CN204842130U - 应用于管道上的电磁超声换能器 - Google Patents
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Abstract
一种应用于管道上的电磁超声换能器，具有交变电流信号源、数个PCB板组线圈、软磁条组、导线，数个PCB板组线圈相串联并通过导线与交变电流信号源相连接；交变电流信号源外接220V交流电源，软磁条组由多个长条形的软磁条和多个塑料螺栓构成，多个软磁条沿管道的圆周方向分布为J排、沿管道的轴向分布为K列，每个软磁条的两端皆带有连接孔，相邻的两排软磁条的端部皆由塑料螺栓穿过连接孔而固定连接在一起，软磁条组呈环形、链状，软磁条组紧箍在管道的外壁上并嵌套于每个PCB板组线圈内。它使用PCB板组线圈代替人工绕制线圈，降低了生产难度，增加了换能效率，降低了磁能的衰减量，换能效果好，安装方便，运维成本低，适用范围广，使用寿命长。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种换能装置，具体是一种应用于管道上的电磁超声换能器，它是应用于液体处理系统中的将电能转换为电磁能和超声波的换能器。
背景技术
电子絮凝技术是一种通过在水中通入电流，从而打破水中悬浮物、乳化或溶解状污染物的稳定状态的污水处理方法。电子絮凝与传统的化学絮凝法相比，无需投加药品，运行维护费用低，处理效果稳定、不会造成水质和沉淀物的二次污染，是一项高效、环保的水处理技术。
目前，在液体中形成电场从而产生电流的方式通常有电极法、电磁感应法。现有的电子絮凝设备均是采用电极法，即在液体中加入电极从而产生电场，使电解处理槽中的液体产生电流。在实际使用过程中，基于电极法的电子絮凝设备不仅投资大、占地面积大、安装不方便，而且定期检查或更换电极等后期运维成本较高；电磁感应法是采用变压器原理，通过交变电流信号源产生交变电流在环抱在管道外壁的链状结构软磁条中产生交变磁场，将载满液体的管道看成是一根导线，从而在管道内液体中感生出所需电场，同时，利用软磁条的磁致伸缩效应，可以在管道上产生出相应的机械能，作用于液体内物质。电磁感应法在液体处理领域具有诸多优势。
现有的基于电磁感应法生产的一些液体处理器采用的换能器均存在一些不足之处。一、采用单一线圈向链状软磁条中感生磁场，在大一些的管道上应用时，会产生磁能衰减的情况，从而影响了换能效果；二、缠绕线圈使用导线通过人工绕制方式进行制作，生产制作过程复杂，人为因素不稳定造成缠绕线圈的质量参差不齐，造成换能器的效果大打折扣；三、没有利用链状软磁条的磁致伸缩效应在管道上产生出超声波，减少了换能器的功能。
发明人检索到以下相关的专利文献：CN104001689A公开了一种适用于管道安装的磁致超声波换能器，换能器由磁致伸缩体、励磁线圈、能量传导环片、电气防护外壳及安装附件组成。磁致伸缩体焊接于能量传导环片上，励磁线圈缠绕于磁致伸缩体上。能量传导环片被设计成弧形，若干片能量传导环片通过安装附件连接后组成能量传导环，与不同管径的管道匹配。励磁线圈通过引线与外部超声波控制器连接，CN103076402A公开了一种用于在管道中激励和接收多模式超声导波的换能器，其特征是换能器中包含了两片上下水平布置的振动方向与各自极化方向相一致的剪切型压电晶片，两压电晶片极化方向彼此正交，并通过位于两压电晶片之间的隔离层进行电气隔离。分别对两压电晶片施加激励信号，则换能器能够对被检测结构表面施加激励不同模式导波所需的不同方向载荷，而沿被检测结构轴向传播的不同模式导波当其主要振动方向与某压电晶片极化方向一致时亦能引起该压电晶片的振动进而产生电压信号用于分析和处理。
以上这些技术对于如何使应用于管道上的电磁超声换能器换能效果好，安装方便，运维成本低，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种应用于管道上的电磁超声换能器，该电磁超声换能器换能效果好，安装方便，运维成本低，适用范围广，使用寿命长。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
一种应用于管道上的电磁超声换能器，其技术方案在于它具有用于产生高频脉冲电流信号的交变电流信号源(交变电流源)、用于将所述交变电流信号源产生的高频脉冲电流信号转换为高频磁场信号的数个PCB板组线圈(数个PCB板组线圈也可称为PCB板组线圈组)、用于耦合所述数个PCB板组线圈产生的高频磁场信号并将该高频磁场信号转化为高频电场能和相应频率的超声波的软磁条组、导线，每个PCB板组线圈皆由四块PCB板连接而成，上述数个PCB板组线圈相串联并通过导线与交变电流信号源相连接，所述交变电流信号源外接220V交流电源；所述软磁条组由多个长条形的软磁条和多个塑料螺栓构成，多个软磁条沿管道的圆周方向分布为J排、同时沿管道的轴向分布为K列，软磁条组中的排数J≥4，每个软磁条的两端皆带有连接孔，相邻的两排、K列软磁条的端部皆由塑料螺栓穿过所述的连接孔并由螺母锁定而固定连接在一起，软磁条组呈环形、链状，软磁条组紧箍在管道的外壁上并嵌套于每个PCB板组线圈内，所述每个PCB板组线圈皆安装在塑料壳体内。
上述技术方案中，所述交变电流信号源产生的高频脉冲电流信号频率为20KHz以上，可以为20KHz～200KHz。上述数个PCB板组线圈最好均匀分布在所述软磁条组上。软磁条组中的排数J最好为偶数，可以选择排数J＝6，列数K＝3。每个软磁条最好皆为长方体形，其材质可以为Mn-Zn铁氧体、Cu-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体中的一种。上述软磁条组中的排数J＝6，PCB板组线圈的数量为两个，即安装于软磁条组的正上方的一个PCB板组线圈和安装于软磁条组的正下方的另一个PCB板组线圈，上述导线包括导线L1、导线L2、导线L3，所述交变电流信号源的输出端通过导线L3连接到安装于软磁条组的正下方的PCB板组线圈的输入端，该PCB板组线圈的输出端通过导线L2连接到安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈的输入端，安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈的输出端通过导线L1连接到所述交变电流信号源的输入端。每个PCB板组线圈皆由四块PCB板通过弯排针焊接而成，具体结构是所述四块PCB板分为作为线圈前面板的PCB板、作为线圈上面板的PCB板、作为线圈后面板的PCB板、作为线圈下面板的PCB板，所述作为线圈前面板的PCB板由信号输入焊盘、信号输出焊盘、覆铜线组、第一弯排针焊盘组、第二弯排针焊盘组构成；所述作为线圈上面板的PCB板由覆铜线组、第三弯排针焊盘组、第四弯排针焊盘组构成；所述作为线圈后面板的PCB板由覆铜线组、第五弯排针焊盘组、第六弯排针焊盘组构成；所述作为线圈下面板的PCB板由覆铜线组、第七弯排针焊盘组、第八弯排针焊盘组构成；所述作为线圈前面板的PCB板、作为线圈上面板的PCB板、作为线圈后面板的PCB板、作为线圈下面板的PCB板分别使用弯排针垂直焊接，所述第二弯排针焊盘组和所述第三弯排针焊盘组采用弯排针成直角焊接；所述第四弯排针焊盘组和所述第五弯排针焊盘组采用弯排针成直角焊接；所述第六弯排针焊盘组和所述第七弯排针焊盘组采用弯排针成直角焊接；所述第八弯排针焊盘组和所述第一弯排针焊盘组采用弯排针成直角焊接，从而四块PCB板构成一个环装电路线圈。导线L3的一端与所述交变电流信号源的输出端相连接，导线L3的另一端焊接在安装于软磁条组的正下方的PCB板组线圈中(交变电流)信号输入焊盘上，导线L2的一端焊接在安装于软磁条组的正下方的PCB板组线圈中信号输出焊盘上，导线L2的另一端焊接在安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈中信号输入焊盘上，导线L1的一端与所述交变电流信号源的输入端相连接，导线L1的另一端焊接在安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈中信号输出焊盘上。
本实用新型提供了一种应用于管道上的电磁超声换能器，它是一种应用于液体处理系统中的将电能转换为磁能和机械能的基于电磁波的管道换能器，它使用PCB板组线圈代替人工绕制线圈，降低了生产难度，增加了换能效率；采用数个PCB板组线圈(均匀)分布在(链状)软磁条组的结构方式，降低了磁能在大直径的管道上的衰减量，大幅度提高了换能效果；利用(链状)软磁条组的磁致伸缩效应在管道上产生出超声波，增加了应用范围，提高了换能效果，克服了现有技术的不足。
总之，本实用新型能在所处理的管道的液体中产生所需的更稳定、更均匀、更高效的电磁能和超声波，它换能效果好，换能形式多，安装方便，运维成本低，适用范围广，使用寿命长。本实用新型可作为多种液体处理领域内的设备的换能器，特别适用于作为电子絮凝、水垢处理、杀菌灭藻等水处理设备的换能器。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图(主视图)。
图2为本实用新型的结构示意图(左视图)。
图3为本实用新型的结构示意图(右视图)。
图4为本实用新型中一个PCB板组线圈的结构示意图(具有四块PCB板)，图4中(a)、(b)、(c)、(d)分别是作为线圈前面板的PCB板7a、作为线圈上面板的PCB板7b、作为线圈后面板的PCB板7c、作为线圈下面板的PCB板7d的结构示意图。
具体实施方式
实施例：如图1、图2、图3所示，本实用新型的应用于管道上的电磁超声换能器具有用于产生高频脉冲电流信号的交变电流信号源1、用于将所述交变电流信号源产生的高频脉冲电流信号转换为高频磁场信号的数个PCB板组线圈(数个PCB板组线圈也可称为PCB板组线圈组)、用于耦合所述数个PCB板组线圈产生的高频磁场信号并将该高频磁场信号转化为高频电场能和相应频率的超声波的软磁条组3、导线。每个PCB板组线圈皆由四块PCB板连接而成。上述数个PCB板组线圈相串联并通过导线与交变电流信号源1相连接；所述交变电流信号源1外接220V交流电源，所述软磁条组3由多个长条形的软磁条6和多个塑料螺栓4构成，多个软磁条6沿管道的圆周方向分布为J排、同时沿管道的轴向分布为K列，软磁条组中的排数J≥4，每个软磁条6的两端皆带有连接孔(圆孔)，相邻的两排、K列软磁条的端部皆由(一个)塑料螺栓(或者说是塑料螺栓和螺母的组合连接件)4穿过所述的连接孔并由(塑料)螺母锁定而固定连接在一起(使用塑料螺栓固定连接不要过紧)，这样相邻的两排、K列软磁条的端部由塑料螺栓串起而呈搭接结构(当然也可呈插接结构)，软磁条组3呈(封闭)环形、链状，软磁条组3紧箍在管道5的外壁上(即软磁条组紧套在管道5的外壁上)并嵌套于每个PCB板组线圈内，所述每个PCB板组线圈皆安装在塑料壳体(防护外壳)内。上述交变电流信号源1产生的高频脉冲电流信号频率为20KHz以上，可以为20KHz～200KHz。上述数个PCB板组线圈均匀分布在所述软磁条组3上。PCB板组线圈的数量根据所述管道直径而定。软磁条组中的排数J为偶数(大于或者等于4的偶数)，列数K≥1，可以根据实际情况确定，比如可以选择排数J＝6，列数K＝3。每个软磁条6皆为长方体形，其材质可以为Mn-Zn铁氧体、Cu-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体中的一种。每个长条形软磁条的尺寸根据管道的直径大小选择，每个长条形软磁条的尺寸应该使所述软磁条组可以紧箍在管道上。上述软磁条组中的排数J＝6，PCB板组线圈的数量为两个，即安装于软磁条组3的正上方的一个PCB板组线圈2a和安装于软磁条组3的正下方的另一个PCB板组线圈2b，两个PCB板组线圈2a、2b对称套装在所述软磁条组3上，增加所述软磁条组3上的磁场强度并且使所述磁场强度分布更加均匀。上述导线包括导线L1、导线L2、导线L3，所述交变电流信号源1的输出端通过导线L3连接到安装于软磁条组3的正下方的PCB板组线圈2b的输入端，该PCB板组线圈2b的输出端通过导线L2连接到安装于软磁条组3的正上方的PCB板组线圈2a的输入端，安装于软磁条组3的正上方的PCB板组线圈2a的输出端通过导线L1连接到所述交变电流信号源1的输入端。工作过程是所述交变电流信号源1产生高频脉冲电流信号，所述高频脉冲电流信号通过导线L3流经PCB板组线圈2b，所述高频脉冲电流信号通过导线L2流经PCB板组线圈2a，所述高频脉冲电流信号通过导线L1流回入所述交变电流信号源1。所述两个PCB板组线圈2a、2b同时产生同频率交变磁场作用在所述软磁条组3上；所述软磁条组3耦合所述两个PCB板组线圈2a、2b产生高频交变磁场信号，并将所述高频交变磁场信号转化为高频电场能和相应频率的超声波作用在管道5中。所述PCB板组线圈有M(M≥1)匝覆铜线，所述覆铜线匝数、厚度、宽度均根据实际使用情况而定，其中覆铜线位于所述PCB板组线圈内侧。如图4所示，所述每个PCB板组线圈2a(或者2b)皆由四块PCB板通过弯排针焊接而成，更具体的是，所述四块PCB板分为作为线圈前面板的PCB板7a、作为线圈上面板的PCB板7b、作为线圈后面板的PCB板7c、作为线圈下面板的PCB板7d。所述作为线圈前面板的PCB板7a由信号输入焊盘7a-1、信号输出焊盘7a-2、覆铜线组7a-3、第一弯排针焊盘组7a-5、第二弯排针焊盘组7a-4构成；所述作为线圈上面板的PCB板7b由覆铜线组7b-1、第三弯排针焊盘组7b-2、第四弯排针焊盘组7b-3构成；所述作为线圈后面板的PCB板7c由覆铜线组7c-1、第五弯排针焊盘组7c-2、第六弯排针焊盘组7c-3构成；所述作为线圈下面板的PCB板7d由覆铜线组7d-1、第七弯排针焊盘组7d-2、第八弯排针焊盘组7d-3构成。所述作为线圈前面板的PCB板7a、作为线圈上面板的PCB板7b、作为线圈后面板的PCB板7c、作为线圈下面板的PCB板7d分别使用弯排针垂直焊接，所述第二弯排针焊盘组7a-4和所述第三弯排针焊盘组7b-2采用弯排针成直角焊接；所述第四弯排针焊盘组7b-3和所述第五弯排针焊盘组7c-2采用弯排针成直角焊接；所述第六弯排针焊盘组7c-3和所述第七弯排针焊盘组7d-2采用弯排针成直角焊接；所述第八弯排针焊盘组7d-3和所述第一弯排针焊盘组7a-5采用弯排针成直角焊接，从而四块PCB板构成一个环装电路线圈。导线L3的一端与所述交变电流信号源1的输出端相连接，导线L3的另一端焊接在安装于软磁条组的正下方的PCB板组线圈2b中(交变电流)信号输入焊盘7a-1上，导线L2的一端焊接在安装于软磁条组的正下方的PCB板组线圈2b中信号输出焊盘7a-2上，导线L2的另一端焊接在安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈2a中信号输入焊盘7a-1上，导线L1的一端与所述交变电流信号源1的输入端相连接，导线L1的另一端焊接在安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈2a中信号输出焊盘7a-2上。当然，上述每个PCB板组线圈中的四块PCB板还可以采用其它结构方式连接而成，比如还可以用排线连接。
本实用新型的上述实施例使用PCB板组线圈代替人工绕制线圈，降低了生产难度，增加了换能效率；采用数个PCB板组线圈均匀分布在(链状)软磁条组的结构方式降低了磁能在大直径的管道上的衰减量，大幅度提高了换能效果；利用软磁条的磁致伸缩效应在管道上产生出超声波，增加了应用范围，提高了换能效果。由此可见，本实用新型换能效果好，换能形式多，安装方便，运维成本低，适用范围广，使用寿命长。本实用新型可作为多种液体处理设备的换能器，特别适用于作为电子絮凝、水垢处理、杀菌灭藻等水处理设备的换能器。
以上所述为本实用新型的一种较佳的实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。
Claims (9)
1.一种应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于它具有用于产生高频脉冲电流信号的交变电流信号源(1)、用于将所述交变电流信号源产生的高频脉冲电流信号转换为高频磁场信号的数个PCB板组线圈、用于耦合所述数个PCB板组线圈产生的高频磁场信号并将该高频磁场信号转化为高频电场能和相应频率的超声波的软磁条组(3)、导线，每个PCB板组线圈皆由四块PCB板连接而成，上述数个PCB板组线圈相串联并通过导线与交变电流信号源(1)相连接，所述交变电流信号源(1)外接220V交流电源；所述软磁条组(3)由多个长条形的软磁条(6)和多个塑料螺栓(4)构成，多个软磁条(6)沿管道的圆周方向分布为J排、同时沿管道的轴向分布为K列，软磁条组中的排数J≥4，每个软磁条(6)的两端皆带有连接孔，相邻的两排、K列软磁条的端部皆由塑料螺栓(4)穿过所述的连接孔并由螺母锁定而固定连接在一起，软磁条组(3)呈环形、链状，软磁条组(3)紧箍在管道的外壁上并嵌套于每个PCB板组线圈内，所述每个PCB板组线圈皆安装在塑料壳体内。
2.根据权利要求1所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于上述交变电流信号源(1)产生的高频脉冲电流信号频率为20KHz～200KHz。
3.根据权利要求1所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于上述数个PCB板组线圈均匀分布在所述软磁条组(3)上。
4.根据权利要求1所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于软磁条组中的排数J为偶数。
5.根据权利要求1所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于软磁条组中的排数J为偶数，选择排数J＝6，列数K＝3。
6.根据权利要求1所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于每个软磁条(6)皆为长方体形，其材质为Mn-Zn铁氧体、Cu-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体中的一种。
7.根据权利要求1所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于每个PCB板组线圈皆由四块PCB板通过弯排针焊接而成。
8.根据权利要求7所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于每个PCB板组线圈皆由四块PCB板通过弯排针焊接而成的具体结构是，所述四块PCB板分为作为线圈前面板的PCB板(7a)、作为线圈上面板的PCB板(7b)、作为线圈后面板的PCB板(7c)、作为线圈下面板的PCB板(7d)，所述作为线圈前面板的PCB板(7a)由信号输入焊盘(7a-1)、信号输出焊盘(7a-2)、覆铜线组(7a-3)、第一弯排针焊盘组(7a-5)、第二弯排针焊盘组(7a-4)构成；所述作为线圈上面板的PCB板(7b)由覆铜线组(7b-1)、第三弯排针焊盘组(7b-2)、第四弯排针焊盘组(7b-3)构成；所述作为线圈后面板的PCB板(7c)由覆铜线组(7c-1)、第五弯排针焊盘组(7c-2)、第六弯排针焊盘组(7c-3)构成；所述作为线圈下面板的PCB板(7d)由覆铜线组(7d-1)、第七弯排针焊盘组(7d-2)、第八弯排针焊盘组(7d-3)构成；所述作为线圈前面板的PCB板(7a)、作为线圈上面板的PCB板(7b)、作为线圈后面板的PCB板(7c)、作为线圈下面板的PCB板(7d)分别使用弯排针垂直焊接，所述第二弯排针焊盘组(7a-4)和所述第三弯排针焊盘组(7b-2)采用弯排针成直角焊接；所述第四弯排针焊盘组(7b-3)和所述第五弯排针焊盘组(7c-2)采用弯排针成直角焊接；所述第六弯排针焊盘组(7c-3)和所述第七弯排针焊盘组(7d-2)采用弯排针成直角焊接；所述第八弯排针焊盘组(7d-3)和所述第一弯排针焊盘组(7a-5)采用弯排针成直角焊接，从而四块PCB板构成一个环装电路线圈。
9.根据权利要求1所述的应用于管道上的电磁超声换能器，其特征在于上述软磁条组中的排数J＝6，PCB板组线圈的数量为两个，即安装于软磁条组(3)的正上方的一个PCB板组线圈(2a)和安装于软磁条组(3)的正下方的另一个PCB板组线圈(2b)，上述导线包括导线L1、导线L2、导线L3，所述交变电流信号源(1)的输出端通过导线L3连接到安装于软磁条组(3)的正下方的PCB板组线圈(2b)的输入端，该PCB板组线圈(2b)的输出端通过导线L2连接到安装于软磁条组(3)的正上方的PCB板组线圈(2a)的输入端，安装于软磁条组(3)的正上方的PCB板组线圈(2a)的输出端通过导线L1连接到所述交变电流信号源(1)的输入端；
每个PCB板组线圈皆由四块PCB板通过弯排针焊接而成，具体结构是所述四块PCB板分为作为线圈前面板的PCB板(7a)、作为线圈上面板的PCB板(7b)、作为线圈后面板的PCB板(7c)、作为线圈下面板的PCB板(7d)，所述作为线圈前面板的PCB板(7a)由信号输入焊盘(7a-1)、信号输出焊盘(7a-2)、覆铜线组(7a-3)、第一弯排针焊盘组(7a-5)、第二弯排针焊盘组(7a-4)构成；所述作为线圈上面板的PCB板(7b)由覆铜线组(7b-1)、第三弯排针焊盘组(7b-2)、第四弯排针焊盘组(7b-3)构成；所述作为线圈后面板的PCB板(7c)由覆铜线组(7c-1)、第五弯排针焊盘组(7c-2)、第六弯排针焊盘组(7c-3)构成；所述作为线圈下面板的PCB板(7d)由覆铜线组(7d-1)、第七弯排针焊盘组(7d-2)、第八弯排针焊盘组(7d-3)构成；所述作为线圈前面板的PCB板(7a)、作为线圈上面板的PCB板(7b)、作为线圈后面板的PCB板(7c)、作为线圈下面板的PCB板(7d)分别使用弯排针垂直焊接，所述第二弯排针焊盘组(7a-4)和所述第三弯排针焊盘组(7b-2)采用弯排针成直角焊接；所述第四弯排针焊盘组(7b-3)和所述第五弯排针焊盘组(7c-2)采用弯排针成直角焊接；所述第六弯排针焊盘组(7c-3)和所述第七弯排针焊盘组(7d-2)采用弯排针成直角焊接；所述第八弯排针焊盘组(7d-3)和所述第一弯排针焊盘组(7a-5)采用弯排针成直角焊接，从而四块PCB板构成一个环装电路线圈；
导线L3的一端与所述交变电流信号源(1)的输出端相连接，导线L3的另一端焊接在安装于软磁条组的正下方的PCB板组线圈(2b)中信号输入焊盘(7a-1)上，导线L2的一端焊接在安装于软磁条组的正下方的PCB板组线圈(2b)中信号输出焊盘(7a-2)上，导线L2的另一端焊接在安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈(2a)中信号输入焊盘(7a-1)上，导线L1的一端与所述交变电流信号源(1)的输入端相连接，导线L1的另一端焊接在安装于软磁条组的正上方的PCB板组线圈(2a)中信号输出焊盘(7a-2)上。
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