超声洁牙设备检测仪的设计

1 引 言

    医药行业标准 YY0460—2003《超声洁牙设备》中采用的一些主要术语和定义如下:

( 1) 半偏移力: 使尖端与载玻片接触力为 0.15N±0.02N 条件下的尖端主振动偏移降低到 50%时, 尖端与载玻片必须的接触力。

( 2) 尖端主振动偏移: 在距尖端不超过 1mm 距离的点上, 尖端最大振幅方向上的峰峰位移。

( 3) 尖端振动频率: 尖端振动的基频。

    同时规定了制造商应公布设备每一种尖端可达到的下列基本输出特性:

( a) 尖端主振动偏移;( b) 尖端振动频率;( c) 半偏移力。

    测试的负载条件: 作用头尖端应与显微镜载玻片接触, 载玻片应用水润滑( 自来水即可) , 且标准的接触力应为 0.15N±0.02N。标准中还对尖端主振动偏移要求为振动偏移测量的准确度在 100 μm 时应优于±10%。规定了两种测试方法: 一是光学显微镜法, 另一种是载玻片法。标准对尖端振动频率要求为测量的准确度应优于±1%。也规定了两种测试方法,是测振计法和频率计法。

    ( 1) 光学显微镜法: 显微镜聚焦于作用头( 尖端)上距其尖端距离不超过 1mm 的点上, 在作用头被激励后, 该点即显示为一根线, 尖端和显微镜的相对方位应能改变, 以观察到最长的线长度, 该线的长度等于尖端主振动偏移, 应采用被校准了的目镜标尺或者测微计进行测量。

    ( 2) 载玻片法: 按照安全要求规定, 作用头尖端与载玻片接触, 在装置开和关时, 以 U 形光栅形式移动作用头尖端下的载玻片, 测量刻痕标记, 确保轨迹垂直于最大尖端振动方向, 给出如下公式来确定尖端主振动偏移 S: S=( Wp- Wo) 。

    Wp—开机时刻痕标记宽度; Wo—关机时刻痕标记宽度。

    ( 3) 频率计法: 采用频率计来测量测量头( 尖端)上的激励电压的频率。

    ( 4) 测振计法: 采用非接触式测振计, 尖端的振动频率应对测振计的输出使用频率计或能校准时基的示波器进行测量。

    从以上标准建议的测试方法来看, 存在操作比较复杂, 效率比较低下特点。因此, 本文在标准的基础之上, 研制了一种比较适合设备制造厂商超声洁牙设备质量检测的测试系统。相比较而言, 该系统智能化程度高, 检测速度快, 由人的因素引入误差小。

2 测试系统原理

    根据医药行业标准 YY0460—2003《超声洁牙设备》所要求的公布的三个参数要求: 尖端主振动偏移、振动频率、半偏移力, 利用间接测量的方法, 可从尖端利用拾振器得到振动信号的频率和幅度大小,送入后面的微处理系统进行处理后, 在 LED 上显示。频率测量原理是利用超声洁牙设备工作尖振动时, 激振器的频率与工作尖的自然频率一致, 发生共振, 在其输出端振幅最大。用一个拾振器来指示这一最大振幅值出现的频率, 即为尖端振动频率。激振器即是超声洁牙设备工作激振器, 而拾振器可以用压电拾振器, 加速度计或静电拾振器。压电拾振器是通过一针状棒将被测振动体的机械振动传到压电元件。由于压电元件的压电效应, 将机械振动转换成电压输出。这种拾振器和加速度计是接触式的。非接触式拾振器可用静电拾振器。振幅的测量最直接的方法是用光学方法。如用长焦距显微镜在振动端面直接观测, 对振幅大于 10μm 的测量较为方便。沿变幅杆轴向振动分布的测量可以用显微镜逐点测量,但速度很慢, 而且精度差, 尤其是在振动节点附近,误差更大。用激光全息方法可以记录下振动的分布,但是需要在专门的实验室条件下进行。因此, 以上的方法测量虽然精度比较高, 但由于测试比较复杂, 对测试设备和人员要求都比较高。振幅测量的简单方法可使用上述各种拾振器, 拾振器经校准后可以作定量测量, 其测量速度较快, 但精度较差, 用于相对测量是很方便的。所以本系统采用的是接触式压电拾振器。