El documento describe el diseño de un equipo generador de ultrasonido de alta potencia. Explica cómo se genera ultrasonido mediante el efecto piezoeléctrico inverso y los tipos de transductores utilizados. Luego detalla el diseño del equipo, el cual incluye un oscilador controlado por microcontrolador para generar las frecuencias, módulos para controlar la potencia, temperatura y detección de presencia, y una interfaz para configurar parámetros como la potencia, tiempo y modo de sesión. Finalmente, concluye que

1. VI Foro Internacional de Innovación Tecnológica
FOINTEC - 2009
DISEÑO DE UN EQUIPO
GENERADOR DE
ULTRASONIDO DE ALTA
POTENCIA
Miguel Adolfo López Ortega
Ingeniero Físico
Universidad del Cauca - Colombia

2. Ultrasonido
Onda Longitudinal de
presión

3. Aplicaciones del Ultrasonido
BAJA POTENCIA
Transmisión de energía al Información del medio
medio
o Equipos para ensayos no destructivos.
o Medición de propiedades elásticas de materiales.
o Equipos de diagnóstico médico.
o Sensores de proximidad.

4. Aplicaciones del Ultrasonido
ALTA POTENCIA
Transmisión de energía al Modificación del medio
medio
o Atomizadores de líquidos.
o Limpieza de materiales.
o Soldadura y homogenización de materiales.
o Equipos de estética, fisioterapia y terapia medica.

5. Aplicaciones del Ultrasonido
NORMA TÉCNICA DE FABRICACIÓN
NTC – IEC
60601
NTC – IEC 60601–
2–5
Equipos electromédicos.
Parte 2.5. Requisitos particulares
para la seguridad de los equipos
terapéuticos de ultrasonido

6. Generación del Ultrasonido
EFECTO PIEZO-ELECTRICO INVERSO
f < 100kHz
Longitudinal: E || F
f > 100kHz
Transversal: E F

7. Generación del Ultrasonido
CAPACITANCIA ASOCIADA
C1 Capacitancia
Electrodos
C2 Elasticidad Cristal
L1 Masa Vibrante Cristal
R1 Perdidas Internas
Cristal

8. Generación del Ultrasonido
TIPOS DE TRANSDUCTORES
ALTA POTENCIA
Titanatos Zirconatos de
Plomo
o PZT – 4
o PZT – 5 A
o PZT – 6B
o PZT – 7 A
o PZT – 8

9. Generación del Ultrasonido
ACOPLE DE IMPEDANCIAS
ELÉCTRIC ACÚSTICA
A

10. Equipo US1&3MHz
o Amplio BW
OSCILADOR o Descalibración temporal
ANALÓGICO o Efecto Temperatura
o Offset DC
o Difícil de calibrar (MHH)
o Oscilador individual (1MHz &
3MHz)
o Difícil de controlar
o Sin modulación de onda
o Dificultad de ensamble
o Ruido eléctrico
o Mal funcionamiento
o Desgaste de los
componentes

11. Equipo US1&3MHz
CONTROL
MODULACIÓN
POTENCIA
CONTROL
OSCILADOR TEMPERATUR
A
uC
VISUALIZACIÓ
CONTROL
N
PRESENCIA
VARIABLES
CONTROL
CALIBRACIÓN
SESIÓN

12. OSCILADOR
LTC6903/04
o 1kHz < f < 68MHz o Oscilador interno
o Error Frecuencia < 1.1% o 2.7v < Vs < 5.5v
o Resolución 0.1% o SPI™ o I²C™
o Pin de habilitación por o Salida TTL
Hardware

14. MODULACIÓN
Frecuencias Moduladoras
o 16Hz
o 48Hz
o 100Hz
Ciclo útil de trabajo
o 10%
o 20%
o 25%
o 50%
Modulación de o 75%
Amplitud

15. Timer 2
setup_timer_2(T2_DIV_BY_4,124,1);
0.5mS@4MHz

16. CONTROL DE POTENCIA
Cruce por Disparo GATE
cero

17. CCP1 +
Timer0

18. CONTROL TEMPERATURA
o -55°C < T < 125°C
o ± 0.5 °C de Resolución
o 9 bits de resolución
o 1 – Wire, Parasite Power

19. CONTROL PRESENCIA
o Numero serial único de 64 bits
o Unicidad Equipo – Cabeza de
tratamiento
o Producción en línea mas simple

20. CONTROL SESIÓN

21. 0.1 W/cm² - 2.0 W/cm² @ 1MHz
POTENCI 0.1 W/cm² - 3.0 W/cm² @ 3 MHz
A ∆P = 0.1 W/cm²
TIEMPO 1 minuto – 30 minutos
DE ∆t = 1 minuto
SESIÓN
Continuo
MODO DE Modulado
TRABAJO 16 Hz @
10%, 20%, 25%, 50%, 75%
48 Hz @
10%, 20%, 25%, 50%, 75%
100Hz @
Potencia, Tiempo , Modo
10%, 20%, 25%, 50%, 75%
GUARDAR
20 Memorias
CARGAR Potencia, Tiempo, Modo

22. CALIBRACIÓN
RS23
2
UPT–DT–100AV
Barrido
Potencia
Identificación
Fijar Leer
Cabeza de
Frecuencia Potencia
tratamiento
Guardar
Guardar
Máximo

23. VISUALIZACIÓN VARIABLES
POTENCI
A
TEMPERATURA
CONTROL
DE
CALIDAD

24. µControlador
o 32kB ROM
o 1.5kB RAM
o 256 B EEPROM
o 2 Timer 8bits
o 2 Timer 16 bits
o 2 Módulos CCP
o 1 Master Synchronous Serial
Port
SPI™, I²C™.
o USART
o ICSP™
o Arquitectura optimizada para
C
Lenguaje de Alto Nivel
o mcc18 Microchip®
o MikroC
o CCS

25. Disposición Interna
Caja
Exterior

26. CONCLUSIONES
o El uso de microcontroladores en dispositivos que involucren
medidas y control de variables, aumentan la trazabilidad del proceso
de producción, gracias a la estandarización de procesos, como el
proceso de calibración.
o Gracias a los diferentes módulos de comunicación que posen los
microcontroladores, se puede hacer uso de diversos dispositivos
dedicados, como los son generadores de frecuencia, sensores de
temperatura, etc.
o El uso de lenguajes de alto nivel en microcontroladores optimizados
para este fin, permiten enfocarse, de una manera mas precisa, al
desarrollo de aplicaciones de usuario en general.
o Es importante conocer las bases físicas de los procesos
involucrados en el desarrollo de prototipos, con el fin de no caer en
supuestos errores indescifrables en el desarrollo del mismo.