专利名称：水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置。
背景技术：
在工业产品生产过程中，应用超声波清洗是一种洗净效果好，价格经济，有利于环 保的清洗工艺。超声波清洗可以应用于清洗各式各样体形大小，形状复杂，清洁度要求高的 许多工件。例如可用于清洗钟表零件、照相机零件、油咀油泵、汽车发动机零件、精密轴承 零件、齿轮、活塞环、铣刀、锯片、宝石、医用注射器及各种光学镜头等；还可以用于清洗印制 板、半导体晶片及器件、显像管内的精密零件、磁性元件、硅片、陶瓷晶片、插头座、焊片、电 极引线等电子类产品。在环保行业利用光学原理测量水中的COD、硝氮、水中油、叶绿素等技 术在环保行业已经得到广泛应用。这些光学设备由于长期连续在水中进行实时测量作业， 其水中的污染物不同程度的沾覆在光学透镜的表面，造成光学通路受到阻碍，使得光信号 变小或者光线折射、散射等，给测量结果造成很大误差。超声波水处理技术主要是通过将功 率超声引入水中，降解水中污染物、灭菌消毒，也可用于污泥处理与抑制富营养化水体中的 藻类。然而我国环保仪器中一直没有有关超声波清洗技术的实际应用，并且国内外的环保 测量仪器越来越追求小型化，而在市场上诸多的超声波清洗设备的体积都相对很大，换能 片的谐振频率较低，不能用于微型的水下光学测量分析仪中。
实用新型内容本实用新型目的在于提供一种成本低、性能稳定、清洗效率高的用于水下光学测 量分析仪的微型超声波清洗装置。本实用新型目的是这样实现的，该水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置是 由超声波发生器和超声波换能器构成，所述超声波发生器输出的振荡信号接于超声波换能 器的两端。上述超声波发生器由单片机电路、高频功率放大电路和输出电路及反馈电路组 成，所述单片机电路的输出接高频功率放大电路的输入端，高频功率放大电路分两路输出， 其一路输出经反馈电路接单片机电路的输入端；高频功率放大电路的另一路输出接输出电 路的输入端，输出电路的输出与超声波换能器相连。本实用新型取得的技术进步超声波发生器产生标准的0. 8MHZ的交流正弦波信 号，并将该信号输出至超声波换能器，即连接在压电陶瓷片的两端。在交流正弦波信号的作 用下使得压电陶瓷片内的陶瓷晶体形成一交变电场，压电陶瓷片将按照输入交流正弦波信 号的频率产生震动，压电陶瓷片装配在光学透镜内侧洗槽的背面，从而使得水下光学测量 分析仪中光学透镜的表面产生震动，实现了对水下光学测量分析仪中光学透镜的表面污物 清洗，同时通过调节超声波发生器的输出功率及谐振频率，可方便的改变压电陶瓷片的震 动幅度及震动频率，从而实现对水下光学测量分析仪中光学透镜表面更好的清晰效果。由 于压电陶瓷片长时间工作会产生发热现象，其水下光学测量分析仪周围的水温也会相应升高，水温的升高会造成测量的误差。同时光学测量分析仪也不需要连续不停的进行清洗，本 实用新型在超声波发生器的输入端串接一时间继电器，将超声波清洗装置设置为间歇工作 模式，从而可更加稳定高效的清楚光学透镜表面的污染物。
图1为本实用新型的整体结构示意图。图2为本实用新型超声波发生器的方框图。图3为超声波发生器的电原理图。
具体实施方式
为进一步描述本实用新型，
以下结合附图做进一步说明。如图1所示，该水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置是由超声波发生器和 超声波换能器1构成，所述超声波发生器输出一高频交流正弦波信号，该交流正弦波信号 用于驱动装配在被清洗光学透镜上的超声波换能器1，超声波换能器1本实施例选用由压 电效应材料制成的压电陶瓷片。为了使超声波发生器1工作在间歇工作模式，在超声波发 生器的输入端串接一时间继电器K，时间继电器K的型号为0MR0N H3Y-2。所述超声波发生器由单片机电路、高频功率放大电路和输出电路及反馈电路组 成，如图2所示，所述单片机电路产生一 0. 8MHZ的方波信号，该方波信号经高频功率放大电 路放大后分两路输出，其一路输出经反馈电路接单片机U1的输入端；高频功率放大电路的 另一路输出接输出电路的输入端，输出电路将方波信号转换成交流正弦波信号后输出给压 电陶瓷片，使压电陶瓷片按照输入的交流正弦波信号的频率产生震动，对光学测量分析仪 的光学透镜表面进行清洗。上述各部分具体的电路结构和工作原理分述如下如图3所示，所述单片机电路由单片机U1和晶体振荡器XT及电容C4、C5组成，晶 体振荡器XT和电容C4、电容C5为单片机U1的外围元件。(单片机U1的型号为PIC16C712) 单片机U1的工作时基由C4，C5和20MHZ的晶体振荡器XT提供，单片机U1输出0. 8MHZ的 方波信号至高频功率放大电路的输入端。所述高频功率放大电路由三极管Q1和电阻R7-R9组成，三极管Q1的基极经电阻 R7接收由单片机U1输出的方波信号，并对其进行放大，由三极管Q1的集电极输出至输出电 路的输入端。输出电路为一变压器T1，变压器T1的初级线圈与高频功率放大电路中三极 管Q1的集电极相连接，变压器T1将高频功率放大电路输出的方波信号转换成交流正弦波 信号后，由变压器T1的次级线圈输出至压电陶瓷片，变压器T1次级线圈的两端与超声波换 能器相连。使压电陶瓷片按照输入的交流正弦波信号的频率产生震动。所述反馈电路由取样电路和误差运算放大电路及积分滤波电路组成，取样电路接 于高频功率放大电路中三极管Q1的发射极，取样电路的输出与误差运算放大电路的输入 端相连，积分滤波电路接于误差运算放大电路的输出端。取样电路由电阻R1、R2和电阻R9 组成，其电阻R9串接于高频功率放大电路中三极管Q1的发射极，其输出分别经电阻R1、R2 与误差运算放大电路的输入端相连。误差运算放大电路由运算放大器U2和电阻R3-R5及 电容C1组成，(运算放大器U2的型号为LM358)运算放大器U2的输入与取样电路的输出相 连，并对取样信号进行放大后输出，其输出经积分滤波电路后输出至单片机U1的输入端。
4所述积分滤波电路由电阻R5、R6和电容C2、C3组成的两级RC滤波器构成。 其工作过程如下电源正极经变压器T1初级绕组后，给三极管Q1的集电极提供 电源。三极管Q1基极输入的是由单片机U1输出的0.8MHZ的PWM方波信号(该信号经电 阻R7，R8分压后来进行控制)。反馈电路的取样是从三极管Q1发射极限流电阻R9上的压 降获取，该采样信号反映三极管Q1的工作电流，将限流电阻R9两端的电压送至由运算放大 器U2、电阻R1-R4组成的运算放大器进行放大，然后经电阻R5、R6和电容C2、C3两级RC滤 波后送至单片机U1的输入端。单片机U1将误差电压进行处理运算后调整PWM输出的占空 比，改变三极管Q1的导通时间，来实现功率闭环控制。由单片机U1产生0.8MHZ的方波信 号，经过功率放大后去推动变压器T1，变压器T1的次级输出标准的0. 8MHZ的交流正弦波信 号，并将该信号加在压电陶瓷片的两端，完成超声电信号与机械力的转换。使光学测量分析 仪的光学透镜表面产生震动，实现对光学透镜的表面清洗。
权利要求一种水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于它由超声波发生器和超声波换能器构成，所述超声波发生器输出的振荡信号接于超声波换能器的两端。
2.根据权利要求1所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于还 可在所述超声波发生器的输入端串接一时间继电器。
3.根据权利要求1或2所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在 于所述超声波发生器由单片机电路、高频功率放大电路和输出电路及反馈电路组成，所述 单片机电路的输出接高频功率放大电路的输入端，高频功率放大电路分两路输出，其一路 输出经反馈电路接单片机电路的输入端；高频功率放大电路的另一路输出接输出电路的输 入端，输出电路的输出与超声波换能器相连。
4.根据权利要求3所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于所 述单片机电路由单片机U1和晶体振荡器XT及电容C4、电容C5组成，晶体振荡器XT和电容 C4、电容C5为单片机U1的外围元件。
5.根据权利要求4所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于所 述高频功率放大电路由三极管Q1和电阻R7、电阻R8、电阻R9组成，三极管Q1的基极经电 阻R7接单片机U1的输出端，三极管Q1的集电极接输出电路的输入端。
6.根据权利要求5所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于所 述输出电路为一变压器T1，变压器T1的初级线圈与高频功率放大电路中三极管Q1的集电 极相连接，变压器T1次级线圈的两端与超声波换能器相连。
7.根据权利要求6所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于所 述反馈电路由取样电路和误差运算放大电路及积分滤波电路组成，取样电路接于高频功率 放大电路中三极管Q1的发射极，取样电路的输出与误差运算放大电路的输入端相连，积分 滤波电路接于误差运算放大电路的输出端。
8.根据权利要求7所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于所 述取样电路由电阻R1、电阻R2和电阻R9组成，其电阻R9串接于高频功率放大电路中三极 管Q1的发射极，其输出分别经电阻R1、电阻R2与误差运算放大电路的输入端相连。
9.根据权利要求8所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于所 述误差运算放大电路由运算放大器U2和电阻R3、电阻R4、电阻R5及电容C1组成，运算放 大器U2的输入与取样电路的输出相连，其输出接积分滤波电路的输入端。
10.根据权利要求9所述的水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，其特征在于 所述积分滤波电路由电阻R5、电阻R6、电容C2、电容C3组成，积分滤波电路的输入与误差运 算放大电路输出端相连，其输出接单片机电路的输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种用于水下光学测量分析仪的微型超声波清洗装置，该微型超声波清洗装置是由超声波发生器和超声波换能器构成，所述超声波发生器输出的标准交流正弦波信号接于装配在光学透镜内的超声波换能器两端。超声波换能器将按照输入的交流正弦波信号的频率产生震动，超声波换能器装配在光学透镜内侧洗槽的背面，从而使得水下光学测量分析仪中光学透镜的表面产生震动，实现了对水下光学测量分析仪中光学透镜表面污物的清洗，同时通过调节超声波发生器的输出功率及谐振频率，可方便的改变超声波换能器的震动幅度及震动频率，从而实现对水下光学测量分析仪中光学透镜表面更佳的清洗效果。
文档编号B06B1/06GK201579230SQ20092025413
公开日2010年9月15日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者刘君华, 安胜波, 杨杰 申请人:河北先河环保科技股份有限公司