专利名称：一种大雾化量的低频超声雾化喷头的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声雾化器，特指ー种农业工程领域中雾化栽培用的大雾化量的低频超声雾化喷头。
背景技术：
雾化栽培也称雾培或者雾化耕，它是让植物的根系离开基质与水，完全置于气雾环境下生长发育的ー种新型栽培模式；雾化栽培中作物根系悬于空中，氧气得以最大化供给，水、肥通过雾化方式提供，矿质离子及水份的吸收得以充足的保证，根系处于最佳的水、气、肥环境，使作物发挥出最大的生长潜能。和传统的雾化器(如气水引射器、离心式喷雾机和低压喷头)相比，使用超声雾化·器使植物生长更快，目前国内外常用的是喷头工作频率大于IMHZ的高频超声雾化栽培器，其存在以下缺点
(1)嗔头结构为薄片换能器，难以实现大功率；
(2)产生的营养液雾滴的粒径谱太窄，难以满足不同植物根系对于营养的吸收要求；
(3)雾化性能受营养液粘度影响较大；营养液粘度大的时候，薄片换能器的振动阻尼加大，严重影响其雾化效果；
(4)可靠性差；因为喷头结构为金属薄片，并长期工作在高频振动状态，极易产生疲劳断裂。和高频超声雾化器相比，低频超声雾化器(工作频率介于20K和100K赫兹之间)产生雾滴的宽粒径谱特点使得其能产生适合根系生长的超细营养雾滴，但是由于采用的纵向振动换能器其雾化方式为单端面雾化，因此无法实现大雾化量。
发明内容
本发明的目的在于发明ー种具有宽粒径谱、大雾化量、适合雾化栽培的低频超声雾化喷头；为实现上述目的设计了一种基于超声弯振换能器的双端面低频超声雾化喷头，其工作频率介于20K和100K赫兹之间。一种大雾化量的低频超声雾化喷头，包括紧固螺钉、垫片、换能器后盖板；正向极化的压电陶瓷半圆环片、电极、橡胶套筒、反向极化的压电陶瓷半圆环片、换能器前盖板和变幅杆；橡胶套筒套在紧固螺钉上、正向极化的压电陶瓷半圆环片和反向极化的压电陶瓷半圆环片套在橡胶套筒上，电极紧贴压于电陶瓷半圆环片，紧固螺钉通过垫片将正向极化的压电陶瓷半圆环片和反向极化的压电陶瓷半圆环片压紧在换能器前盖板和换能器后盖板之间，所述低频超声雾化喷头的变幅杆设计成指数过度曲面，其特征在于变幅杆的前端两侧对称固定有雾化端面，雾化端面的形状为球缺形端面，所述球缺形端面的厚度d=
(ト吾)R，R为前端盖的半径，所述球缺形端面的圆心角为P大于90°并小于120。。
所述的换能器后盖板和换能器前盖板的材料为钛合金。所述的低频超声雾化喷头的长度等于一个超声压力波的波长长度。本发明包括夹在换能器前盖板和换能器后盖板的两对压电陶瓷圆环片、变幅杆和两个对称布置的球缺形端面组成；本发明实际上是一个低频超声共振装置，每个压电陶瓷圆环片由极性相反的两个压电陶瓷半圆环片组成，四个压紧的压电陶瓷圆环片作为高频逆变电源输入的一极，金属外壳作为另一极；当两极的极性随输入信号(信号频率介于20K和100K赫兹之间)往复变化时，压电陶瓷圆环片就会以与输入信号相同的频率发生弯曲振动，在变幅杆的末端其弯曲振幅达到最大，因为球缺形端面的径向固有振动频率与变幅杆的一致(见超声换能器设计/陈桂生编著；北京海洋出版社，1984)，从而在球缺形端面的顶点激发球缺形端面径向谐振，当营养液喷射到雾化端面的时候，由于端面处于超声振动状态，液体在固体表面会形成一层波状液体薄膜，当薄膜表面振幅增大到一定值时变发生破裂，从固体表面喷射出大量细小的雾滴；通过计算不同圆心角β (90° <β〈120° )的圆弧端面的固有频率，可以设计出径向振动的固有频率和输入信号相一致的球缺形端面(见超声换能器设计/陈桂生编著；北京海洋出版社，1984)，设计的低频超声雾化器长度等于一个·压力波的波长，由于自由端边界条件的限制，其中雾化端面在变幅杆的固定位置正好处于压力波的波峰点。本发明专利和同类雾化器相比具有以下优势
I、用弯振换能器取代同类产品中的高频薄片换能器(工作频率大于IM赫兹)和低频纵向振动换能器(工作频率介于20k_100k赫兹之间)，克服了原有产品无法实现大雾化量、粒径谱过窄以及可靠性差的缺点。2、和以往的低频超声雾化只有单个雾化面相比，本发明专利采用对称分布的双球
缺型的雾化端面，其中每个雾化面的面积S ;极大地提高了雾化量和雾化器的效
π率。
图I 一种大雾化量的低频超声雾化喷头装配 图2球缺形雾化端面结构示意 图3压电陶瓷圆环片极化方向示意 图4 一个高频信号周期压电陶瓷圆环片变形过程示意 图中I、紧固螺钉；2、垫片；3、换能器后盖板；4、正向极化的压电陶瓷半圆环片；5、电极；6、橡胶套筒；7、反向极化的压电陶瓷半圆环片；8、换能器前盖板；9、变幅杆；10、球缺形端面；11、固双头对称螺柱。
具体实施例方式本发明是基于弯振换能器的双端面低频超声雾化器；如图I所示，它包括紧固螺钉I、垫片2、换能器后盖板3、四个正向极化的压电陶瓷半圆环片4、电极5、橡胶套筒6、四个反向极化的压电陶瓷半圆环片7、换能器前盖板8、变幅杆9、两个对称布置的球缺形端面10、紧固双头对称螺柱11 ;通过带垫片2和绝缘套管6的紧固螺钉I将压电陶瓷圆环片和电极5夹在换能器前盖板8和后盖板3之间。一共两组压电陶瓷圆环片，共计4个；每个压电陶瓷圆环片由I个正向极化的和I个反向极化的压电陶瓷半圆环片组成，其极化方向如图3所示正向极化压电陶瓷半圆片的极化方向为从左向右，反向极化的压电陶瓷半圆环片极化方向为从右往左；当如图4所示的一个高频输入信号输入时，当两极的极性随高频信号往
复变化时，压电陶瓷圆环片便发生与同输入信号同频率的弯曲振动，在到一个周期内，当T=I^时，U=0，此时压电圆环片无形变；当10 CKt1时，U=Ue,此时正向极化的压电陶瓷半圆环片产生膨胀，反向极化的压电陶瓷半圆环片产生收缩丨当？="^时，U=0，此时压电陶瓷圆环片重新恢复无形变状态<T< t2时，U=- 1 ,此时正向极化的压电陶瓷半圆环片产生
收缩变形，反向极化的压电半圆环片产生膨胀变形；iT= t2时，U=0，此时压电陶瓷半圆环
片重新恢复到无形变状态；从而在一个周期换能器产生了一个弯曲变形，产生的弯曲应力通过前盖板8将超声压力波传递到由紧固对称双头螺柱10固定的两个对称分布的球缺形端面10，使得雾化端面随输入信号发生同频率的径向振动；前盖板8前端设计成指数过渡曲面，使雾化端面处的共振振幅远大于后盖板3处的弯曲振动振幅。当营养液喷射到雾化·面10通过紧固双头螺柱11固定于变幅杆一端的波峰点，进而激发雾化端面10产生共振；
雾化端面10的结构如图2所示，其形状为具有一定厚度d (d (&y^)R)的圆心角为3
(90°〈P〈120° )的球缺形端面，通过设计不同的P值可方便设计出径向振动频率和输入信号相同的雾化端面；在其上下表面沿对称轴线各切削一个平面，便于加工通孔，雾化端面9由紧固对称双头螺柱11固定于变幅杆一端的波峰点处。
权利要求
1.一种大雾化量的低频超声雾化喷头，包括紧固螺钉、垫片、换能器后盖板；正向极化的压电陶瓷半圆环片、电极、橡胶套筒、反向极化的压电陶瓷半圆环片、、换能器前盖板和变幅杆；橡胶套筒套在紧固螺钉上、正向极化的压电陶瓷半圆环片和反向极化的压电陶瓷半圆环片套在橡胶套筒上，电极紧贴压于电陶瓷半圆环片，紧固螺钉通过垫片将正向极化的压电陶瓷半圆环片和反向极化的压电陶瓷半圆环片压紧在换能器前盖板和换能器后盖板之间，所述低频超声雾化喷头的变幅杆设计成指数过度曲面，其特征在于变幅杆的前端两侧对称固定有雾化端面，雾化端面的形状为球缺形端面，所述球缺形端面的厚度
2.如权利要求I所述的一种大雾化量的低频超声雾化喷头，其特征在于所述的换能器后盖板和换能器前盖板的材料为钛合金。
3.如权利要求I所述的一种大雾化量的低频超声雾化喷头，其特征在于所述的低频超声雾化喷头的长度等于一个超声压力波的波长长度。
4.如权利要求I所述的一种大雾化量的低频超声雾化喷头，其特征在于所述低频超声雾化喷头的工作频率介于20Κ和100Κ赫兹之间。
5.如权利要求I所述的一种大雾化量的低频超声雾化喷头，其特征在于所述球缺形端面的径向振动频率和高频输入信号的频率相一致。
全文摘要
本发明涉及超声雾化器，特指一种农业工程领域中雾化栽培用的大雾化量的低频超声雾化喷头。本发明变幅杆的前端两侧对称固定有雾化端面，雾化端面的形状为球缺形端面，所述球缺形端面的厚度d=()R，R为前端盖的半径，所述球缺形端面的圆心角为β大于90°并小于120°。本发明专利采用对称分布的双球缺型的雾化端面，其中每个雾化面的面积S≈；极大地提高了雾化量和雾化器的效率。
文档编号B05B17/06GK102784738SQ20121023301
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者刘昌鑑, 高建民 申请人:江苏大学