CN104096695B - 一种相控阵超声清洗器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种相控阵超声清洗器，由超声频电源、信号延迟系统和相控阵线阵列换能器连接组成；所述相控阵线阵列换能器包括圆筒形套管，圆筒形套管外部套装有若干个叠放在一起的薄片压电片，分别与各电极片连接的电极线均穿过圆筒形套管管壁从圆筒形套管中引出与信号延迟系统连接；由超声频电源提供振荡电压，经信号延迟系统将输入的振荡电压分为若干具有相位差的多通道信号，激励换能器各薄片压电片使其沿径向振动，通过改变激励信号的相位差达到动态指向性和聚焦效果，克服了现有超声清洗设备在清洗槽中产生驻波造成的清洗不均匀缺点；此清洗器可以直接将产生的超声波作用于液体，避免通过清洗槽壁造成能量的损失，空化效应更强，无需设置清洗槽，便于携带。

Description

一种相控阵超声清洗器
技术领域
本发明属于超声清洗技术领域，涉及一种通相控阵超声清洗器。
背景技术
超声波清洗是通过物理手段清除物件表面污垢，是一种实用而先进的清洗技术。与各种化学、物理、电化、物化等清洗方法相比，更有益于环境保护，因此被称为绿色清洗。超声波清洗而且具有清洁度高、速度快、成本低等优点，尤其对于其他清洗方法无法或很难处理的孔穴，狭缝、凹槽、微孔等，利用超声清洗可获得理想的效果。
目前大多数的超声清洗装置是将多个超声换能器固定于清洗槽壁，换能器在高频电源驱动下产生超声频机械振动，通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射超声波。但是，清洗槽是有限空间，超声波会在液体和气体的交界面反射而形成驻波，从而在液体空间出现声压极小和极大值，造成清洗不均匀现象。清洗槽的容积毕竟有限，因此清洗部件尺寸有一定局限性，而且此类清洗设备在携带和运输方面有很多不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种不需要设置清洗槽，且能够产生动态指向性及超声波聚焦的相控阵超声清洗器。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种相控阵超声清洗器，由超声频电源、信号延迟系统和相控阵线阵列换能器连接组成；所述相控阵线阵列换能器包括圆筒形套管，圆筒形套管外部套装有若干个叠放在一起的薄片薄片压电片，每个薄片压电片上下表面分别设置有电极片，相邻薄片压电片的电极片之间通过绝缘片隔开，分别与各电极片连接的电极线均穿过圆筒形套管管壁从圆筒形套管中引出与信号延迟系统连接；由超声频电源提供振荡电压，经信号延迟系统将输入的振荡电压分为若干具有相位差的多通道信号，激励换能器各薄片压电片使其沿径向振动，通过改变激励信号的相位差达到动态指向性和聚焦效果。
所述圆筒形套管上端设置有与其连为一体的上盖板，圆筒形套管下端通过螺纹连接有下盖板，套装在圆筒形套管上的若干个薄片压电片、电极片和绝缘片通过上盖板和下盖板压装固定。
所述圆筒形套管管壁上开设有呈螺旋状分布的若干个电极孔，电极片内圆上设置有凸起部分，各电极片凸起部分分别通过电极孔伸入圆筒形套管内，各电极线一端与各电极片的凸起部分连接另一端与信号延迟系统连接。
所述相控阵线阵列换能器整体由绝缘橡胶层包裹，绝缘橡胶层中开设有与圆筒形套管内孔连通的引线孔，电极线通过引线孔引出。
套装在圆筒形套管上的若干个薄片压电片、电极片、绝缘片及上盖板和下盖板均为圆形。
本发明将若干个薄片压电片圆筒形套管在套装外部，由超声频电源提供振荡电压，经信号延迟系统将输入的振荡电压分为若干具有相位差的多通道信号，将通常清洗设备中换能器的轴向超声频振动变为径向振动，通过改变线阵列换能器激励信号的相位差，从而使声场产生动态指向性以及聚焦，克服了现有超声清洗设备在清洗槽中产生驻波造成的清洗不均匀缺点；此清洗器可以直接将产生的超声波作用于液体，避免通过清洗槽壁造成能量的损失，因此空化效应更强；此装置无需设置清洗槽，只需将清洗器放入盛有清洗液的容器即可对部件进行清洗，便于携带。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中换能器的结构示意图；
图3是图2中下盖板的结构示意图；
图4是图2中圆筒形套管和下盖板的连接结构示意图；
图5是图2中电极片的示意图；
图中：绝缘橡胶层1、上盖板2、下盖板3、薄片压电片4、绝缘片5、电极片6、电极孔7、圆筒形套管8组成。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明：
如图1所示，本发明的相控阵超声清洗器是由超声频电源、信号延迟系统、相控阵线阵列换能器连接构成。由超声频电源提供振荡电压，经信号延迟系统将输入的振荡电压分为若干具有相位差的多通道信号，然后激励换能器各薄片压电片使其沿径向振动，通过改变激励信号的相位差达到动态指向性和聚焦的效果。
如图2所示，超声清洗器中相控阵线阵列换能器由绝缘橡胶层1、上盖板2、下盖板3、薄片压电片4、绝缘片5、电极片6、电极孔7、圆筒形套管8组成。换能器内部整体结构通过绝缘橡胶层1包裹，且绝缘橡胶层1上端开设有与圆筒形套管连通的引线孔。上盖板2和圆筒形套管8为一体，圆筒形套管8外部套装有若干个叠放在一起的薄片压电片4，每个薄片压电片4上下表面分别设置有电极片6，相邻电极片6之间通过绝缘片5隔开，圆筒形套管8管壁上开设有呈螺旋状分布的若干个电极孔7，各电极孔沿圆筒形套管外圆周错开设置，便于各电极线引出，互不干扰。如图5，通过电极线与信号延迟系统连接的电极片6内圆上设置有凸起部位，各电极片凸起部分通过电极孔7伸入圆筒形套管8内与各电极线连接，所有电极线都由圆筒形套管8内和绝缘橡胶层1上的引线孔引出。
进一步，如图3和图4所示，圆筒形套管8下端通过螺纹连接有下盖板3，套装在圆筒形套管8上的若干个薄片压电片4、电极片6和绝缘片5通过上盖板2和下盖板3压装固定。安装结构简单，拆卸方便，便于更换不同尺寸和数量的薄片压电片。
进一步，套装在圆筒形套管上的若干个薄片压电片、电极片、绝缘片及上盖板和下盖板均为圆形，便于外形设计和安装。
使用时，将各部件按图1装置系统图进行连接，首先调节超声频电源的电压幅值和频率，达到清洗器所需值，然后调节信号延迟系统对各通道信号进行延迟，使各通道信号间有特定的相位差。将清洗器竖直放入装有清洗液的部件内即可对部件内顽固性污渍进行清洗，清洗过程中上下移动清洗器清洗效果更佳。
本发明通过相控阵实现线阵列超声圆环聚焦以及动态指向性的超声清洗器，可以对清洗槽的容积和形状没有任何要求，只需将清洗器放入盛有清洗液的容器即可对部件进行清洗，尤其对容器类部件清洗更加方便，仅需将清洗器放入盛有清洗液的部件内就可对容器的内壁进行清洗，例如茶渍、水垢、汽车气缸、管道等。因其有动态指向性和聚焦特点，克服了现有超声清洗设备在清洗槽中产生驻波造成的清洗不均匀缺点。此清洗设备体积小，而且不需要固定在清洗槽壁，所以便于携带。综上所述本发明装置有空化效应强、结构简单、成本低，效率高、适用范围广、携带运输方便等诸多优点。
以下为本发明几个具体应用实例：
实施例1
本实例压电晶片10片，各压电晶片内径3mm，外径10mm，厚度1mm，绝缘橡胶层厚度1mm，绝缘橡胶层引线孔半径2mm，上、下盖板内径1.5mm，外径10mm，厚度1.5mm，圆筒形套管内径1.5mm，外径3mm，电极孔长1mm，宽0.3mm，电极片厚度0.1mm，绝缘片厚度0.1mm。将清洗器竖直放入装有清洗液的茶杯中即可对杯壁上顽固性茶渍进行清洗。
实施例2
本实例的压电晶片20片，各压电晶片内径10mm，外径30mm，厚度2mm，绝缘橡胶层厚度2mm，绝缘橡胶层引线孔半径2mm，上、下盖板内径7mm，外径30mm，厚度3mm，圆筒形套管内径7mm，外径10mm，电极孔长1mm，宽0.3mm，电极片厚度0.1mm，绝缘片厚度0.1mm。将清洗器竖直放入装有清洗液的汽车气缸中即可对气缸壁的油污进行清洗。
实施例3
本实例的压电晶片30片，各压电晶片内径8mm，外径20mm，厚度1mm，绝缘橡胶层厚度2mm，绝缘橡胶层引线孔半径2mm，上、下盖板内径6mm，外径20mm，厚度2mm，圆筒形套管内径6mm，外径8mm，电极孔长1mm，宽0.3mm，电极片厚度0.1mm，绝缘片厚度0.1mm。将清洗器竖直放入装有清洗液的热水器中即可对热水器壁的水垢进行清洗。
实施例4
本实例的压电晶片35片，各压电晶片内径10mm，外径40mm，厚度1mm，绝缘橡胶层厚度2mm，绝缘橡胶层引线孔半径2mm，上、下盖板内径8mm，外径40mm，厚度2mm，圆筒形套管内径8mm，外径10mm，电极孔长1mm，宽0.3mm，电极片厚度0.1mm，绝缘片厚度0.1mm。将清洗器竖直放入装有清洗液的管道中即可对管道壁的污渍进行清洗。
实施例5
本实例的压电晶片100片，各压电晶片内径20mm，外径60mm，厚度2mm，绝缘橡胶层厚度2mm，绝缘橡胶层引线孔半径2mm，上、下盖板内径16mm，外径60mm，厚度2mm，圆筒形套管内径16mm，外径20mm，电极孔长1mm，宽0.3mm，电极片厚度0.1mm，绝缘片厚度0.1mm。将清洗器竖直放入装有清洗液的储藏罐中即可对储藏罐的污渍进行清洗。
实施例6
本实例的压电晶片50片，各压电晶片内径15mm，外径45mm，厚度1.5mm，绝缘橡胶层厚度2mm，绝缘橡胶层引线孔半径2mm，上、下盖板内径12mm，外径45mm，厚度2mm，圆筒形套管内径12mm，外径15mm，电极孔长1mm，宽0.3mm，电极片厚度0.1mm，绝缘片厚度0.1mm。将清洗件放入盛有清洗液的容器中，然后将清洗器竖直放入容器中即可对清洗件进行清洗。
本发明压电晶片内、外半径尺寸和厚度均可根据清洗对象的不同而进行选择。

Claims (5)

1.一种相控阵超声清洗器，其特征在于：由超声频电源、信号延迟系统和相控阵线阵列换能器连接组成；所述相控阵线阵列换能器包括圆筒形套管(8)，圆筒形套管(8)外部套装有若干个叠放在一起的薄片压电片(4)，每个薄片压电片(4)上下表面分别设置有电极片(6)，相邻薄片压电片的电极片(6)之间通过绝缘片(5)隔开，分别与各电极片(6)连接的电极线均穿过圆筒形套管(8)管壁从圆筒形套管中引出与信号延迟系统连接；由超声频电源提供振荡电压，经信号延迟系统将输入的振荡电压分为若干具有相位差的多通道信号，激励换能器各薄片压电片使其沿径向振动，通过改变激励信号的相位差达到动态指向性和聚焦效果。
2.根据权利要求1所述的相控阵超声清洗器，其特征在于：所述圆筒形套管(8)上端设置有与其连为一体的上盖板(2)，圆筒形套管(8)下端通过螺纹连接有下盖板(3)，套装在圆筒形套管(8)上的若干个薄片压电片(4)、电极片(6)和绝缘片(5)通过上盖板(2)和下盖板(3)压装固定。
3.根据权利要求1所述的相控阵超声清洗器，其特征在于：所述圆筒形套管(8)管壁上开设有呈螺旋状分布的若干个电极孔(7)，电极片(6)内圆上设置有凸起部分，各电极片(6)凸起部分分别通过电极孔(7)伸入圆筒形套管(8)内，各电极线一端与各电极片(6)的凸起部分连接另一端与信号延迟系统连接。
4.根据权利要求1所述的相控阵超声清洗器，其特征在于：所述相控阵线阵列换能器整体由绝缘橡胶层(1)包裹，绝缘橡胶层(1)中开设有与圆筒形套管(8)内孔连通的引线孔，电极线通过引线孔引出。
5.根据权利要求1所述的相控阵超声清洗器，其特征在于：套装在圆筒形套管(8)上的若干个薄片压电片(4)、电极片(6)、绝缘片(5)及上盖板(2)和下盖板(3)均为圆形。
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