(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210925972.6 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 安徽建筑大学 地址 230601 安徽省合肥市经济技 术开发 区紫云路292号 (72)发明人 陈雪辉　王光伟　刘伟　景甜甜　 陈珊珊　蔡晨星　李昊　黄磊　 高婷　张正彬　陈从生　 (74)专利代理 机构 合肥天明专利事务所(普通 合伙) 34115 专利代理师 苗娟 (51)Int.Cl. B08B 3/12(2006.01) B08B 13/00(2006.01) B06B 3/00(2006.01)G01N 21/00(2006.01) B01J 19/18(2006.01) (54)发明名称 一种超声波清洗反应釜清洗系统及方法 (57)摘要 本发明的一种超声波清洗反应釜清洗系统 及方法， 基于反应釜， 还包括超声波发生器和控 制器设置在釜体外部； 控制器利用通讯网络将信 号传递给超声波发生器和清洗剂喷射装置； 清洗 剂喷射装置通过联轴器固定在反应釜搅拌轴上； 超声波发生器将电流信号传递给换能器， 再由换 能器将电能转换成声波能， 换能器固定在釜体 内； 光密度检测装置安装在排水口管道上， 通过 深入到管道内并通讯网络将排水口的光密度发 送给控制器， 由控制器控制超声波发生器以及换 能器的输 出。 本发明通过 实时监控釜内清洗状态 实时调整超声波清洗频率， 达到提高清洗效果、 明确清洗 结束时间、 减少超声波清洗对釜体造成 的伤害的目的。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115156187 A 2022.10.11 CN 115156187 A 1.一种超声波清洗反应釜清洗系统， 基于反应釜， 反应釜包括搅拌电机、 搅拌轴、 釜体； 其特征在于： 还包括清洗剂喷射装置、 超声 波发生器、 控制器、 换能器及光密度检测装置； 清洗剂喷射装置通过 联轴器固定在反应釜搅拌轴上， 清洗时清洗剂从喷口排出； 超声波发生器和控制器设置在釜体外 部， 换能器固定在釜体内； 控制器利用通讯网络将信号传递给超声波发生器和清洗剂喷射装置； 超声波发生器将 电流信号传递给 换能器， 再由换能器将电能转换成声 波能； 光密度检测装置安装在釜体底部的排水口管道上， 通过深入到管道内并利用通讯网络 将排水口 的光密度数据发送给控制器， 由控制器控制超声 波发生器以及换能器的输出。 2.根据权利要求1所述的超声 波清洗反应釜清洗系统， 其特 征在于： 清洗剂喷射装置包括清洗剂池、 压力泵及清洗剂喷头， 压力泵通过清洗剂输送管分别 与清洗剂池和清洗剂喷头连接， 清洗剂喷头设置在釜体腔体内顶部 。 3.根据权利要求2所述的超声 波清洗反应釜清洗系统， 其特 征在于： 所述清洗剂喷头包括径向喷口及轴向喷口， 轴向喷口设置多个， 沿四周方向均匀布置， 每个轴向喷口上同时设置若干径向 喷口。 4.根据权利要求1所述的超声波清洗反应釜清洗系统， 其特征在于： 排水口处设置阀门 为手动阀， 安装在反应釜排水 管道上。 5.根据权利要求1所述的超声波清洗反应釜清洗系统， 其特征在于： 所述换能器 固定在 位于反应釜顶部的保护装置内。 6.根据权利要求1所述的超声波清洗反应釜清洗系统， 其特征在于： 还包括人机交互界 面， 控制器将超声波实时频率以及光密度实时检测数据传输到人机交互界面供操作人员了 解实时清洗状态， 并对系统进行控制； 系统中存在的异常状态包括超声波发生装置故障状态、 清洗剂喷射装置故障状态通过 人机交互界面显示并报警。 7.一种超声波清洗反应釜清洗方法， 基于权利要求1 ‑6任意一项所述的超声波清洗反 应釜清洗系统， 其特 征在于： 包括以下步骤， 第一步： 光密度检测装置打开， 在排水口检测光密度值是否达到设定标准即≤λm， 若结 果达标则人机交互界面显示清洁完成； 若不达标则人机交互界面显示清洁未完成， 此时清 洗程序启动。 第二步： 超声波清洗系统电源开关 打开； 第三步： 超声波发生装置、 清洗剂喷射装置同时打开； 清洗剂的种类根据污垢特性的不 同进行人为更换； 第四步： 利用控制器控制 超声波发生装置， 设定初始频率保持在f0， 并通过人机交互界 面显示； 第五步： 光密度检测装置将光密度实时检测数值传递给控制器， 并通过人机交互界面 显示； 第六步： 设λn是前一时刻光密度数值， λn+1是后一时刻光密度数值， 控制器通过程序分析 光密度数值给出判断： 若实时光密度 λn‑λn+1≥0， 控制器控制超声波发生装置根据梯度值Δ f上调超声波频率； 若实时光密度λn‑λn+1<0， 控制器控制超声波发生装置根据梯度值Δf下权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115156187 A 2调超声波频率； 第七步： 排水口光密度检测装置检测光密度达到设定 标准即≤ λm， 人机交互界面显示清 洗完成， 超声 波发生装置关闭， 清洗剂喷射装置关闭； 第八步： 超声 波清洗系统电源关闭， 清洗结束。 8.根据权利要求7所述的一种 超声波清洗反应釜清洗方法， 其特征在于， 第六步中频率 上限为40kHz， 频率下限为28kH z。 9.根据权利要求7 所述的一种超声 波清洗反应釜清洗方法， 其特 征在于， 还包括超声波发生器故障、 光密度检测装置故障时人机交互界面显示系统故障并报 警， 故障排除后系统继续工作。 10.根据权利要求7 所述的一种超声 波清洗反应釜清洗方法， 其特 征在于， 所述第五步中光密度检测装置检测到的光密度数据通过卡尔曼滤波将输入的光密度 进行预测矫正后作为控制器的输入， 步骤如下： 获取光密度和超声 波频率关系表达式： a1： 设置超声波频率均匀采样间隔Δf， 采样区间为[f0 fn]， f0是采样起始点， fn是采样 结束点， 每 个采样点 为fk， 其中k＝1、 2…n， n为有限整数值； a2： 获取每一个采样点fk， k＝1、 2…n， n为有限整数值对应的光密度值 λk； a3： 使用牛 顿插值法得到光密度 λk和超声波频率fk的关系表达式即 λ(f)， 因此 得到： λ(f)＝λ(f0)+λ[f0,f1](f‑f0)+λ[f0,f1,f2](f‑f0)(f‑f1)+...+λ[f0,f1,...,fn](f‑ f0)...(f‑fn‑1)； 对光密度输出值利用卡尔曼 滤波进行预测矫正， 如下： b1： 建立系统预测方程和观测方程， 系统预测方程为 其中 为光 密度的先验预测值， fk‑1为上一次的超声波频率， wk‑1为上一次的系统过程噪声且假设过程 噪声w满足期望为0方差为Q的正态分布； 系统观测方程为Zk＝Hλk+vk， λk为光密度检测装置 检测值， vk为当前系统的测量噪声同样假设测量噪声v 满足期望为0方差为R的正态分布； b2： 建立输出先验估计和协方差表达式： 先验估计值 协方差 其中 即对 在 fk‑1处求偏导， 为先验协方差矩 阵， Pk‑1为上一次更新的协方差矩阵； b3： 计算增益系数 输出进行后 验估计 协方差更 新 其中H为观测方程的系数矩阵； b4： 将校正后的光密度值 输入到控制器运 算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115156187 A 3