CN103549238A - 可调功率的超声波药残清洗降解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调功率的超声波药残清洗降解装置，它包括反应容器、控制面板、核心处理器、PWM滤波电路、超声信号发生模块、功率放大模块、阻抗匹配变压器、匹配电感和换能器；控制面板的信号输出端与核心控制器的信号输入端相连接；核心处理器内具有PWM模块，并且其PWM信号输出端与PWM滤波电路的信号输入端相连接；PWM滤波电路的信号输出端与超声信号发生模块的信号输入端相连接；超声信号发生模块的信号输出端与驱动隔离模块的信号输入端相连接；驱动隔离模块的输出端与功率放大模块的信号输入端相连接。本发明能够使换能器的输出功率具有可调性，并能满足不同功率下药残清洗降解想需求，增强清洗降解效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调功率的超声波药残清洗降解装置，属于超声波药残清洗降解技术领域。
背景技术
目前，化学合成农药是人类20世纪的重大发明，据估算目前世界上生产的农药、产品主要有420种，在农作物病虫害防治、提高农作物产量等方面发挥过巨大贡献。但与此同时，由于长期过度使用农药，农产品中农药残留量、微生物、微菌毒素增加，农药废水大量排放等问题也日益严重。我国作为世界上主要的农药生产使用大国，每年农药使用量高达130吨，农药残留问题逐渐成为制约我国可持续发展最为突出的食品安全问题，特别是因农药残留引起的恶性食品污染事件和出口农产品中农药残留超标事故不断更说明了问题的严重性。近年来随着人们生活水平的提高，人们对食品安全问题和环境生态日益重视，如何降解农产品和环境中的农药残留已成为世界各国的研究热点。目前世界范围内农药残留降解方法主要有：
1、吸附、洗涤和辐照等传统物理方法。此方法存在对低浓度残留农药的降解去除效果不够彻底、劳动强度大、耗水量大并且在洗涤过程中加入的洗涤剂存在二次污染问题。
2、氧化分解、水解和光化学降解等化学方法。利用此方法降解农药残留一般都比较耗时且成本较高，效果也不太明显，一些中间产物还会带来二次污染。
3、微生物降解、降解酶和工程菌等生物降解方法。目前这种方法在实际生产中应用较少，产品的稳定性和成本往往难以满足生产实践要求还有待进一步的研究。
因此，研制出一套高效、无毒无害、节水、节能、实施简单的药残清洗降解装置对于活跃农产品加工市场、节约利用水资源、保护生态环境和人体健康具有重要的现实意义。虽然已有将超声波应用于药残降解的相关研究，但大都是研究某种固定输出功率下的超声波对不同浓度不同种类药残降解的定性分析，都存在着结构复杂、降解效率低、难以实现功率调节清洗降解等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可调功率的超声波药残清洗降解装置，它能够使换能器的输出功率具有可调性，并能满足不同功率下药残清洗降解想需求，增强清洗降解效果。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可调功率的超声波药残清洗降解装置，它包括：
反应容器；
控制面板，其信号输出端与核心控制器的信号输入端相连接，用于输入PWM占空比调节信号并将其传递至核心处理器；
核心处理器，其内具有PWM模块，并且其PWM信号输出端与PWM滤波电路的信号输入端相连接，用于根据PWM占空比调节信号输出相应的PWM信号至PWM滤波电路；
PWM滤波电路，其信号输出端与超声信号发生模块的信号输入端相连接，用于根据相应的PWM信号产生相应的输出电压信号并传输至超声信号发生模块；
超声信号发生模块，其信号输出端与驱动隔离模块的信号输入端相连接，用于根据相应的输出电压信号产生相应的超声驱动信号；
用于驱动功率放大模块正常工作的驱动隔离模块，其输出端与功率放大模块的信号输入端相连接；
功率放大模块，其输出端与阻抗匹配变压器连接；
用于变换换能器的阻抗使其与前端电路阻抗相匹配的阻抗匹配变压器，其输出端与匹配电感相连接；
用于对换能器进行调谐匹配的匹配电感，其输出端与换能器相连接；
用于驱动反应容器内液体发生空化效应的换能器，其安装在反应容器上。
进一步，所述的控制面板还具有液晶显示装置和薄膜按钮，所述的PWM占空比调节信号通过该薄膜按钮输入。
进一步，所述的驱动隔离模块由驱动电路和隔离变压器连接而成。
进一步，所述的功率放大模块采用半桥型功率放大器。
更进一步为了增大其功率的上限值，扩大功率调节范围，所述的换能器具有并联连接的多片压电陶瓷片。
采用了上述技术方案后，由于本超声波药残清洗降解装置，可以实现功率调节的超声波药残溶液降解，有利于节约能源，增强清洗效果，保护换能器，并且该装置结构简单，控制方便，寻找出一套高效、无毒无害、节水、节能、实施简单的药残清洗降解装置具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的可调功率的超声波药残清洗降解装置的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种可调功率的超声波药残清洗降解装置，它包括：
反应容器2；
控制面板，其信号输出端与核心控制器的信号输入端相连接，用于输入PWM占空比调节信号并将其传递至核心处理器；
核心处理器，其内具有PWM模块，并且其PWM信号输出端与PWM滤波电路1的信号输入端相连接，用于根据PWM占空比调节信号输出相应的PWM信号至PWM滤波电路1；核心处理器采用MSP430F149单片机，控制并接收控制面板信息，根据控制面板输入的PWM占空比调节信号改变输出PWM信号的占空比，最终达到调节换能器3输出功率的效果。
PWM滤波电路1，其信号输出端与超声信号发生模块的信号输入端相连接，用于根据相应的PWM信号产生相应的输出电压信号并传输至超声信号发生模块；
超声信号发生模块，其信号输出端与驱动隔离模块的信号输入端相连接，用于根据相应的输出电压信号产生相应的超声驱动信号；超声信号发生模块可采用SG3525芯片。
用于驱动功率放大模块正常工作的驱动隔离模块，其输出端与功率放大模块的信号输入端相连接；
功率放大模块，其输出端与阻抗匹配变压器连接；用于对前端信号发生部分产生的信号进行功率放大。
用于变换换能器3的阻抗使其与前端电路阻抗相匹配的阻抗匹配变压器，其输出端与匹配电感相连接；阻抗匹配变压器可采用1.5mm2纱包线以1：1.5的初次级匝数比绕制。
用于对换能器3进行调谐匹配的匹配电感，其输出端与换能器3相连接；匹配电感可采用1.5mm2纱包线绕制。
用于驱动反应容器2内液体发生空化效应的换能器3，其安装在反应容器2上。
控制面板还具有液晶显示装置和薄膜按钮，PWM占空比调节信号通过该薄膜按钮输入，液晶显示装置可用来显示核心处理器的工作状态。
驱动隔离模块由驱动电路和隔离变压器连接而成，驱动隔离模块包含以TIP122芯片NPN达林顿功率晶体管和TIP127芯片PNP达林顿功率晶体管为核心构成的驱动电路，和以隔离变压器为主的隔离部分，隔离变压器采用直径为0.27mm的漆包线并以1：1.125的初次级匝数比绕制，将前级信号与后级电路隔离，以保护前级电路。
功率放大模块采用半桥型功率放大器。
为了增大其功率的上限值，扩大功率调节范围，换能器3具有并联连接的多片压电陶瓷片。本实施例优先为三个。
本发明的工作原理如下：
首先确定好实验需要的频率，以160kHz为例，在相应的反应容器2中加入适量的去离子水和反应物，核心处理器产生PWM信号经过PWM滤波电路1，若改变超声波功率，则产生的PWM信号的占空比改变，PWM滤波电路1的输出电压改变，从而控制超声信号发生模块输出的信号占空比改变，改变了换能器3的输出功率，超声信号发生模块产生两路160kHz同频反相峰值为5V的单极方波信号，传送至驱动隔离模块中的驱动电路，两路同频反相峰值为5V的单极方波信号放大整形为一路峰值为12V的双极方波信号，信号再经由隔离变压器分成两路同频反相信号，驱动与其相连的功率放大模块，功率放大模块输出端连接阻抗匹配变压器，功率放大模块的源电压为220V交流电整流滤波后的电压（340V左右），将其放大后在功率放大模块输出端连接阻抗匹配变压器，用于实现与换能器3电路的阻抗匹配，阻抗匹配变压器输出端连接匹配电感，匹配电感用于实现与换能器3的调谐匹配，在超声驱动信号的作用下，超声换能器3将输入的超声电信号转化为高频机械振动并带动反应容器2振动，从而使反应容器2中的液体发生超声空化效应，对蔬果表面上的药残进行清洗和降解。实验结束后进行数据采集和分析，整个过程可以自定义输出功率，方便调节，扩大适用范围。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可调功率的超声波药残清洗降解装置，其特征在于，它包括：
反应容器（2）；
控制面板，其信号输出端与核心控制器的信号输入端相连接，用于输入PWM占空比调节信号并将其传递至核心处理器；
核心处理器，其内具有PWM模块，并且其PWM信号输出端与PWM滤波电路（1）的信号输入端相连接，用于根据PWM占空比调节信号输出相应的PWM信号至PWM滤波电路（1）；
PWM滤波电路（1），其信号输出端与超声信号发生模块的信号输入端相连接，用于根据相应的PWM信号产生相应的输出电压信号并传输至超声信号发生模块；
超声信号发生模块，其信号输出端与驱动隔离模块的信号输入端相连接，用于根据相应的输出电压信号产生相应的超声驱动信号；
用于驱动功率放大模块正常工作的驱动隔离模块，其输出端与功率放大模块的信号输入端相连接；
功率放大模块，其输出端与阻抗匹配变压器连接；
用于变换换能器（3）的阻抗使其与前端电路阻抗相匹配的阻抗匹配变压器，其输出端与匹配电感相连接；
用于对换能器（3）进行调谐匹配的匹配电感，其输出端与换能器（3）相连接；
用于驱动反应容器（2）内液体发生空化效应的换能器（3），其安装在反应容器（2）上。
2.根据权利要求1所述的可调功率的超声波药残清洗降解装置，其特征在于：所述的控制面板还具有液晶显示装置和薄膜按钮，所述的PWM占空比调节信号通过该薄膜按钮输入。
3.根据权利要求1所述的可调功率的超声波药残清洗降解装置，其特征在于：所述的驱动隔离模块由驱动电路和隔离变压器连接而成。
4.根据权利要求1所述的可调功率的超声波药残清洗降解装置，其特征在于：所述的功率放大模块采用半桥型功率放大器。
5.根据权利要求1所述的可调功率的超声波药残清洗降解装置，其特征在于：所述的换能器（3）具有并联连接的多片压电陶瓷片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150211 Termination date: 20181111 |