CN108339803A - 超声波清洗装置 - Google Patents

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Abstract

超声波清洗装置，涉及超声波清洗装置技术领域，解决现有超声波清洗需要将清洗工件移动，放置在不同的清洗槽清洗，存在操作不便，效率低，成本高，清洗设备体积大以及清洗效果不理想等技术问题，超声波清洗装置，包括有清洗槽，超声波换能器，与超声波换能器匹配的两个以上用于与超声波换能器匹配组成串联谐振电路的电感，以及连接控制超声波换能器的主控芯片；主控芯片对各电感进行切换控制，使超声波换能器进行不同工作频率切换；同时，主控芯片还控制超声波换能器在不同工作频率下的扫频宽度控制，扫频宽度根据工作频率增大相应增大。利用倍频技术，在同一个清洗槽中，可以实现精密清洗；利用多频技术，可以减少单频清洗时的清洗盲区。

Description

超声波清洗装置
技术领域
本发明涉及超声波清洗装置技术领域，具体涉及一种用于工业超声波清洗多频超声波清洗技术。
背景技术
超声波清洗（ultrasonic cleaning）是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。
超声波清洗技术最早出现于20世纪30年代早期,当时,位于美国新泽西州的美国无线电公司的一个实验室中的技术人员尝试用自制的简陋超声波清洗系统清洗某些物体,但试验未获成功。在此基础上,超声波清洗技术在20世纪50年代有了很大的发展,当时使用的超声波工作频率在20～ 40 kHz之间。该范围内的超声波被应用在数千种不同的工作场合下,其中许多是别的清洗手段不能很好发挥作用的场合。超声波可以对工件施加非常巨大的能量,尤其适用于清除牢固地附着在基底上的污垢。然而在某些情况下,超声波强大的能量也会损伤粘有污垢而性质脆弱的基底材料。在过去的十几年中,超声波领域中出现了一些技术革新,提高了清除敏感基底上的污物的安全系数。在此期间,超声波技术,特别是中高频超声波清洗技术有了新的发展,并成为行业的亮点。
目前超声波清洗广泛应用于表面喷涂处理行业、机械行业、电子行业、医疗行业、半导体行业、钟表首饰行业、光学行业、纺织印染行业的自动化设备上。
目前国内的超声波清洗针对一些特殊工件需要进行多次，不同频率段的清洗，需要将清洗工件移动，放置在不同的清洗槽清洗，这样增加了成本。本公司开发的该技术能在不移动清洗工件的情况下对工件进行多频率段清洗，达到了其他清洗设备需要多个清洗槽清洗的同样效果。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于解决现有超声波清洗需要将清洗工件移动，放置在不同的清洗槽清洗，存在操作不便，效率低，成本高，清洗设备体积大以及清洗效果不理想等技术问题，而提出一种超声波清洗装置。
为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：
超声波清洗装置，包括有盛装被清洗物的清洗槽，用于对清洗槽中被清洗物提供超声波清洗的超声波换能器，与超声波换能器匹配的电感，以及连接控制超声波换能器的主控芯片；其特征在于：包括有两个以上用于与超声波换能器匹配组成串联谐振电路的电感，所述的主控芯片对各电感进行切换控制，使超声波换能器进行不同工作频率切换；同时，主控芯片还控制超声波换能器在不同工作频率下的扫频宽度控制，扫频宽度根据工作频率增大相应增大。
作为对本发明进一步限限定的具体方案为：所述的超声波换能器有三种以上不同频段的工作频率，每个工作频率下匹配有组成串联谐振电路的电感；所述的主控芯片通过光电耦合器控制继电器切换相应的电感接通或断开。
所述的主控芯片需控制超声波换能器处于40KHz的工作频率时，先控制继电器接通40KHz的匹配电感L1，且控制扫频宽度为±1KHz；主控芯片需控制超声波换能器处于80KHz的工作频率时，先控制继电器断开40KHz的匹配电感L1，再接通80KHz的匹配电感L2，且控制扫频宽度为±2KHz；主控芯片需控制超声波换能器处于120KHz的工作频率时，先控制继电器断开80KHz的匹配电感L2，再接通120KHz的匹配电感L3，且控制扫频宽度为±4KHz。
本发明的有益效果为：本发明的主控芯片对各电感进行切换控制，使超声波换能器进行不同工作频率切换；同时，主控芯片还控制超声波换能器在不同工作频率下的扫频宽度控制，在一个清洗槽中采用分频段、分频宽、分不同频段的匹配电感的技术原理来实现，每个工作频率使用相应的扫频宽度，匹配电感也是不同，可以更好的发挥换能器的效能。相比现有清洗装置具有：1.清洗时间更短；2.成本更低；3.清洗设备的体积更小；4.利用倍频技术，在同一个清洗槽中，可以实现精密清洗；5.利用多频技术，可以减少单频清洗时的清洗盲区。
附图说明
图1为本发明的电路原理方框示意图；
图2为本发明的电路原理的其中一部分电路示意图；
图3为本发明的电路原理的另一部分电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的结构作进一步地说明。
参照图1至图3中所示，本发明超声波清洗装置，包括有盛装被清洗物的清洗槽，用于对清洗槽中被清洗物提供超声波清洗的超声波换能器，与超声波换能器匹配的电感，以及连接控制超声波换能器的主控芯片U2。本发明仅需要一个清洗槽采用分频段、分频宽、分不同频段的匹配电感的技术原理来实现，具体电路结构包括有两个以上用于与超声波换能器匹配组成串联谐振电路的电感，所述的主控芯片U2对各电感进行切换控制，使超声波换能器进行不同工作频率切换；同时，主控芯片还控制超声波换能器在不同工作频率下的扫频宽度控制，扫频宽度根据工作频率增大相应增大。
以下以超声波换能器能可以选择在40KHz、80 KHz及120KHz三种工作频率下进行能量转换为例进行说明。
当开启发本发明的电源开关S1后，低压供电启动，各IC进入待机状态。显示/控制PCB板上面的主控芯片 U2，根据按键、或外部控制端口的命令，与扫频芯片U7进行通讯。扫频芯片U7根据接收到的命令， 控制单8通道数字控制模拟电子开关U4选择工作通道，确定工作频率点；同时，通过单8通道数字控制模拟电子开关U4相应的外围电阻来控制包含软启动控制电路的SG3525控制芯片SG3525的扫频宽度。通过主控芯片U2、扫频芯片U7、单8通道数字控制模拟电子开关U4和SG3525控制芯片的软硬件结合。分别选择开通40KHz、80 KHz或120KHz三种工作频率，此时开通的通道频率为SG3525控制芯片的中心工作频率。而扫频芯片U7通过外围的电阻电容电路来控制SG3525控制芯片，对中心基准频率以一种有序的方式进行一定范围的扫频，例如当工作频率选择为40KHz时，扫频为39KHz-41KHz之间来回波动。当工作频率选择为80KHz时，扫频范围为78KHz-82KHz,不同的工作频率，搭配不同的扫频宽度，可以推动超声波换能器高效率的工作。因为超声波换能器在生产时，每个换能器的振荡频率都会有微小的差别，在粘结到不锈钢钢板上后，因为装配每个换能器的扭力、胶水的厚度、钢板物理参数的误差等因素的存在，会造成超声波换能器的频率出现偏差，所以要采用扫频的方法，让每个换能器都发挥出效能。当超声波换能器倍频以后使用时，它们的频率误差也会放大，所以要将扫频宽度加大才可以更好的发挥每个换能器的效能。如果不改变超声波发生器的扫频带宽，如在80KHz还采用±1KHz扫频范围时，就会出现清洗槽内清洗力度很弱，无法启振，超声波在清洗槽内水中产生的机械能很小的问题。另外，因为不同工作频率需要匹配不同参数的电感，以达到最佳的LC谐振状态，所以主控芯片U2通过控制光电耦合器，耦合器控制继电器来分别切换到不同的电感，当主控芯片U2控制驱动电路选择了一个频率后，相应的会开通这个频率的匹配电感。例如主控芯片U2控制驱动电路输出以40KHz的工作频率时，扫频宽度为±1KHz；同时，控制继电器接通40KHz的匹配电感L1，从而使超声波达到最佳的工作状态。主控芯片U2控制驱动电路输出80KHz的工作频率时，扫频宽度为±2KHz；同时，控制继电器先断开40KHz的匹配电感L1，再接通80KHz的匹配电感L2；当输出120KHz工作频率时，扫频宽度为±4KHz；同时，控制继电器先断开80KHz的匹配电感 L2，再接通120KHz的匹配电感L3,以上的步骤为实现多频超声波发生器，各个工作频率点的软硬件切换。
当以上的工作频率切换完成后，显示/控制PCB板上的主控芯片U2根据检测到的按键、或外部控制端口的状态，控制超声波发生器开启或关断SG3525控制芯片的输出，通过主控芯片U2上面Vc端口的高电平，关断SG3525控制芯片的输出；主控芯片U2上面的Vc端口的低电平，开启SG3525控制芯片的输出。
当显示/控制PCB板上的主控芯片 U2，完成以上的控制后，根据内部EEPROM保存的功率等级，或检测到功率按键加/减变化，通过主控芯片U2上面P2端口输出占空比可变的PWM信号，再通过DA电路变成电压控制信号，控制SG3525控制芯片输出占空比可变的方波信号，控制功率放大PCB板，将信号放大输出到高频变压器，通过后继电路，最后完成驱动多频超声波换能器。
也即是本发明根据多频超声波换能器的技术参数（如倍频技术、倍频带宽、不同频段的电容量等），先将超声波发生器的工作频率通过软硬件结合的方法，调到超声波换能器的一个工作频率点。再根据这个工作频率点的带宽，通过软硬件结合的方法，设置扫频宽度。然后，连通这个工作频率点相对应的匹配电感，和超声波换能器组成串联谐振电路，在超声波换能器上产生超声波能量输出。如果将超声波发生器调到下一个工作频率点时，采用上述方法，但是，每个工作频率点的扫频宽度是不同的，匹配电感也是不同的。

Claims (3)

1.超声波清洗装置，包括有盛装被清洗物的清洗槽，用于对清洗槽中被清洗物提供超声波清洗的超声波换能器，与超声波换能器匹配的电感，以及连接控制超声波换能器的主控芯片；其特征在于：包括有两个以上用于与超声波换能器匹配组成串联谐振电路的电感，所述的主控芯片对各电感进行切换控制，使超声波换能器进行不同工作频率切换；同时，主控芯片还控制超声波换能器在不同工作频率下的扫频宽度控制，扫频宽度根据工作频率增大相应增大。
2.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于：所述的超声波换能器有三种以上不同频段的工作频率，每个工作频率下匹配有组成串联谐振电路的电感；所述的主控芯片通过光电耦合器控制继电器切换相应的电感接通或断开。
3.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其特征在于：所述的主控芯片需控制超声波换能器处于40KHz的工作频率时，先控制继电器接通40KHz的匹配电感L1，且控制扫频宽度为±1KHz；主控芯片需控制超声波换能器处于80KHz的工作频率时，先控制继电器断开40KHz的匹配电感L1，再接通80KHz的匹配电感L2，且控制扫频宽度为±2KHz；主控芯片需控制超声波换能器处于120KHz的工作频率时，先控制继电器断开80KHz的匹配电感L2，再接通120KHz的匹配电感L3，且控制扫频宽度为±4KHz。
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