CN102240189A - 驻波型超声吸尘器及其吸尘方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及驻波型超声吸尘器及其吸尘方法，属于超声驻波利用技术领域。本发明中的驻波型超声吸尘器利用腔体超声驻波场中声压为零的位置，把腔体外微尘吸进腔体内。腔体由声辐射面、声反射面、带有吸尘口的底面、顶面以及两个侧面构成。传统的吸尘器需利用旋转电磁马达驱动空气泵并带动大量的空气流动，以形成真空或气旋进而吸取灰尘。本发明中的超声吸尘器无需使用旋转电磁马达，无需驱动大量的空气流动，因而具有结构紧凑、重量轻、体积小和能量利用率高的优点，吸尘口附近的超声波对被除尘面还能起到杀菌的效果。

Description

驻波型超声吸尘器及其吸尘方法
技术领域
本发明中涉及超声驻波利用技术领域。
背景技术
传统吸尘器需利用旋转电磁马达驱动空气泵，以形成真空或气旋进而吸取灰尘。由于需要采用旋转部件并带动大量的空气流动，传统吸尘器在结构紧凑性、轻量化和能量利用率方面很难得到进一步的改进。为解决这些问题，必须使用结构紧凑、无旋转部件、无需驱动大量空气流动的新颖吸尘技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无旋转部件，无需驱动大量空气进行流动、具有结构紧凑、重量轻和能量利用率高等优点的驻波型超声吸尘器及其吸尘方法。
一种驻波超声吸尘器，其特征在于：超声吸尘器的腔体由顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面包围而成，第一侧面和第三层面由金属薄板构成，顶面、底面、第一侧面和第三侧面有金属薄板或塑料薄板构成；其中第一侧面为声辐射面，第三侧面为声反射面，声辐射面和声反射面相平行，它们之间的距离d为(2m+1)λ/4,其中λ为超声的波长，m为自然数；声辐射面外侧还设有声辐射驱动器；超声吸尘器的底面设有吸尘口；第二侧面或第四侧面设有可开关的门。
上述驻波超声吸尘器的吸尘方法，利用设置在腔体外壁上的压电换能器，激励出腔体中的驻波超声场；利用腔体中的驻波超声场，把腔体外的灰尘吸入腔体内，通过可开关的门，用于倒出灰尘和清洗超声吸尘器的腔体。
所述的吸尘口可以位于声压节线处，效果更好。因为声场中的颗粒由于其周围声能密度的空间不均匀性，受到声辐射力的作用（T. Hasegawa, T. Kido, T. Iizuka, and C. Matsuoka, “A general theory of Rayleigh and Langevin radiation pressures,”J. Acoust. Soc. Jpn. E, vol. 21, no. 3, pp. 145-152, 2000.）。   在驻波声场靠近腔体底面的声压节线附近，声场的势能密度为零，但动能密度为最大值（Philip M. Morse, K. Uno Ingard, Theoretical Acoustics, New York: McGraw-Hill Book Company, 1968, p.251-258.）。因此作用在吸尘口灰尘上的声辐射力指向腔体内，借助于此声辐射力，可将灰尘吸入腔体内。利用腔体（1）中超声驻波的声压节点，将腔体外的灰尘吸入腔体内。
所述底面可以具有凹凸形状而吸尘口设于向腔体内凹的地方，以防止被吸取的灰尘通过吸尘口漏出。
上述顶面可以为波浪形，通过被吸取灰尘在腔体顶面上斜向反射，防止被吸取的灰尘通过吸尘口漏出。
所述超声换能器可以为压电片或朗之文换能器，压电片被粘结在声辐射面的外侧， 朗之文换能器则通过螺杆结构被压在声辐射面上。
附图说明
图1：实施例1的结构图，
图2：实施例1中的结构的侧面图。  
图中标号名称：
1：腔体，2：第一侧面，即声辐射面，3：超声换能器，4：第三侧面，即声反射面，5：底面，6：吸尘口，7：顶面，8：第二侧面，9：第四侧面。
具体实施方案
          实施例一的结构如图1所示。
       超声吸尘器的六面体腔体的各个壁均由厚度0.5mm的金属薄铜板构成；声辐射面2和声反射面4相平行，它们之间的距离d为9λ/4 (= 38.3 mm), 其中λ为超声的波长（=17mm），以在腔体（1）中形成驻波超声场；驻波声场的长、宽和高分别为38.3mm、20mm和10mm。声辐射面由设在其外侧的压电片（3）驱动，压电片的长、宽和厚分别为20mm、10mm和2mm，被粘结在声辐射面的外侧, 加在压电片上的驱动电压的频率为20kHz、幅值为260Vrms； 以超声吸尘器底面声压节线为中心线，设有长20mm、宽2mm的4个吸尘口6；超声吸尘器的一个侧面（8或9）设有可开关的门，用于倒出灰尘和清洗超声吸尘器的腔体；超声吸尘器吸尘口之间采用波浪形底面5。 
利用薄荷子、咸水虾子和面粉对上述超声吸尘器的吸尘效果进行了实验验证。薄荷子的平均半径、密度和单颗颗粒的质量分别为0.26mm、1.44g/cm3和49×10-6g；咸水虾子的平均半径、密度和单颗颗粒的质量分别为0.12mm、0.55 g/cm3和3.7×10-6g；面粉的密度为0.81 g/cm3。把0.5g的薄荷子、0.5g的咸水虾子和0.5g的面粉均匀混和后撒在100cm×100cm的木质桌面上，再把超声吸尘器置于桌面上来回移动，3分钟后，几乎所有的颗粒被吸入超声吸尘器。本发明中的吸尘器可用于家庭吸尘、半导体晶片和集成电路板除尘、航天器中吸尘等方面。

Claims (6)

1.驻波超声吸尘器，其特征在于：
超声吸尘器的腔体（1）由顶面（ 7）、底面（5 ）、第一侧面（ 2）、第二侧面（8 ）、第三侧面（4）、第四侧面（9）包围而成，第一侧面（ 2）和第三侧面（4）由金属薄板构成，顶面（ 7）、底面（5 ）、第二侧面（8 ）和第四侧面（9）由金属薄板或塑料薄板构成；
其中第一侧面（2 ）为声辐射面（2），第三侧面（4）为声反射面（4），声辐射面（2）和声反射面（4）相平行，它们之间的距离d为(2m+1)λ/4,其中λ为超声的波长，m为自然数；声辐射面（2）外侧设有超声换能器（3）； 超声吸尘器的底面（5）设有吸尘口（6）；第二侧面（8）或第四侧面（9）设有可开关的门。
2.根据权利要求1所述的驻波声吸尘器，其特征在于：所述的吸尘口（6）位于声压节线处。
3.根据权利要求1或2所述的驻波超声吸尘器，其特征在于：上述底面（5）具有凹凸形状，其中所述吸尘口（6）设于向腔体（1）内凹的地方。
4.根据权利要求1所述的驻波超声吸尘器，其特征在于：上述顶面（7）为波浪形。
5.根据权利要求1所述的驻波超声吸尘器，其特征在于：上述超声换能器（3）为压电片或朗之文换能器。
6.根据权利要求1所述的驻波超声吸尘器的吸尘方法，其特征在于：利用设置在腔体（1）外壁上的超声换能器（3），激励出腔体中的驻波超声场；利用腔体中的驻波超声场，把腔体外的灰尘吸入腔体内，通过可开关的门，用于倒出灰尘和清洗超声吸尘器的腔体。
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