可变频便携式超声波清洗器的制作方法

本发明涉及一种清洗技术，尤其是一种超声波清洗技术，具体地说是一种利用压电陶瓷高频变形产生超生波的可变频便携式超声波清洗器。

背景技术：

超声波清洗具有其他传统清洗方式无法比拟的优势—清洗效果好、高一致性、高效率、低成本、低劳动强度和环境友好。传统的果蔬清洗机一般采用喷淋式、毛刷式、滚筒式等结构形式，其中喷淋式清洗机耗水量大，对形状复杂清洗物存在清洗盲区，去污效果不佳; 毛刷式和滚筒式清洗机只适用于根茎类果蔬的清洗，对叶类蔬菜和鲜嫩水果损伤较大。以上传统清洗机均存在适应性差、效果差、能耗高、功能单一等诸多不足，不能兼用于果蔬、餐具，且无法灭菌、降解残留农药。与此相对应的超声波清洗具有清洗效果好、高一致性、高效率、低成本、低劳动强度和环境友好等优点。

超声波在液体中传播时, 由于非线性作用, 会产生声空化。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力, 对污层的直接反复冲击, 一方面破坏污物与清洗件表面的吸附, 另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能“钻入”裂缝中做振动, 使污物脱落。对于有油脂性污物, 由于超声空化作用, 两种液体在界面迅速分散而乳化, 当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时, 油被乳化, 固体粒子即脱落。空化气泡在振动过程中会使液体本身产生环流, 即所谓声流。它可使振动气泡表面存在很高的速度梯度和粘滞应力, 促使清洗件表面污物的破坏和脱落, 超声空化在固体和液体表面上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层, 腐蚀固体表面, 增加搅拌作用, 加速可溶性污物的溶解, 强化化学清洗剂的清洗作用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的超声清洗设备体积大，且超声波需穿过清洗箱体进入清洗液中存在超声损耗大，超声频率固定，不能根据清洗对象使用不同的模态进行有针对性清洗的问题，设计一种体积小、便于携带、可直接放入各类清洗容器中对不同的清洗对象使用不同的清洗模态进行清洗的可变频便携式超声波清洗器。

本发明的技术方案是：

一种可变频便携式超声波清洗器，它包括振动体1、第一压电陶瓷片2、正电极3、第二压电陶瓷片4、负电极5、基座6、电源盒7、电路板8、充电电池9和预紧力螺钉10，其特征是所述的振动体1、第一压电陶瓷片2、正电极3、第二压电陶瓷片4、负电极5和基座6通过预紧力螺钉10连接成一个能同时发生微变形并产生超声振动的整体结构，第一压电陶瓷片2和正电极3电气连接，第二压电陶瓷片4和负电极5电气连接；电源盒7与基座6相连，充电电池9、电路板8安装在电源盒7中；电路板8能产生不同频率的高频信号并施加到正电极3和负电极5，从而驱动第一压电陶瓷片2和第二压电陶瓷片4同时产生伸缩效应，激励浸没在清洗液中的振动体1产生共振，使振动体1工作在对应的变形模态下，向外释放不同的超声波，超声波激励附近的液体产生空化作用，空化后破碎的微气泡产生足够的能量将浸泡在液体中的目标物表面的污物清洗掉。

所述的振动体1由球体部分与柱体部分组成，球冠部分位于振动体不与第一压电陶瓷片2相接触的一端上，在柱体部分的表面设有使用产生模态变形，提高清洗效果的环形齿状结构。

所述的齿状结构的齿形为矩形齿、弧形齿、渐开线形齿、梯形齿或三角形中的一种或几种的组合。

所述的振动体的柱体部分的外形直径为35毫米，球体部分为半球体，球径为10毫米，齿状结构为矩形齿，数量为16个，均匀布置在柱体轴向上，矩形齿的齿宽为1毫米，齿间距为1毫米，齿高为2.5毫米。

振动体1在40Khz、70Khz和90Khz的驱动信号下产生不同的模态共振，从而产生40Khz、70Khz和90Khz三种超声波，这三种超声波分别对不同的清洗目标进行清洗，能提高清洗效率和清洗效果；在40Khz驱动信号下产生的模态为整体伸缩模态，即内部圆柱结构和外部齿状结构的伸缩状态一致，即产生整体伸长或者压缩；在70Khz驱动信号下产生的模态为内部圆柱压缩时，外部齿向球状头一侧翻出，内部圆柱伸长时外部齿向另外一侧收缩；在90Khz驱动信号下产生的模态为内部圆柱压缩时，外部齿从中间分为两部分分别向两端翻出，内部圆柱伸长时，外部齿同时从两端向中间收缩。

本发明的有益效果：

本发明的可变频率的便携式超声波清洗器具有结构紧凑，体积小，没有清洗箱体，放入任意水槽中打开开关即可产生超声波；同时通过调节开关可以调节电源产生的信号频率，从而改变清洗器的振动频率，进而改变清洗器产生的超声波频率。

本发明通过压电陶瓷片的伸缩变形激发振动体的伸缩变形，使得清洗器产生超声波，在液体中对目标进行清洗。主要实现了：

1、压电陶瓷片直接驱动振动体振动，在液体中产生超声波，实现了超声波清洗器的小型化。

2、振动体表面的齿状和凹槽结构有助于在液体中超声波的产生和对周围液体的超声空化作用。

3、通过改变电路板的驱动频率，使得振动体产生不同频率的振动模态，从而产生不同频率的超声波，可以针对不同的目标进行清洗，提高清洗效果。

本发明的便携式超超拔清洗器与传统超声波清洗机相比还具有以下特点：

1、传统的超声波清洗机虽然采用了超声换能器，但是是将超声换能器放置在储水槽侧面或者底部。超声换能器振动产生的超声波通过箱体传导至液体中然后对目标进行清洗，这样的传导过程中超声波会有衰减，清洗效率会下降。而本发明的便携式超声波清洗器是直接将换能器放置在液体中，通电后换能器产生的超声波直接在液体中传导，并产生空化作用，进而清洗目标。

2、传统的超声波清洗器一般采用的是固定频率的超声波对目标物进行清洗，而本发明的清洗器则是利用了振动体特殊的结构形式，分别在频率为40Khz、70Khz和90Khz左右的驱动信号下产生不同的模态共振，从而产生40Khz、70Khz和90Khz三种超声波，这三种超声波可以分别对不同的清洗目标进行清洗，提高了清洗效率和清洗效果。

3、本发明的振动体前端是圆弧型结构，减小了振动体在液体中振动时的阻力，同时周围有齿状结构，该结构不仅增加了液体与振动体的接触面积，同时保证了振动体在40Khz、70Khz和90Khz左右的驱动信号下产生40Khz、70Khz和90Khz对应的模态。

本发明体积小，携带方便，能在各种容器中实现即时清洗，填补了市场上此类产品的空白。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的实施例的振动体的尺寸结构示意图。

图3是40Khz左右的驱动频率下，振动体压缩状态下示意图。

图4是40Khz左右的驱动频率下，振动体伸长状态下示意图。

图5是70Khz左右的驱动频率下，振动体压缩状态下示意图。

图6是70Khz左右的驱动频率下，振动体伸长状态下示意图。

图7是90Khz左右的驱动频率下，振动体压缩状态下示意图。

图8是90Khz左右的驱动频率下，振动体压缩状态下示意图。

图9是可变频率的便携式超声波清洗器工作示意图。

图10是可变频率的便携式超声波清洗器工作流程图。

图中：1、振动体，2、第一压电陶瓷片,3、正电极，4、第二压电陶瓷片,5、负电极，6、基座，7、电源盒，8、电路板，9、充电电池，10、预紧力螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-10所示。

一种可变频便携式超声波清洗器，它包括振动体1、第一压电陶瓷片2、正电极3、第二压电陶瓷片4、负电极5、基座6、电源盒7、电路板8、充电电池9和预紧力螺钉10，所述的振动体1、第一压电陶瓷片2、正电极3、第二压电陶瓷片4、负电极5和基座6通过预紧力螺钉10连接成一个能同时发生微变形并产生超声振动的整体结构，第一压电陶瓷片2和正电极3电气连接，第二压电陶瓷片4和负电极5电气连接；电源盒7与基座6相连，充电电池9、电路板8安装在电源盒7中，如图1所示，所述的振动体1由球体部分与柱体部分组成，球冠部分位于振动体不与第一压电陶瓷片2相接触的一端上，在柱体部分的表面设有使用产生模态变形，提高清洗效果的环形齿状结构，所述的齿状结构的齿形可为矩形齿、弧形齿、渐开线形齿、梯形齿或三角形中的一种或几种的组合，其中优选矩形齿结构，图2是一个振动体的具体结构尺寸示意图，图2中，振动体1的柱体部分为圆柱体，圆柱体的外形直径为35毫米，球体部分为半球体，球径为10毫米，齿状结构为矩形齿，数量为16个，均匀布置在柱体轴向上，矩形齿的齿宽为1毫米，齿间距为1毫米，齿高为2.5毫米。本发明的电路板8能产生不同频率的高频信号并施加到正电极3和负电极5，从而驱动第一压电陶瓷片2和第二压电陶瓷片4同时产生伸缩效应，激励浸没在清洗液中的振动体1产生共振，使振动体1工作在对应的变形模态下，向外释放不同的超声波，如图9所示，超声波激励附近的液体产生空化作用，空化后破碎的微气泡产生足够的能量将浸泡在液体中的目标物表面的污物清洗掉。整个工作过程如图10所示。具体而言，振动体1能在40Khz、70Khz和90Khz的驱动信号下产生不同的模态共振，从而产生40Khz、70Khz和90Khz三种超声波，这三种超声波分别对不同的清洗目标进行清洗，能提高清洗效率和清洗效果。如图3、4所示，在40Khz驱动信号下产生的模态为整体伸缩模态，即内部圆柱结构和外部齿状结构的伸缩状态一致，即产生整体伸长或者压缩，同时向外释放频率为40Khz左右的超声波。如图5、6所示，在70Khz驱动信号下产生的模态为内部圆柱压缩时，外部齿向球状头一侧翻出，内部圆柱伸长时外部齿向另外一侧收缩，同时向外释放频率为70Khz左右的超声波。如图7、8所示，在90Khz驱动信号下产生的模态为内部圆柱压缩时，外部齿从中间分为两部分分别向两端翻出，内部圆柱伸长时，外部齿同时从两端向中间收缩，同时向外释放频率为90Khz左右的超声波。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。