CN106087330A - 一种便携式定点污渍超声洗涤器 - Google Patents

一种便携式定点污渍超声洗涤器 Download PDF

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Abstract

一种便携式定点污渍超声洗涤器，属于超声波清洗领域。电控模块及供电装置安装在壳体内，超声波换能器头端穿出壳体前端的吹风口，供电装置用于为电控模块和超声清洗装置供电，信号发生模块用于产生并输出方波信号至功率放大模块；功率放大模块用于对输入的方波信号进行功率放大，并将放大后的方波信号输出至匹配模块；匹配模块用于将放大后的方波信号的功率和电压进行匹配，调整至满足起振超声波换能器的功率容量，并将调整好的方波信号输出给超声波换能器，超声波换能器用于接收调整好的能驱动超声波换能器的方波信号，并将方波信号转换成超声波。本发明可对衣物局部污渍进行能量集中处理，达到了去除衣物局部污渍的目的。

Description

一种便携式定点污渍超声洗涤器
技术领域
本发明涉及一种污渍洗涤器，尤其是涉及一种便携式定点污渍超声洗涤器，属于超声波清洗领域。
背景技术
经发明人检索发现，目前有关超声波清洗衣物的设备有：dolfi清洗机、小元mini超智能便携式超声波洗衣器、艾米伊便携式超声波迷你洗衣机、鹏聚迷你洗衣机便携式超声波清洗机等。
而上述这些清洗设备，都是利用超声技术将衣物进行整件清洗，对局部污渍清洗效率低。而且，实际清洗效果差，清洗一件衣服的时间要超过20分钟，衣服越脏时间越长，很难达到即洗即穿的目的，并没有实现真正的便携。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种便携式定点污渍超声洗涤器，通过选择正确的超声参数，使超声波空化作用更加充分，清洗效率更高，同时各个部件体积都很小，从而实现了真正的便携。
本发明的便携式定点污渍超声洗涤器只针对污渍进行清洗，能量集中，清洗效率高。而且本发明从超声原理分析和实验的结合上入手，正确选择合适的超声参数，使超声波空化作用更加充分，进而大幅提升清洗效果。本发明还利用风扇将壳体内的废热吹出，进而烘干衣物，达到即洗即穿的目的。因此，本发明相对现有设备清洗效果更好，清洗效率更高，清洗时间更短，功能更丰富，实现真正意义上的便携。
实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种便携式定点污渍超声洗涤器，其包括：壳体、后盖、供电装置、超声清洗装置和电控模块，所述的后盖可拆卸安装在壳体后端，所述的电控模块及供电装置均安装在壳体内，所述的超声清洗装置为超声波换能器，所述的超声波换能器的尾端安装在壳体内，超声波换能器的头端穿过壳体前端设有的吹风口置于壳体的外部；
所述的供电装置用于为电控模块和超声清洗装置供电，
电控模块包括信号发生模块、功率放大模块和匹配模块，其中：
所述的信号发生模块用于产生并输出方波信号至功率放大模块；
所述的功率放大模块用于对输入的方波信号进行功率放大，并将放大后的方波信号输出至匹配模块；
所述的匹配模块用于将放大后的方波信号的功率和电压进行匹配，调整至满足超声波换能器的起振电压，并将调整好的方波信号输出给超声波换能器。
所述的超声波换能器用于接收调整好的能驱动超声波换能器的方波信号，并将方波信号转换成超声波。
所述的便携式定点污渍超声洗涤器还包括：散热烘干装置；所述的散热烘干装置安装在壳体内，所述的供电装置亦为散热烘干装置供电，散热烘干装置用于将便携式定点污渍超声洗涤器工作时产生的余热从壳体内吹出以烘干衣物。
所述的信号发生模块输出的方波信号为频率50kHZ的可调方波信号。
所述的功率放大模块用于对输入的方波信号的功率放大至25W，并将放大后的方波信号输出至匹配模块。
所述的匹配模块包括变压器和TPA3116芯片的四个引脚所接电路，所述的TPA3116芯片的四个引脚分别为引脚一26、引脚二27、引脚三29和引脚四30，所述的变压器与TPA3116芯片的四个引脚电连接，匹配模块用于将功率放大模块输入的方波信号的10V电压升压到300V电压以及消除该方波信号电压、电流的相位差。
所述的散热烘干装置为风扇。
所述的壳体外形为手枪形状。
所述的后盖上设有若干镂空。
所述的壳体把手处前端安装有开关。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提出的一种便携式定点污渍超声洗涤器，实现超声清洗，能量集中，对局部污渍清洗效率提高；超声波换能器的驱动电路（信号发生模块、功率放大模块）设计与匹配模块的优化，实现超声波换能器在合适的功率点工作，使超声波换能器达到预期可靠的振幅，清洗功率满足清洗要求；风扇将超声洗涤器工作产生的废热排出，加速衣物中水分的蒸发，实现烘干功能。
附图说明
图1是本发明的一种便携式定点污渍超声洗涤器的主视图；
图2是图1的右视图；
图3是本发明的一种便携式定点污渍超声洗涤器的电路原理框图；
图4是本发明的一种便携式定点污渍超声洗涤器的超声波驱动电路图。
图中：1壳体、2后盖、3供电装置、4超声清洗装置、5电控模块、6信号发生模块、7功率放大模块、8匹配模块、9散热烘干装置、10镂空、11开关。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1~图4所示，一种便携式定点污渍超声洗涤器，其包括：壳体1、后盖2、供电装置3、超声清洗装置4和电控模块5，所述的后盖2可拆卸安装在壳体1后端，所述的电控模块5及供电装置3均安装在壳体1内，所述的超声清洗装置4为超声波换能器，所述的超声波换能器的尾端安装在壳体1内，超声波换能器的头端穿过壳体1前端设有的吹风口置于壳体1的外部；
所述的供电装置3用于为电控模块5和超声清洗装置4供电，
电控模块5包括信号发生模块6、功率放大模块7和匹配模块8，其中：
所述的信号发生模块6用于产生并输出方波信号至功率放大模块7；
所述的功率放大模块7用于对输入的方波信号进行功率放大，并将放大后的方波信号输出至匹配模块8；
所述的匹配模块8用于将放大后的方波信号的功率和电压进行匹配，调整至满足超声波换能器的起振电压，并将调整好的方波信号输出给超声波换能器。
所述的超声波换能器用于接收调整好的能驱动超声波换能器的方波信号，并将方波信号转换成超声波。
具体实施方式二：如图3所示，具体实施方式一所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器还包括：散热烘干装置9；所述的散热烘干装置9安装在壳体1内，所述的供电装置3亦为散热烘干装置9供电，散热烘干装置9用于将便携式定点污渍超声洗涤器工作时产生的余热从壳体1内吹出以烘干衣物。
具体实施方式三：如图3~图4所示，具体实施方式一所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的信号发生模块是由NE555芯片搭建的方波信号发生电路，信号发生模块输出的方波信号为频率50kHZ的可调方波信号。
具体实施方式四：如图3~图4所示，具体实施方式一所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的功率放大模块7采用板载TPA3116音频功放芯片，功率放大模块7用于对输入的方波信号的功率放大至25W，并将放大后的方波信号输出至匹配模块8。
具体实施方式五：如图3所示，具体实施方式四所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的匹配模块8包括变压器和TPA3116芯片的四个引脚所接电路，所述的TPA3116芯片的四个引脚分别为引脚一26、引脚二27、引脚三29和引脚四30，所述的变压器与TPA3116芯片的四个引脚电连接，匹配模块8用于将功率放大模块7输入的方波信号的10V电压升压到300V电压以及消除该方波信号电压、电流的相位差。
匹配模块8实为一个阻抗匹配电路，主要通过改变电感L1、电感L2、变压器线圈的电感量并进行调试达到阻抗匹配的目的。
具体实施方式六：如图3所示，具体实施方式二所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的散热烘干装置9为风扇，所述的风扇安装在壳体1内的后端。
具体实施方式七：如图1~图2所示，具体实施方式一所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的壳体1外形为手枪形状。
洗涤器在工作过程中电子元件会不可避免的发热，因此在其内部后端安装一小功率风扇（功率为5W），工作时可将热气流从洗涤器前端吹出，将衣物清洗的部位烘干。在方便用户使用的同时将废热重新利用，可实现即洗即穿的效果。
具体实施方式八：如图1~图2所示，具体实施方式二所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的后盖2上设有若干镂空10，用于进风。
具体实施方式九：如图1~图2所示，具体实施方式二所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的壳体1把手处前端安装有开关11。
具体实施方式十：如图3所示，具体实施方式五所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，所述的TPA3116芯片的四个引脚分别为引脚一-26、引脚二-27、引脚三-29和引脚四-30。
具体实施方式十一：一种便携式定点污渍超声洗涤器，利用压电式超声波换能器在水中产生的空化效应，达到清洗的效果。压电式超声换能器通过具有压电效应的电介质，将电能转换成声能。它的工作原理是基于压电陶瓷的逆压电效应：在压电陶瓷上加上适当的交变电信号，使其产生交替的压缩和拉伸，从而产生振动，振动频率与交变电压的频率相同，将压电陶瓷与弹性介质耦合，压电陶瓷充当超声源，把超声波传递到弹性介质中。压电式超声波换能器处在发射状态，将电能转为声能。
工作原理：
便携式定点污渍超声洗涤器实现衣物清洗的工作原理为：由NE555芯片搭建的信号发生模块6输出频率为50kHZ可调方波信号，用板载TPA3116音频功放芯片组成的功率放大模块7对信号发生模块6输出的方波信号进行功率放大。功率放大模块7可输出25W的方波信号，以驱动超声波换能器工作。功率放大模块7输出的10V电压经变压器升压到300V，通过功率匹配和实际测试满足超声波换能器的起振要求，驱动超声波换能器，通过超声波在水中的空化效应实现对衣物的清洗。清洗完成后由风扇将壳体1内的余热吹出从而实现衣物的烘干。
如图1~图2所示，本发明采用手持式小型化设计，吹风口（也是超声波发出口）设置在本发明的前端。供电装置3为锂电池，本洗涤器可在壳体1上加装USB充电口，从而支持USB充电功能，可以随时充电，方便携带。
壳体采用3D打印方式，小巧轻便，手持式设计方便用户操作，实现便携式和人性化的用户体验。
本设计还通过超声原理参数分析和实验的结合选出较优的超声频率和功率，使超声波换能器在达到合适的工作点的同时还尽量保证超声波换能器功率较小，节省能量并实现小功率设计，进而实现小型化。在超声理论分析方面：影响超声波清洗效果的因素有超声波的功率、频率、温度等。对衣物清洗效果影响最明显的因素是频率和声压。根据空化泡破裂的力学理论以及参考文献得到空化泡的半径与声压和频率的关系。空化泡半径与声压的关系等价于空化泡半径与声功率的关系。在相同的频率下，随着声功率增加，空化泡半径变化幅度增加，空化泡的运动加剧，其清洗效果变好。但是声功率过大会减弱清洗效果，因为太高的声功率会造成空化泡过多，形成声波屏障，使声波不容易传播到整个液体空间，从而使清洗效果减弱。所以功率的选择要在理论估算的基础下进行实验验证。经文献分析，频率在20kHz～100kHz，超声能量密度2W/cm2～3W/cm2的超声波最好，而使用溶剂时，超声波能量密度在1W/cm2～2W/cm2最好。因此，根据选择的超声波换能器的面积及实验分析，确定超声波功率在15W左右。在实验验证方面，本产品分别用15W、60W、100W的超声波换能器做实验，发现清洗效果相差无几，验证了前面对功率的理论计算，因此选择功率为15W的超声波换能器更加节能。为选取合适频率的超声波换能器，研究不同频率的超声波换能器对污渍清洗效果的影响，并确定超声波换能器的最佳工作频率。因此，本发明分别用酱油、酱油和油、墨水浸染棉布，分别用超声波换能器频率为28kHz、40kHz、50kHz的洗涤器进行清洗，每10s检查一次清洗效果，并记录最终清洗干净时所用时间。对于同一种污渍而言，频率为50kHz的超声波换能器的清洗效果与频率为28kHz的超声波换能器和频率为40kHz的超声波换能器的清洗效果相似，但是频率为50kHz的超声波换能器清洗用时短、效率高，验证了超声频率选择的理论分析。所以本发明所述的一种便携式定点污渍超声波洗涤器选择频率为50kHz的超声波换能器。因此，经过理论分析和实验设计的结合，本洗涤器选择合适频率下的合适功率，达到要求的清洗效果。这种频率、功率匹配技术易于实现而且较为可靠。
其中，采取的主要关键技术有超声波换能器电路驱动技术、超声波衣物清洗小型化技术、超声波清洗烘干集成一体化技术。
工作流程
a)在水槽中加入约1/2高度的水，将衣物被污渍弄脏的部分浸入水槽中；
b)将超声波换能器头对准污渍，与衣物接触；
c)打开洗涤器开关，开始洗涤。洗涤时间约为45s～90s；
d)在洗涤过程中，如果污渍较大，可将超声波换能器头左右移动；
e)污渍洗净后，将衣物从水槽中取出，用洗涤器后部的风扇将衣物烘干。
采用本发明的便携式定点污渍超声洗涤器清洗效果能够满足日常要求的说明，见表1：
表1
由此可知，本发明的便携式定点污渍超声洗涤器能对衣物局部污渍进行能量集中处理，达到了去除衣物局部污渍的目的。避免了因为局部污渍而不得不将衣物进行整体清洗的情况，达到了节水节电的效果。无需使用洗涤剂也可以将油污清洗干净，局部洗净程度和洗净效率高于手洗和传统机洗，减少了生活污水的排放。同时本发明具有快速清洗、即时烘干功能，为人们出行带来了极大方便。

Claims (9)

1.一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：其包括：壳体（1）、后盖（2）、供电装置（3）、超声清洗装置（4）和电控模块（5），所述的后盖（2）可拆卸安装在壳体（1）后端，所述的电控模块（5）及供电装置（3）均安装在壳体（1）内，所述的超声清洗装置（4）为超声波换能器，所述的超声波换能器的尾端安装在壳体（1）内，超声波换能器的头端穿过壳体（1）前端设有的吹风口置于壳体（1）的外部；
所述的供电装置（3）用于为电控模块（5）和超声清洗装置（4）供电，
电控模块（5）包括信号发生模块（6）、功率放大模块（7）和匹配模块（8），其中：
所述的信号发生模块（6）用于产生并输出方波信号至功率放大模块（7）；
所述的功率放大模块（7）用于对输入的方波信号进行功率放大，并将放大后的方波信号输出至匹配模块（8）；
所述的匹配模块（8）用于将放大后的方波信号的功率和电压进行匹配，调整至满足起振超声波换能器的功率容量，并将调整好的方波信号输出给超声波换能器，
所述的超声波换能器用于接收调整好的能驱动超声波换能器的方波信号，并将方波信号转换成超声波。
2.根据权利要求1所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的便携式定点污渍超声洗涤器还包括：散热烘干装置9；所述的散热烘干装置（9）安装在壳体（1）内，所述的供电装置（3）亦为散热烘干装置（9）供电，散热烘干装置（9）用于将便携式定点污渍超声洗涤器工作时产生的余热从壳体（1）内吹出以烘干衣物。
3.根据权利要求1所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的信号发生模块（6）输出的方波信号为频率50kHZ的可调方波信号。
4.根据权利要求1所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的功率放大模块（7）用于对输入的方波信号的功率放大至25W，并将放大后的方波信号输出至匹配模块（8）。
5.根据权利要求4所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的匹配模块（8）包括变压器和TPA3116芯片的四个引脚所接电路，所述的TPA3116芯片的四个引脚分别为引脚一26、引脚二27、引脚三29和引脚四30，所述的变压器与TPA3116芯片的四个引脚电连接，匹配模块（8）用于将功率放大模块（7）输入的方波信号的10V电压升压到300V电压以及消除该方波信号电压、电流的相位差。
6.根据权利要求2所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的散热烘干装置（9）为风扇。
7.根据权利要求1所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的壳体（1）外形为手枪形状。
8.根据权利要求2所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的后盖（2）上设有若干镂空（10）。
9.根据权利要求2所述的一种便携式定点污渍超声洗涤器，其特征在于：所述的壳体（1）把手处前端安装有开关（11）。
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