CN109821694B - 一种智能压电单液滴发生器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能压电单液滴发生器及其方法，包括单向流动阀、压电喷头和控制器。单向流动阀包括阀体，阀体为渐扩型，压电喷头包括腔体、喷嘴和压电陶瓷；腔体的一端与阀体的宽端可拆卸连接，腔体的另一端设有喷嘴；腔体上设有N组压电陶瓷，每组设有M对压电陶瓷，M大于或等于2，M对压电陶瓷沿腔体的圆周均匀分布；控制器分别与压电陶瓷的驱动器连接。本发明可以通过控制喷头上装的多块压电陶瓷的工作频率来控制幅值继而控制喷头腔体外壳震动幅度，调节喷嘴处因压电震动造成的真空度，由多次扩张与收缩改变喷头腔体内部的压力，实现多级控制，将液体进行多级分割，控制液滴体积大小，并可以控制液滴产生的速度。

Description

一种智能压电单液滴发生器及其方法

技术领域

本发明属于雾化栽培研究领域，具体涉及一种智能压电单液滴发生器及其方法。

背景技术

压电超声雾化通过陶瓷雾化片的高频谐振将液态水结构破坏从而产生超声雾化。压电超声雾化喷头产生的雾滴极细，但是雾化量很小。而气力式雾化喷头雾化量大，但是雾滴较为粗大。如何产生大雾化量的极细雾滴，并根据实际需要产生相应大小的液滴及控制液滴产生速度，是目前雾化栽培、植物保护以及喷涂等行业急需解决的课题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种智能压电单液滴发生器及其方法，本发明通过压电喷头，由多块压电陶瓷产生余弦波控制，多次波峰波谷造成压电喷头腔体内部压力改变，可以通过控制喷头上装的压电陶瓷的工作频率来控制幅值继而控制喷头腔体外壳震动幅度，调节喷嘴处因压电震动造成的真空度，由多次扩张与收缩改变喷头腔体内部的压力，实现多级控制，将液体进行多级分割，控制液滴体积大小，并可以控制液滴产生的速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能压电单液滴发生器，包括

单向流动阀，所述单向流动阀包括阀体，所述阀体为渐扩型；

压电喷头，所述压电喷头包括腔体、喷嘴和压电陶瓷；所述腔体的一端与阀体的宽端可拆卸连接，腔体的另一端设有所述喷嘴；所述腔体上设有N组压电陶瓷，每组设有M对压电陶瓷，M大于或等于2，M对所述压电陶瓷沿腔体的圆周均匀分布；

和控制器，所述控制器分别与压电陶瓷的驱动器连接。

上述方案中，所述阀体的内壁圆周设有若干阵列布置的毛刺阻隔片。

上述方案中，所述腔体长度为0.5*N个超声震荡波长，N组压电陶瓷分别位于波峰或波谷的位置。

上述方案中，每组所述压电陶瓷中相邻的压电陶瓷之间的极化方向两两相反。

上述方案中，所述腔体的一端与阀体的宽端通过活接头连接。

上述方案中，所述N＝3，所述M＝2。

进一步的，所述腔体长度为0.5*3＝1.5个超声震荡波长，单个波长为30mm。

上述方案中，所述控制器为ARM单片机。

一种利用所述智能压电单液滴发生器的控制方法，包括以下步骤：

所述控制器控制多块压电陶瓷震动，在腔体上形成正弦曲线，控制液体流动，形成单液滴；

所述控制器控制多块压电陶瓷的振幅大小，由压电陶瓷产生余弦波，多次波峰波谷造成腔体内部压力改变，调节喷嘴处因压电震动造成的真空度，控制产生的液滴体积大小；

上述方案中，还包括以下步骤：所述控制器控制多块压电陶瓷的占空比，改变压电陶瓷振动的速度，从而改变压电喷头挤压出来液滴的速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的压电喷头，由多块压电陶瓷产生余弦波控制，多次波峰波谷造成压电喷头腔体内部压力改变，实现多级控制，将液体进行多级分割，可以通过控制喷头上装的压电陶瓷的工作频率来控制幅值继而控制喷头腔体外壳震动幅度，调节喷嘴处因压电震动造成的真空度，控制液滴体积大小。

2.本发明所述控制器控制多块压电陶瓷的占空比，改变压电陶瓷振动的速度，从而改变压电喷头挤压出来液滴的速度。

3.本发明所述阀体的内壁圆周设有若干阵列布置的毛刺阻隔片，由于阀体为渐扩型结构与毛刺阻隔片的设计，造成阀体内部压力从左往右逐渐变小，且当液体发生回流的时候，毛刺阻隔片会加大液体回流的阻力，使得液体很难从右侧流到左侧。

4.本发明可以实现液体多级雾化，可以根据需要产生不同大小的液滴，该装置可应用于植物保护、雾化栽培等多方面领域。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施方式所述单向流动阀、活接头和压电喷头的连接示意图；

图2是本发明一实施方式所述压电喷头形成正弦波的示意图；

图3是本发明一实施方式未进行工作状态下的压电喷头腔体；

图4是本发明一实施方式第一段腔体开始扩张；

图5是本发明一实施方式第一段腔体受压电陶瓷震动开始进行收缩，第二段腔体进行扩张；

图6是本发明一实施方式第一段腔体扩张，第二段收缩，第三段扩张；

图7是本发明一实施方式第一段收缩，第二段扩张，第三段收缩液体从压电喷头喷嘴处挤出。

图中：1、阀体；2、毛刺阻隔片；3、平接；4、螺母；5、腔体；6、压电陶瓷；7、喷嘴；8、焊接连接处；9、云头。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1所示为本发明所述智能压电液滴发生器的一种实施方式，包括单向流动阀、压电喷头和控制器。

所述单向流动阀包括阀体1，所述阀体1为渐扩型，左窄右宽，左侧为进水口，右侧为出水口。

所述压电喷头包括腔体5、喷嘴7和压电陶瓷6；所述腔体5的一端与阀体1的宽端可拆卸连接，腔体5的另一端设有所述喷嘴7；所述腔体5上设有N组压电陶瓷6，每组设有M对压电陶瓷6，M大于或等于2，M对所述压电陶瓷6沿腔体5的圆周均匀分布。

所述控制器分别通过PWM模块与压电陶瓷6的驱动器连接。压电陶瓷驱动器产生驱动信号用正弦波和余弦波信号分别施加给不一样的压电陶瓷6，这样压电喷头可以在腔体5上形成正弦曲线，控制液体流动，形成单液滴。本发明由多块压电陶瓷6产生余弦波控制，多次波峰波谷造成压电喷头腔体5内部压力改变，可以更加精准的控制产生液滴的大小。

所述阀体1的内壁圆周设有若干阵列布置的毛刺阻隔片2，单向流动阀进水口连接进水管，出水口与活接头连接。当进液的时候，由于左窄右宽与毛刺阻隔片2的设计，造成阀体1内部压力从左往右逐渐变小，且当液体发生回流的时候，毛刺阻隔片2会加大液体回流的阻力，使得液体很难从右侧流到左侧。

所述腔体5长度为0.5*N个超声震荡波长，N组压电陶瓷6分别位于波峰或波谷的位置。腔体5上有N+1个震动为零的波节点。

每组所述压电陶瓷6中相邻的压电陶瓷6之间的极化方向两两相反。

所述腔体5的一端与阀体1的宽端通过活接头连接。所述活接头包括螺母4、云头9和平接3。所述活接头分为承插焊接和螺纹连接两部分，承插焊接部分与单向流动阀进行焊接，螺纹连接部分与压电喷头用螺纹连接。

优选的，本实施例中提供一种基于ARM控制的三腔六振子智能压电液滴发生器，以保证产生所需要大小的液滴。具体的，所述N＝3，所述M＝2。所述腔体5长度为0.5*3＝1.5个超声震荡波长，单个波长为30mm。腔体5上有N+1个震动为零的波节点。第一个和最后一个波节点位于喷头5端部，其余的2个波节点分别位于腔体5的三分之一和三分之二的位置，每两个相邻波节点之间间距为半个波长。所述压电喷头腔体上共安装有12块压电陶瓷，3组压电陶瓷6分别位于波峰或波谷的位置。每组的四块压电陶瓷呈圆周分布在腔体5上，两块相邻压电陶瓷6之间夹角为90°，并且相邻的四块压电陶瓷之间的极化方向两两相反。

优选的，所述阀体1内壁排列有四列毛刺阻隔片2，每组毛刺阻隔片2有七个，两两距离相等，四列毛刺阻隔片每列之间夹角为90°。

具体的，所述控制器为ARM单片机。通过由ARM控制的PWM模块，调整作用在压电喷头上压电陶瓷6的输入信号频率大小，可以改变压电陶瓷6振幅大小，从而改变腔体5内部压力，改变了压电喷头挤压出来的液滴大小，调整作用在压电喷头上压电陶瓷6的占空比，可以改变压电陶瓷振动的速度，从而改变压电喷头挤压出来液滴的速度。

本发明所述智能压电液滴发生器的工作过程：当需要产生液滴时，由供液装置在喷头入口处提供恒定的液面，此时压电喷头开始工作。首先由压电陶瓷6震动，腔体5开始改变，第一段开始扩张，腔体5内部压力减小，液体被吸进腔体5，然后第一段腔体5受压电陶瓷6震动开始进行收缩，此时腔体5内部压力变大，腔体5第二段开始扩张，腔体5第二段内压力变小，液体被挤入正在扩张的腔体5第二段，然后腔体5第二段收缩，腔体5第三段扩张，液体被挤入腔体5第三段，最后，腔体5第三段收缩，将液体挤出喷嘴7。所述单向流动阀可以有效控制液体的单向流动，进水口一侧压力远远高于出液口压力，外加阀体1内的毛刺阻隔片2对液体的阻挡作用，可以实现液体只能从进水口向出水口的流动。

实施例2

一种实施例1所述智能压电液滴发生器的控制方法，包括以下步骤：

如图2所示，所述控制器控制多块压电陶瓷6震动，在腔体5上形成正弦曲线，控制液体流动，形成单液滴；

所述控制器控制多块压电陶瓷6的振幅大小，由压电陶瓷6产生余弦波，多次波峰波谷造成腔体5内部压力改变，调节喷嘴7处因压电震动造成的真空度，控制产生的液滴体积大小。

所述控制器控制多块压电陶瓷6的占空比，改变压电陶瓷6振动的速度，从而改变压电喷头挤压出来液滴的速度。

图3-7所示为压电喷头波长30mm，3组压电陶瓷6情况下不同阶段的工作过程及不同阶段对应的模态分析。模态分析结果显示，该模态下，振动频率为1.726×105HZ。

图3为未进行工作状态下的压电喷头腔体，图4为第一段腔体开始扩张，图5为第一段腔体受压电陶瓷震动开始进行收缩，第二段腔体进行扩张，图6为第一段腔体扩张，第二段收缩，第三段扩张，图7为第一段收缩，第二段扩张，第三段收缩液体从压电喷头喷嘴处挤出。可以看出本发明所述智能压电液滴发生器通过控制多块压电陶瓷6，在喷头腔体5处形成声表面波，由多次扩张与收缩改变喷头腔体内部的压力，实现多级控制，将液体进行多级分割，控制产生液滴的大小。通过压电喷头腔体经过模态分析后，可以证实该发明设计方案的合理准确，能够达到预期想要的效果，在喷头上能够产生连续的行波，不断改变喷嘴7处的液体所受压力最终产生预期想要的液滴大小。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能压电单液滴发生器，其特征在于，包括

单向流动阀，所述单向流动阀包括阀体（1），所述阀体（1）为渐扩型；所述阀体（1）的内壁圆周设有若干阵列布置的毛刺阻隔片（2）;

压电喷头，所述压电喷头包括腔体（5）、喷嘴（7）和压电陶瓷（6）；所述腔体（5）的一端与阀体（1）的宽端可拆卸连接，腔体（5）的另一端设有所述喷嘴（7）；所述腔体（5）上设有N组压电陶瓷（6），每组设有M对压电陶瓷（6），M大于或等于2，M对所述压电陶瓷（6）沿腔体（5）的圆周均匀分布；所述腔体（5）长度为0.5*N个超声震荡波长，N组压电陶瓷（6）分别位于波峰或波谷的位置，实现液体多级雾化；

和控制器，所述控制器分别与压电陶瓷（6）的驱动器连接。

2.根据权利要求1所述的智能压电单液滴发生器，其特征在于，每组所述压电陶瓷（6）中相邻的压电陶瓷（6）之间的极化方向两两相反。

3.根据权利要求1所述的智能压电单液滴发生器，其特征在于，所述腔体（5）的一端与阀体（1）的宽端通过活接头连接。

4.根据权利要求1所述的智能压电单液滴发生器，其特征在于，所述N=3，所述M=2。

5.根据权利要求4所述的智能压电单液滴发生器，其特征在于，所述腔体（5）长度为0.5*3=1.5个超声震荡波长。

6.根据权利要求1所述的智能压电单液滴发生器，其特征在于，所述控制器为ARM单片机。

7.一种利用权利要求1-6任意一项所述智能压电单液滴发生器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述控制器控制多块压电陶瓷（6）震动，在腔体（5）上形成正弦曲线，控制液体流动，形成单液滴；

所述控制器控制多块压电陶瓷（6）的振幅大小，由压电陶瓷（6）产生余弦波，多次波峰波谷造成腔体（5）内部压力改变，调节喷嘴（7）处因压电震动造成的真空度，控制产生的液滴体积大小。

8.根据权利要求7所述智能压电单液滴发生器的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：所述控制器控制多块压电陶瓷（6）的占空比，改变压电陶瓷（6）振动的速度，从而改变压电喷头挤压出来液滴的速度。

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