CN117696348A - 一种声波振动雾化装置和雾化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声波振动雾化装置和雾化方法。该装置包括壳体、雾化芯组件、储液槽和多孔导液介质；壳体密封安装于储液槽上方；雾化芯组件包括压电基片和设置于压电基片上表面的叉指换能器；壳体的上部设置有相邻的第一放置槽和第二放置槽；压电基片置于第一放置槽内；第二放置槽连通储液槽；多孔导液介质紧贴压电基片的边缘；多孔导液介质伸入储液槽内；多孔导液介质位于第二放置槽的一端与叉指换能器的孔径外沿线相距预设距离；叉指换能器能够在射频信号的驱动下，在压电基片上产生声表面波，以将多孔导液介质中的液体吸附于所述压电基片边缘处位于叉指换能器孔径范围内的雾化区域进行雾化。进行流体传递的多孔导液介质不与雾化区域直接接触，能够有效减小雾化气溶胶粒径尺寸分布范围，稳定雾化方向，提升雾化液滴传递效率。

Description

一种声波振动雾化装置和雾化方法

技术领域

本发明涉及雾化技术领域，特别涉及一种声波振动雾化装置和雾化方法。

背景技术

雾化是将液体分散成微小液滴的过程，其应用非常广泛，如用于给空气加湿的空气加湿器、用于治疗呼吸道疾病的吸入式医用雾化器、用于供人类吸食的雾化电子烟、家用或车用香氛雾化机、美容雾化仪等。

近年来，为了克服传统雾化技术(加热雾化、压力雾化、超声雾化、转盘雾化、网孔雾化等)中存在的加热裂解或大剪切应力破坏液体性能、喷嘴堵塞难清理、泵体体积和噪声大以及雾化粒径难以进一步细化等问题，提出了一种新兴的声表面波雾化技术，该声表面波雾化技术的工作原理为：当液体位于声表面波传输路径上时，由于声波在液体以及基片中的阻抗差异，声表面波将向液体传输能量，并以纵向压力波的形式在液体中沿瑞利角方向传输，进一步在气液界面生成表面毛细管波，当衍射进入液体的声波能量超过液体表面张力维持液体自由表面的几何形状稳定的临界值时，液体界面将完全失去平衡并在毛细管波波峰处发生破裂以产生单分散分布的气溶胶液滴。

总体来说，声表面波雾化技术具有以下优势：(1)装置结构简单，易于制造，采用微细加工技术制备的声表面波雾化器具有微型化的优势，便携性好；(2)声表面波雾化器可在更高的激励频率及更低的功率下使用，产生的雾化气溶胶粒径细腻且尺寸可控；(3)声表面波雾化技术不需要喷嘴或孔口，装置得到简化，不会出现堵塞现象，易于清理，可靠性增强，成本更低；(4)生物兼容性好，无高热效应，无大强度前切应力，不破坏细胞生物活性和功能，可对其进行无损传输。毫无疑问声表面波雾化技术被认为是未来最有前途的喷雾技术，但是经过二十多年的研究仍然没有商用的声表面波流体雾化器，造成这种情况的一个重要原因便是流体供应与雾化之间的匹配问题一直没有得到很好的解决。由于声表面波场-流体相互作用是气溶胶形成的根源，因此相对于局部波场特性的流体供应位置和几何形状的准确性对于设备操作的可重复性和可预测的气溶胶特性至关重要。

发明内容

为了丰富雾化装置的产品种类，增加液体雾化方式的选择空间，本发明实施例提供一种声波振动雾化装置和雾化方法。

第一方面，本发明实施例提供一种声波振动雾化装置，包括壳体、雾化芯组件、储液槽和多孔导液介质；

所述壳体密封安装于所述储液槽上方；

所述雾化芯组件包括压电基片和设置于所述压电基片上表面的叉指换能器；

所述壳体的上部设置有相邻的第一放置槽和第二放置槽；所述压电基片置于所述第一放置槽内；所述第二放置槽连通所述储液槽，且与所述叉指换能器的指条方向平行；

所述多孔导液介质放置于所述第二放置槽的侧端部，并紧贴所述压电基片的边缘；所述多孔导液介质伸入所述储液槽内；

所述多孔导液介质位于所述第二放置槽的一端与所述叉指换能器的孔径外沿线相距预设距离；

所述叉指换能器能够在射频信号的驱动下，在所述压电基片上产生声表面波，以将所述多孔导液介质中的液体吸附于所述压电基片边缘处位于叉指换能器孔径范围内的区域进行雾化。

在一个或一些可选实施例中，所述第二放置槽包括放置槽本体和设置于所述放置槽本体端部的介质容置孔；

所述多孔导液介质包括吸液部和导液部，且所述导液部连接于所述吸液部的顶端；

所述导液部置于所述放置槽本体内，所述吸液部穿过所述介质容置孔伸入到所述储液槽内。

在一个或一些可选实施例中，所述的声波振动雾化装置包括两组多孔导液介质；

所述放置槽本体的两端部分别设有所述介质容置孔。

在一个或一些可选实施例中，所述多孔导液介质的导液端距离所述叉指换能器中心线的间距范围为w/2～w/2+5λ；其中，w为所述叉指换能器的孔径宽度，λ为声表面波的波长。

在一个或一些可选实施例中，所述壳体还设置有与所述放置槽本体连通的废液回收槽；

所述废液回收槽的底面低于所述放置槽本体的底面。

在一个或一些可选实施例中，所述压电基片的上表面低于所述的多孔导液介质的上表面0mm～5mm。

在一个或一些可选实施例中，所述雾化芯组件还包括热沉；

所述热沉置于所述第一放置槽；

所述压电基片置于所述热沉上表面。

在一个或一些可选实施例中，所述雾化芯组件还包括转接PCB板和导电体；

所述转接PCB板粘接于所述热沉的上表面；

所述导电体分别连接所述压电基片和所述转接PCB板。

在一个或一些可选实施例中，还包括导电连接组件；

所述导电连接组件包括固定座和弹簧顶针；

所述固定座设置于所述转接PCB板上方；

所述固定座上设置有顶针容置孔，所述弹簧顶针穿过所述顶针容置孔，并电连接所述转接PCB板。

在一个或一些可选实施例中，所述声波振动雾化装置还包括密封圈；

所述储液槽的外壁环绕设置有容纳凹槽，所述密封圈套设于所述容纳凹槽；

所述壳体的内壁与所述密封圈紧密贴合。

在一个或一些可选实施例中，所述储液槽的两侧壁设置有卡位凸缘，所述壳体的内壁对应设置有卡位凹槽，所述卡位凸缘和所述卡位凹槽能够卡接配合；

所述卡位凸缘位于所述容纳凹槽下方。

第二方面，本发明实施例提供一种应用第一方面所述的声波振动雾化装置的雾化方法，包括：

将待雾化液体充入储液槽内，将壳体安装于所述储液槽上方；

通过多孔导液介质将所述储液槽内的待雾化液体引导至压电基片的边缘；

向叉指换能器加载射频信号，在所述压电基片的表面激发出声表面波，所述声表面波沿垂直于所述叉指换能器指条的方向传输到所述压电基片的边缘，以将所述多孔导液介质内的待雾化液体吸附于所述压电基片边缘处位于叉指换能器孔径范围内的区域进行雾化。

本发明实施例中提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，利用叉指换能器孔径边缘向外部扩展的梯度位移振幅效应，将多孔导液介质中的待雾化液体吸附于压电基片边缘处位于叉指换能器孔径范围内的雾化区域，因此，进行流体传递的多孔导液介质不与雾化区域直接接触，雾化过程中，待雾化液体在压电基片边缘处的雾化区域始终保持长线型薄液膜形态，不会形成液体堆积，有助于保持雾化状态稳定，不会出现传统声表面波雾化过程中伴随的大尺寸液滴喷射现象，进而有效减小雾化气溶胶粒径尺寸分布范围，提升雾化液滴传递效率。

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，通过调节外部的射频功率源输入的电信号来改变向叉指换能器施加的射频信号大小，从而引起激励的声表面波振幅改变，能够实现自适应调节吸入液体的体积，进一步避免形成液体堆积，实现保持雾化状态稳定，避免雾化过程中大尺寸液滴喷射现象。

本发明实施例提供的声波振动雾化装置，由叉指换能器激励的声表面波沿压电基片表面定向传播，且能量主要集中在压电基片上叉指换能器孔径范围内，其在压电基片表面传播时衰减极小可忽略，当传播到压电基片边缘处时会发生反射叠加形成表面驻波，将液体限制在声波传播方向对应的压电基片边缘处的雾化区域，提高了声波能量利用率，能够大幅提升液体雾化效率。

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，多孔导液介质位于第二放置槽的一端与所述叉指换能器的孔径外沿线相距预设距离，相比于现有技术中，多孔导液介质部分贴附于压电基片上表面，或者多孔导液介质紧贴压电基片边缘且位于叉指换能器的孔径范围的方式，多孔导液介质不会将待雾化液体引导到压电基片的上表面，而是利用叉指换能器孔径边缘向外部扩展的梯度位移振幅效应通过多孔导液介质将液体从储液槽引导至压电基片边缘，再利用流体边界层Schliching声流以及体积Eckart声流作用，将多孔导液介质中的待雾化液体吸附于压电基片边缘处的雾化区域进行雾化，叉指换能器激励的声表面波不会与多孔导液介质直接发生作用，因此，多孔导液介质内部微米尺度的小孔与声波波长相近所造成的声学边界条件不会对声波产生影响，使液体雾化更直接、更安全、更可靠。

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，声表面波沿与叉指换能器的指条垂直的方向传输，声表面波在基片边缘处由于介质不连续发生反射形成边缘驻波，使得吸附至压电基片边缘处的雾化区域的待雾化液体在边缘驻波、声表面波的共同作用下激励发生雾化，增强了液体雾化效果，保证雾化方向能够始终保持垂直于压电基片上表面，有效解决了现有技术中需要两个对称分布的叉指换能器才能保持稳定雾化方向的问题，提高了压电基片的利用率，减小了雾化芯片尺寸，使其便携性能更好，制造成本更低。

本发明实施例提供的声波振动雾化装置，液体雾化位置始终位于压电基片边缘处的雾化区域，液体不会在压电基片上表面大面积堆积，外部的射频功率源停止射频信号输入时，雾化芯组件随即停止工作，位移梯度振幅效应消失，由于多孔导液介质的毛细作用，液体可以回缩入多孔导液介质中进行存储。

本发明实施例提供的声波振动雾化装置，第二放置槽、多孔导液介质的尺寸都相对微小，液体不会受重力影响而发生外溢，从而避免发生漏液现象，可有效避免液体浪费，大幅提升液体利用效率。

本发明实施例提供的声波振动雾化装置，压电基片在工作时由于本身的材料特性会发生介电损耗和机械损耗，声表面波在压电基片传输过程中会产生一定热量而引起温度升高的现象，在没有液体作用时，沿声表面波传输方向的压电基片边缘处温度显著高于其他位置，并且，若切割边缘粗糙度还会引起更强烈的声波耗散，而吸附于压电基片边缘处的雾化区域的待雾化液体刚好与压电基片边缘接触，在压电基片边缘处形成窄细条型薄液膜(长线型薄液膜)，压电基片边缘处的热量有效传递给液体，使液体分子活跃度进一步提升，将有利于提升液体的雾化效率；同时，随着雾化气溶胶带走大部分热量，可有效平衡压电基片边缘与其他位置的温度分布，减小因巨大温度差异给压电基片带来的热应力梯度从而引起的裂片问题，进而有效延长雾化芯组件的使用寿命。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的声波振动雾化装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的声波振动雾化装置的部分结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的壳体的外部结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的壳体的内部结构示意图；

图5为本发明实施例中提供的雾化芯组件的结构示意图；

图6为本发明实施例中提供的固定座的结构示意图；

图7为本发明实施例中提供的储液槽的结构示意图；

图8为本发明实施例中提供的叉指换能器的结构示意图。

图中：

1、壳体；11、第一放置槽；12、第二放置槽；121、放置槽本体；122、介质容置孔；13、储液腔；14、卡位凹槽；15、废液回收槽；16、安装孔；

2、雾化芯组件；21、压电基片；22、叉指换能器；221、叉指电极；222、汇流电极；223、汇流接线端；23、热导胶层；24、热沉；25、转接PCB板；26、导电体；

3、导电连接组件；31、固定座；311、顶针容置孔；312、通孔；32、紧固螺栓；33、弹簧顶针；

4、储液槽；41、卡位凸缘；42、容纳凹槽；

5、多孔导液介质；51、吸液部；52、导液部；521、导液端；

6、芯片密封硅胶；

7、密封圈。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“远”、“近”、“前”、“后”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

发明人发现，对于将液体供给于压电基片，目前主要有四种流体供应方法，包括：

第一种为通过毛细管将单个液滴输送到芯片表面，该方法重复性较差，且雾化过程中液滴体积减小引起不连续雾化以及雾化气溶胶特性持续变化；

第二种方法为利用多孔纤维纸条连接储液腔体将液体直接引导至芯片表面，当声表面波与液体作用时会在纤维纸条前端形成弯液面薄膜后发生雾化，但是，当多孔纤维纸条放置于声表面波波束中时，它不能完全以期望的薄膜形式输送液体，并且还会施加额外的声学边界条件，小型化和可重复性定位均很难实现；

第三种方法是在基片表面形成微米级尺寸的毛细管狭缝，当芯片工作时声波通过狭缝将液体拉出并在狭缝出口处形成弯液面后发生雾化，该方法中弯液面的高度需通过毛细管狭缝高度进行调节，这给加工工艺的可实现性带来极大的困难且复杂又耗时；

第四种方法是在芯片表面进一步通过光刻工艺制备聚合物微通道，并将微流道的出口置于距离声表面波波束边界的一百微米左右，该方法中聚合物微通道的加入使制备工艺复杂化、成本进一步大大提高，且不可避免地部分能量被聚合物微通道吸收产生热量影响液体性能，另外还必须配备外部泵体使用，大大降低了雾化系统整体便携性能。

以上四种方法的核心思想均是尽可能地将液体输运到雾化芯片表面且位于声表面波波束范围内，除了以上问题外还存在一个致命的问题便是在每一次雾化芯片启动时均会形成一定量的大体积液滴，进而使雾化气溶胶粒径呈三峰分布，较大的峰值甚至达到几百微米，这不仅会直接影响雾化气溶胶特性，大颗粒液滴飞溅跌落在芯片表面也会进一步影响芯片工作性能。基于此，本发明提供一种声波振动雾化装置和雾化方法，下面通过具体的实施例进行详细的说明。

实施例一

本发明实施提供一种声波振动雾化装置，参照图1-图5所示，包括壳体1、雾化芯组件2、储液槽4和多孔导液介质5。壳体1密封安装于储液槽上方。雾化芯组件2包括压电基片21和设置于压电基片21上表面的叉指换能器22。壳体1的上部设置有相邻的第一放置槽11和第二放置槽12。压电基片21置于第一放置槽11内。第二放置槽12连通储液槽4，且与叉指换能器22的指条方向平行。多孔导液介质5放置于第二放置槽12的侧端部，并紧贴压电基片21的边缘。多孔导液介质5伸入储液槽4内。多孔导液介质5位于第二放置槽12的一端与叉指换能器22的孔径区域边缘相距预设距离。叉指换能器22能够在射频信号的驱动下，在压电基片21上产生声表面波，以将多孔导液介质5中的液体吸附于压电基片21边缘处位于叉指换能器22孔径范围内的雾化区域进行雾化。

本发明实施例中，通过外部的射频功率源向叉指换能器施加射频信号，叉指换能器22能够在射频信号的驱动下，在压电基片21上产生声表面波，声表面波沿垂直于叉指换能器22指条的方向传输到压电基片21边缘处，并且，其声波振幅在平行于叉指换能器22指条的方向上从叉指换能器22的孔径区域向两侧呈梯度分布，位于孔径范围内的声波振幅最强，离孔径范围越远则逐步减弱。多孔导液介质5将储液槽4中存储的液体传输至雾化芯组件2边缘处，在梯度分布的声波振幅作用下，液体从多孔导液介质5的导液端521被吸入叉指换能器22的孔径范围，然后，在流体边界层Schliching声流以及体积Eckart声流作用下吸附于对应的压电基片21边缘处，最终在入射波行波、声表面波和反射波叠加形成的驻波声表面波(表面驻波)以及界面体声波的共同作用下使液体发生雾化。

本发明实施例中，参照图1、图2和图6所示，该储液槽4开口向上设置。

本发明实施例中，参照图1、图3、图5和图7所示，第一放置槽11的形状与压电基片21对应，压电基片21的上表面与第一放置槽11周围的平面齐平。压电基片21可以为长方形基片，叉指换能器22靠近压电基片21的一短边设置，压电基片21的另一短边紧邻第二放置槽12，并将叉指换能器22以其指条平行于压电基片21的短边的方向放置，从而使得第二放置槽12位于平行于叉指换能器22指条的方向上。

本发明实施例中，参照图1-图3所示，第二放置槽12可设置为平行于压电基片21的短边的长条形槽，且其槽边沿与对应第一放置槽11的槽边沿直接连通，以使多孔导液介质5能够紧贴压电基片21的边缘，并且，叉指换能器22的孔径范围可以对准第二放置槽12的中间区域。第二放置槽12的长度可以长于第一放置槽11的短边，以便于在放置多孔导液介质5时，设置多孔导液介质5的端部与叉指换能器22的孔径外沿线相距预设距离。

需要说明的是，本发明实施例中，该叉指换能器22的孔径外沿线即为叉指换能器的孔径范围的外边缘的边缘线。例如，参照如图8所示，w为叉指换能器22的孔径范围，w范围标识线即为叉指换能器22的孔径外沿线。

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，利用叉指换能器22孔径边缘向外部扩展的梯度位移振幅效应，将多孔导液介质5中的待雾化液体吸附于雾化区域，即压电基片21边缘处位于叉指换能器22孔径范围的区域，因此，进行流体传递的多孔导液介质不与雾化区域直接接触，雾化过程中，液体在压电基片边缘处的雾化区域始终保持长线型薄液膜形态，不会形成液体堆积，有助于保持雾化状态稳定，不会出现传统声表面波雾化过程中伴随的大尺寸液滴喷射现象，进而有效减小雾化气溶胶粒径尺寸分布范围，提升雾化液滴传递效率。

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，通过调节外部的射频功率源输入的电信号来改变向叉指换能器22施加的射频信号大小，从而引起激励的声表面波振幅改变，能够实现自适应调节吸入液体的体积，进一步避免形成液体堆积，实现保持雾化状态稳定，避免雾化过程中大尺寸液滴喷射现象。

本发明实施例提供的声波振动雾化装置，由叉指换能器22激励的声表面波沿压电基片21表面定向传播，且声波能量主要集中在压电基片21上叉指换能器22孔径范围内，其在压电基片21表面传播时衰减极小可忽略，当传播到压电基片21边缘处时会发生反射叠加形成表面驻波，从而将液体限制在声波传播方向对应的压电基片21边缘处的雾化区域，提高了声波能量利用率，能够大幅提升液体雾化效率。

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，多孔导液介质5位于第二放置槽12的一端与叉指换能器22的孔径外沿线相距预设距离，相比于现有技术中，多孔导液介质部分贴附于压电基片上表面，或者多孔导液介质紧贴压电基片边缘且位于叉指换能器的孔径范围的方式，多孔导液介质5不会将待雾化液体引导到压电基片21的上表面，而利用是叉指换能器22孔径边缘向外部扩展的梯度位移振幅效应通过多孔导液介质5将液体从储液槽4引导至压电基片21边缘，再利用流体边界层Schliching声流以及体积Eckart声流作用，将多孔导液介质5中的待雾化液体吸附至压电基片21边缘处的雾化区域进行雾化，叉指换能器22激励的声表面波不会与多孔导液介质5直接发生作用，因此，多孔导液介质5内部微米尺度的小孔与声波波长相近所造成的声学边界条件不会对声波产生影响，使液体雾化更直接、更安全、更可靠。

本发明实施例中提供的声波振动雾化装置，声表面波沿与叉指换能器22的指条垂直的方向传输，声表面波在基片边缘处由于介质不连续发生反射形成边缘驻波，使得吸附至压电基片21边缘处的雾化区域的待雾化液体在边缘驻波、声表面波的共同作用下激励发送雾化，增强了液体雾化效果，保证雾化方向始终保持垂直于压电基片21上表面，有效解决了现有技术中需要两个对称分布的叉指换能器22才能保持稳定雾化方向的问题，提高了压电基片21的利用率，减小了雾化芯片尺寸，使其便携性能更好，制造成本更低。

本发明实施例提供的声波振动雾化装置，液体雾化位置始终位于压电基片21的边缘处，液体不会在压电基片21表面大面积堆积，外部的射频功率源停止射频信号输入时，雾化芯组件2随即停止工作，位移梯度振幅效应消失，由于多孔导液介质5的毛细作用，液体可以回缩入多孔导液介质5中进行存储，此外，第二放置槽12以及多孔导液介质5的尺寸都相对微小，液体不会受重力影响而发生外溢，从而避免发生漏液现象，可有效避免液体浪费，大幅提升液体利用效率。

本发明实施例提供的声波振动雾化装置，压电基片在工作时由于本身的材料特性会发生介电损耗和机械损耗，声表面波在压电基片传输过程中会产生一定热量而引起温度升高的现象，在没有液体作用时，沿声表面波传输方向的压电基片边缘处温度显著高于其他位置，并且，若切割边缘粗糙度还会引起更强烈的声波耗散，而吸附于压电基片21边缘处的雾化区域的待雾化液体刚好与压电基片边缘处接触，在压电基片边缘处形成窄细条型薄液膜(长线型薄液膜)，压电基片边缘处的热量能够有效传递给液体，使液体分子活跃度进一步提升，将有利于提升液体的雾化效率；同时，随着雾化气溶胶带走大部分热量，可有效平衡压电基片21边缘与其他位置的温度分布，减小因巨大温度差异给压电基片带来的热应力梯度从而引起的裂片问题，进而有效延长雾化芯组件的使用寿命。

在一个或一些可选实施例中，参照图1-图3所示，第二放置槽12可以包括长条形的放置槽本体121和设置于放置槽本体121端部的介质容置孔122，该介质容置孔122能够连通其下方的储液槽4。相应的，多孔导液介质5可以包括竖直的吸液部51和横向设置的导液部52，导液部52连接于吸液部51的顶端，并且，导液部52的形状与第二放置槽12的放置槽本体121对应，可以置于放置槽本体121内，吸液部51穿过介质容置孔122伸入到储液槽4内。导液部52靠近叉指换能器22孔径外沿线的一端为导液端521，导液端521与叉指换能器22的孔径外沿线之间具有上述预设距离。吸液部51可以将储液槽4内的液体引出并传输到导液部52，导液部52紧贴压电基片21边缘，因此，液体能够在多孔导液介质5的作用下附着于压电基片21边缘，并且避开叉指换能器22孔径范围。

进一步地，本发明实施例中，参照图1至图3所示，该装置包括两组多孔导液介质5，所述放置槽本体121的两端部均设有介质容置孔122。本发明实施例中，该两组多孔导液介质5对称放置于第二放置槽12内，从而向叉指换能器22加载射频信号后，两组多孔导液介质5可以分别从雾化区域的两侧将液体吸附至雾化区域，实现均匀雾化，有效利用声波能量，提升雾化效率。

在一个或一些可选实施例中，参照图1-图6所示，壳体1内部形成储液腔13，壳体1安装于储液槽4上方时，其下边缘抵接储液槽4的底座(图中未标示)，壳体1的内壁与储液槽4的外壁密封配合，使得储液腔13与储液槽4组合并密封。具体地，储液槽4的外壁环绕设置有开口向外的容纳凹槽42，该容纳凹槽42套设有密封圈7，壳体1的内壁可以与密封圈7紧密贴合，从而保证储液槽4的密封性，避免发生漏液现象。

在一个具体实施例中，参照图1、图4和图6所示，储液槽4的两侧壁设置有卡位凸缘41，壳体1的内壁对应设置有卡位凹槽14，卡位凸缘41和卡位凹槽14能够卡接配合，便于壳体1安装和拆卸，进而便于储液槽4的打开和关闭。卡位凸缘41位于容纳凹槽42下方。

在一个或一些可选实施例中，叉指换能器22可以是直型叉指换能器、聚焦型叉指换能器、锥型叉指换能器或变迹叉指换能器。以直型均匀叉指换能器为例，参照图1和图8所示，该叉指换能器22由叉指电极221、汇流电极222以及汇流接线端223组成，w为该叉指换能器22的指条交叉长度，即为叉指换能器22的孔径宽度。其中，汇流电极222与叉指电极221和汇流接线端223分别连接。假设，电极宽度为a，电极间距为b，由于采用的是均匀直型叉指换能器22，所以，a＝b，则叉指换能器22的周期λ＝4a＝4b。

在一个或一些可选实施例中，由于在压电基片21表面传输的声波，其振幅距离孔径范围越远越弱，为了充分利用叉指换能器22在压电基片21表面中激励出的声波能量，使叉指换能器22孔径范围内的声波尽可能全部直接与液体作用，多孔导液介质5的导液端521应避开叉指换能器22的孔径区域，且位于叉指换能器22孔径范围外的梯度振幅区域内，因此，需要合理设置导液端521与叉指换能器22的中心线之间的距离。例如，叉指换能器22的孔径宽度为w，声表面波的波长为λ，由于声表面波由叉指换能器22孔径边缘向外衰减约5λ会完全衰减，为了能够将液体从多孔导液介质5的导液端521吸入叉指换能器22的孔径范围，导液端521距离叉指换能器22中心线的间距范围为w/2～w/2+5λ。

在一个具体的实施例中，为了最大化利用叉指换能器22在压电基片21中激励的声波能量，导液端521与叉指换能器22中心线的间距可以设置为w/2，即导液端521刚好与叉指换能器22孔径边缘齐平。

在一个或一些可选实施例中，为保证多孔导液介质5内的液体能够稳定传输到压电基片21边缘实现有效雾化，可以设置压电基片21的上表面低于多孔导液介质5的上表面0mm～5mm。由于多孔导液介质5的导液部52紧贴压电基片21边缘，若导液部52的上表面高于压电基片21的上表面超过5mm，容易在压电基片21边缘处产生积液，影响雾化效果，甚至造成液体浪费；若导液部52的上表面低于压电基片21的上表面，则会导致声波到达多孔导液介质5时衰减过多，难以将导液端521的液体吸入叉指换能器22的孔径范围内。本发明实施例中，为了更好的实现雾化可以设置多孔导液介质5的上表面与压电基片21的上表面齐平，以保证雾效果。

在一个或一些可选实施例中，参照图1-图3所示，壳体1还设置有与放置槽本体121连通的废液回收槽15。该废液回收槽15紧邻放置槽本体121远离压电基片21的一侧，且其底面低于放置槽本体121的底面，用于回收多孔导液介质5渗出的液体，避免雾化液滴等待雾化液体浪费。

在一个或一些可选实施例中，参照图1-图5所示，雾化芯组件2还包括热沉24、转接PCB板25和导电体26。热沉24放置于第一放置槽11内，压电基片21和转接PCB板25并列粘接于热沉24的上表面，导电体26设置于压电基片21与转接PCB板25之间，以电连接压电基片21与转接PCB板25。在压电基片21表面激励声表面波过程中，通过热沉24能够导走压电基片21中由于能量损耗所产生的热量。

本发明实施例中，叉指换能器22设置于压电基片21的上表面。压电基片21的上表面经过抛光处理，作为换能器表面，用于实现电声信号转换以在压电基片21表面激励声表面波。

发明人发现，在压电基片21表面激励声表面波过程中，压电器件由于本身材料特性会产生部分能量损耗，损耗的能量将转换成热并以温度的形式进行体现，具体地，在压电基片21中对应的叉指换能器22孔径范围向外沿其温度呈梯度分布，声表面波使液体雾化往往需要大功率驱动，温度梯度较大，会致使压电基片21短时间发生破裂而不可逆地失效。因此，将压电基片21与转接PCB板25并行排列于热沉24的上表面，并通过热导胶层23将压电基片21和转接PCB板25紧密粘合于热沉24上表面，提高了压电基片21的散热能力，避免压电基片21因局部高温产生裂片。

在一个或一些可选实施例中，参照图1、图2、图5和图7所示，声波振动雾化装置还包括用于为雾化芯组件2提供射频信号的导电连接组件3。导电连接组件3包括固定座31和弹簧顶针33；其中，固定座31设置于转接PCB板25上方；固定座31上设置有顶针容置孔311，弹簧顶针33穿过顶针容置孔311，并电连接转接PCB板25。射频信号经过弹簧顶针33加载到雾转接PCB板25，再通过转接PCB板25将射频信号安全载入叉指换能器22，从而使得叉指换能器22在压电基片21表面激发出声表面波。

在一个或一些可选实施例中，参照图1和图7所示，壳体1靠近叉指换能器22的一侧还设置有两安装孔16，用于安装导电连接组件3的固定座31。具体地，固定座31的两侧端设置有通孔312，将紧固螺栓32分别穿过对应的通孔312和安装孔16，即可将固定座31安装于转接PCB板25上方。固定座31的上部凸起，两弹簧顶针33分别穿过对应的顶针容置孔311与转接PCB板25连接，使信号传输更加稳定，同时使雾化芯组件2的安装与拆卸更加便利。

示例性的，应用本发明提供的声波振动雾化装置对液体进行雾化的具体过程可以包括：

声波振动雾化装置组装：将叉指换能器22制备于压电基片21上表面，将压电基片21和转接PCB板25并列粘接于热沉24的上表面，通过导电体26将叉指换能器22与转接PCB板25电连接从而得到雾化芯组件2；将雾化芯组件2放入第一放置槽11内；将固定座31安装于转接PCB板25上方，并将弹簧顶针33穿过固定座31上部对应的顶针容置孔311后与转接PCB板25电连接；

将多孔导液介质5的吸液部51穿过介质容置孔122后插入储液腔13，并将导液部52置于放置槽本体121，且使导液部52的导液端521位于叉指换能器22的孔径外沿线外预设距离；

将待雾化液体装入储液槽4，将壳体1安装于储液槽4的上方，使得储液槽4和储液腔13组合并密封；

向导电连接组件3的弹簧顶针33加载射频信号，叉指换能器22在射频信号作用下于压电基片21表面激励出声表面波，声表面波沿垂直于叉指换能器22的指条的方向传输到压电基片21的边缘，以将多孔导液介质5内的待雾化液体吸附于压电基片21边缘处位于叉指换能器22孔径范围内的雾化区域进行雾化。

在一个或一些可选实施例中，压电基片21由具有压电特性的材料构成，包括压电单晶、压电多晶和压电薄膜材料，如铌酸锂、钽酸锂、石英、氧化锌、氮化铝、锆钛铅酸、聚偏氟乙烯等。作为本实施例的一个具体实施方案，压电基片21可以选择单面抛光或双面抛光的128°Y-X LiNbO3单晶材料，其同时兼并高机电耦合系数和低传输损耗特性，具体地，其厚度为0.5mm、机电耦合系数为5.5％、温度系数为-72×10^-6/℃、声表面波传输速度为3880m/s。

在一个或一些可选实施例中，叉指换能器22的材料可以是单一金属导电材料，如金、铝、银、铜等；也可以是多层金属，如包含镍、锆、钛等过渡层的叠层金属材料；还可以是以上两种方式的表面再叠加二氧化硅、SiNx、磷硅玻璃、聚酰亚胺等钝化薄膜层材料。作为本实施例的一个具体实施方案，叉指换能器22可以选择金属过渡层钛、导电层铝及钝化层二氧化硅组成，其材料厚度分别为10nm、100nm及1000nm。

在一个或一些可选实施例中，叉指换能器22的孔径尺寸范围为1mm～10mm；如果孔径设置太小将在叉指换能器22内部发生严重的衍射二阶效应，使激励的声表面波能量耗散，不适于液体雾化；如果孔径设置太大，雾化芯组件2尺寸也随之增大，并且在叉指换能器22孔径范围内激励的声表面波振幅强度大大减弱，也不适于液体雾化。

在一个或一些可选实施例中，热导胶层23由具有优良导热性能且具有一定粘接性能的材料组成，如导热硅脂、导热凝胶、导热硅胶、导热垫片等。作为本实施例的一个具体实施方案，本发明中热导胶层23可以选择高导热纳米银胶粘接剂，通过丝网印刷或喷射点胶的方式均匀涂敷于热沉24上表面，然后再依次将压电基片21和转接PCB板25并行排列紧贴于热沉24表面，在150℃温度下烧结一小时固化成型。纳米银胶的有效成分主要包含银纳米颗粒和环氧树脂胶，为了保证良好的导热性能和粘接性能，纳米银颗粒占比可以为20％～80％。在一个具体的实施例中，纳米银颗粒占比可以为80％，对应的纳米银胶的导热系数约为230W/(m·K)，热膨胀系数约为50×10^-6/K。

在一个或一些可选实施例中，热沉24由具有高导热性能和热容量的装置组成，可快速吸收和散发热量，用于导走压电基片21中由于损耗产生的热量，并进一步起到均化温度梯度从而达到保护压电基片21的作用。在一个具体的实施例中，热沉24可以是金属基散热片(铜、铝等)、陶瓷基散热片(氧化铝、氮化铝、氮化硅等)、新兴的碳基散热片(石墨、碳纳米管、石墨烯、金刚石等)的其中一种。

在一个或一些可选实施例中，转接PCB板25由基板和沉金焊盘组成，与压电基片21并行紧密排列于热沉24的上表面，用于转接导电连接组件3载入叉指换能器22的射频驱动电信号，避免导电连接组件3直接与叉指换能器22的馈电端接触，由于接触电阻大在接触点局部产生过热效应而使压电基片21破裂损坏，可有效保护压电基片21。

在一个或一些可选实施例中，导电体26由导电性和延展性都很强的金线或铝线及外层包裹密封防护胶层组成。可以是采用金丝球焊或铝丝压焊法将导电金线或铝线两端分别焊接于转接PCB板25的焊盘端和叉指换能器22的馈电端，然后再使用环氧密封胶将焊接的导电线进行覆盖包裹后加热固化，最终形成完整的导电体26，连同转接PCB板25一起实现激励声表面波所需的外部射频驱动电信号(即射频信号)的安全载入。

在一个或一些可选实施例中，所述的多孔导液介质5的材料为多孔陶瓷、多孔玻璃、聚酯纤维棉、无纺布、木浆棉、亚麻棉或其他具有多孔特性材料中的一种或几种组合，其中多孔导液介质5材料的气孔率范围为20％～80％。

在一个或一些可选实施例中，参照图1和图2所示，声波振动雾化装置还包含芯片密封硅胶6，芯片密封硅胶6用于包裹雾化芯组件2除去上表面的其他五个面后再设置于第一放置槽11中，有效防止液体渗入雾化芯组件2内部。

实施例二

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种应用实施例一所述的声波振动雾化装置的雾化方法，包括：

将待雾化液体充入储液槽4内，将壳体1安装于储液槽4上方；

通过多孔导液介质5将储液槽4内的待雾化液体引导至压电基片21的边缘；

向叉指换能器22加载射频信号，在压电基片21的表面激发出声表面波，声表面波沿垂直于叉指换能器22指条的方向传输到压电基片21的边缘，以将多孔导液介质5内的待雾化液体吸附于压电基片21边缘处位于叉指换能器22孔径范围内的雾化区域进行雾化。

本发明实施例中，所述雾化方法与实施例一所描述的声波振动雾化装置相对应，其具体的实现过程可以参照实施例一中应用该声波振动雾化装置对液体进行雾化的详细过程，重复之处，不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种声波振动雾化装置，其特征在于，包括壳体、雾化芯组件、储液槽和多孔导液介质；

所述壳体密封安装于所述储液槽上方；

所述雾化芯组件包括压电基片和设置于所述压电基片上表面的叉指换能器；

所述壳体的上部设置有相邻的第一放置槽和第二放置槽；所述压电基片置于所述第一放置槽内；所述第二放置槽连通所述储液槽，且与所述叉指换能器的指条方向平行；

所述多孔导液介质放置于所述第二放置槽的侧端部，并紧贴所述压电基片的边缘；所述多孔导液介质伸入所述储液槽内；

所述多孔导液介质位于所述第二放置槽的一端与所述叉指换能器的孔径外沿线相距预设距离；

所述叉指换能器能够在射频信号的驱动下，在所述压电基片上产生声表面波，以将所述多孔导液介质中的液体吸附于所述压电基片边缘处位于所述叉指换能器孔径范围内的雾化区域进行雾化。

2.根据权利要求1所述的声波振动雾化装置，其特征在于，所述第二放置槽包括放置槽本体和设置于所述放置槽本体端部的介质容置孔；

所述多孔导液介质包括吸液部和导液部，且所述导液部连接于所述吸液部的顶端；

所述导液部置于所述放置槽本体内，所述吸液部穿过所述介质容置孔伸入到所述储液槽内。

3.根据权利要求2所述的声波振动雾化装置，其特征在于，包括两组多孔导液介质；

所述放置槽本体的两端部分别设有所述介质容置孔。

4.根据权利要求3所述的声波振动雾化装置，其特征在于，所述壳体还设置有与所述放置槽本体连通的废液回收槽；

所述废液回收槽的底面低于所述放置槽本体的底面。

5.根据权利要求1所述的声波振动雾化装置，其特征在于，所述压电基片的上表面低于所述的多孔导液介质的上表面0mm～5mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的声波振动雾化装置，其特征在于，所述雾化芯组件还包括热沉；

所述热沉置于所述第一放置槽；

所述压电基片置于所述热沉上表面。

7.根据权利要求6所述的声波振动雾化装置，其特征在于，所述雾化芯组件还包括转接PCB板和导电体；

所述转接PCB板粘接于所述热沉的上表面；

所述导电体分别连接所述压电基片和所述转接PCB板。

8.根据权利要求1-5任一项所述的声波振动雾化装置，其特征在于，还包括密封圈；

所述储液槽的外壁环绕设置有容纳凹槽，所述密封圈套设于所述容纳凹槽；

所述壳体的内壁与所述密封圈紧密贴合。

9.根据权利要求8所述的声波振动雾化装置，其特征在于，所述储液槽的两侧壁设置有卡位凸缘，所述壳体的内壁对应设置有卡位凹槽，所述卡位凸缘和所述卡位凹槽能够卡接配合；

所述卡位凸缘位于所述容纳凹槽下方。

10.一种应用权利要求1-9任一项所述的声波振动雾化装置的雾化方法，其特征在于，包括：

将待雾化液体充入储液槽内，将壳体安装于所述储液槽上方；

通过多孔导液介质将所述储液槽内的待雾化液体引导至压电基片的边缘；

向叉指换能器加载射频信号，在所述压电基片的表面激发出声表面波，所述声表面波沿垂直于所述叉指换能器指条的方向传输到所述压电基片的边缘，以将所述多孔导液介质内的待雾化液体吸附于所述压电基片边缘处位于叉指换能器孔径范围内的雾化区域进行雾化。