftretende Ausgangsgleichspannung U25 veranschaulicht, die unter den in 30 Fig. 4a gezeigten Verhältnissen auftritt. FIG. 4b illustrates the DC output voltage U25 occurring at the switching point 25 according to FIG. 2, which occurs under the conditions shown in FIG. 4a.

In Fig. 4c ist der Verlauf der Amplitude U24r der Spannung am Schaltungspunkt 24 gemäss Fig. 2 für den Resonanzfall des magnetostriktiven Wandlers veranschaulicht. FIG. 4c illustrates the course of the amplitude U24r of the voltage at the switching point 24 according to FIG. 2 for the resonance case of the magnetostrictive transducer.

In Fig. 4d ist schliesslich der Verlauf der Spannung U25r am 35 4d shows the course of the voltage U25r on the 35th

Schaltungspunkt 25 gemäss Fig. 2 für die in Fig. 4c angenommenen Verhältnisse veranschaulicht. Circuit point 25 according to FIG. 2 is illustrated for the conditions assumed in FIG. 4c.

Ein Vergleich der Fig. 4a und 4c lässt deutlich erkennen, dass bei Resonanz des magnetostriktiven Wandlers die am Schaltungspunkt A comparison of FIGS. 4a and 4c clearly shows that when the magnetostrictive transducer resonates, that at the switching point

24 gemäss Fig. 2 auftretende impulsförmige Spannung einen deutlich anderen Verlaufhat als im sonstigen Fall. Ein Vergleich der in Fig. 4b und 4d gezeigten Spannungsverläufe lässt erkennen, dass bei Resonanz des magnetostriktiven Wandlers die am Schaltungspunkt 24 occurring in accordance with FIG. 2 has a clearly different course than in the other case. A comparison of the voltage profiles shown in FIGS. 4b and 4d shows that when the magnetostrictive transducer resonates, the voltage at the switching point

25 auftretende Gleichspannung deutlich grösser ist als im Nichtresonanzfall. 25 DC voltage occurring is significantly greater than in the non-resonance case.

Im Zusammenhang mit den in Fig. 4 dargestellten Verhältnissen sei noch angemerkt, dass während der Dauer der in Fig. 4a und 4c gezeigten impulsförmigen Spannungsverläufe dem Transistor 2 gemäss Fig. 1 Impulse unterschiedlicher Impulsraten zugeführt werden, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert worden ist. Der bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 2 vorgesehene Ana-log-Digital-Wandler 23 kann somit auf die ihm eingangsseitig zugeführten Spannungen unterschiedlicher Amplituden ausgangsseitig Digitalsignale abgeben, die den unterschiedlichen Zählerstellungen des bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 vorgesehenen Zählers 6 entsprechen. In connection with the relationships shown in FIG. 4, it should also be noted that during the duration of the pulse-shaped voltage curves shown in FIGS. 4a and 4c, pulses of different pulse rates are supplied to transistor 2 according to FIG. 1, as explained in connection with FIG. 3 has been. The analog-to-digital converter 23 provided in the circuit arrangement according to FIG. 2 can thus output digital signals to the voltages of different amplitudes supplied to it on the output side, which correspond to the different counter positions of the counter 6 provided in the circuit arrangement according to FIG. 1.

Im vorstehenden ist die Arbeitsweise der Erfindung unter der Annahme erläutert worden, dass die Steuereinrichtung 7 gemäss Fig. 1 die ihr von der jeweiligen Spannungsauswerteschaltung zugeführten digitalen Signale für eine direkte Ansteuerung des Zählers 8 sowie der Impulssteuereinrichtung 9 heranzieht. Mit dem in Fig. 1 angedeuteten Stellglied 11 kann dabei die Wirksamkeit der so der Erregerspule 1 des magnetostriktiven Wandlers zuzuführenden Erregerimpulse verändert werden, wie dies beispielsweise im Zusammenhang mit der Impulsbreitensteuereinrichtung 10 gemäss Fig. 1 bzw. in Verbindung mit den in Fig. 3d dargestellten Impulsen erwähnt worden ist. Es ist jedoch auch möglich, die erläuterten Massnahmen zur Steuerung der Intensität der der Erregerspule 1 des magnetostriktiven Wandlers zuzuführenden Erregerimpulse gemeinsam auszuführen. The operation of the invention has been explained above on the assumption that the control device 7 according to FIG. 1 uses the digital signals supplied to it by the respective voltage evaluation circuit for direct control of the counter 8 and the pulse control device 9. The actuator 11 indicated in FIG. 1 can be used to change the effectiveness of the excitation pulses to be supplied to the excitation coil 1 of the magnetostrictive transducer, as is the case, for example, in connection with the pulse width control device 10 according to FIG. 1 or in connection with those shown in FIG. 3d Impulses has been mentioned. However, it is also possible to carry out the described measures for controlling the intensity of the excitation pulses to be supplied to the excitation coil 1 of the magnetostrictive transducer.

R R

2 Blätter Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

673 413

1. Circuit arrangement for supplying an ultrasonic transmitter, in particular for a tartar removal device, with a magnetic-tostrictive transducer, which has an excitation coil (1), and with a control device (7), which supplies the excitation coil (I) with excitation pulses, the pulse rate of which is adjustable to the resonance frequency of the magnetostrictive transducer, characterized in that

- that the excitation coil (1) of the magnetostrictive transducer is first supplied with excitation pulses with different pulse rates at the start of each start-up,

- That the current flowing through the excitation coil (1) is determined,

- That the pulse rate of those excitation pulses is determined at which the magnetostrictive transducer is in resonance, and

- That the delivery of the excitation pulses is then continued at the particular pulse rate in question.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the excitation coil (1) of the magnetostrictive transducer pulses are supplied with a predetermined number of pulse rates in successively smaller pulse rate ranges.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a resistor (3) in series with the excitation coil (1) is provided for determining the current flowing through the excitation coil (1), with which a voltage evaluation circuit (5, 6; 20, 21, 22, 23) is connected, which outputs a digital signal corresponding to the voltage drop across the resistor (3) to the control device (7).

4. A circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the voltage evaluation circuit has a voltage-frequency converter (5) connected to the resistor (3), which pulses to a counter with a pulse rate corresponding to the voltage drop across the resistor (3) (6) outputs which counts the pulses occurring within a predetermined time period (d) and whose counter position reached at the end of this time period is adopted in the control device (7).

5. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the voltage evaluation circuit comprises a DC voltage suppression circuit (21) connected to the resistor (3), which suppresses the DC voltage components from the voltage drop across the resistor (3), and that the DC voltage suppression circuit (21) a low pass circuit (22) and this is followed by an analog-digital converter (23) which is connected on the output side to the control device (7).

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the DC voltage suppression circuit has an amplifier (20).

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control device (7) is connected on the output side to a further counter (8) which is operated such that it determines on the output side pulses with a value determined by the value of the respective digital signal Gives pulse rate for excitation of the excitation coil (1) of the magnetostrictive transducer.

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that a pulse control device (9) is also connected to the control device (7), which determines the effectiveness of the pulses emitted by said further counter (8).

9. Circuit arrangement according to claim 8, characterized in that the pulse control device (9) is followed by a pulse width control device (10) which allows the width of the pulses delivered by the pulse control device (9) to be adjusted.

10. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that with the control device (7) an actuator (11) is connected, which to the control device (7)

Output setting voltage through which the intensity of the pulses delivered to the excitation coil (1) of the magnetostrictive transducer can be adjusted.

11. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 10, characterized in that the excitation coil (1) of the magnetostrictive transducer is in the collector circuit of a transistor (2), in the emitter circuit of which the resistor (3) is located and the base of which the excitation pulses are supplied.

12. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that an indication is given in the event that it is determined that the resonance frequency of the magnetostrictive transducer lies outside a defined pulse rate range.