一种新型超声波变幅杆装置的制作方法

本发明涉及超声波领域，更具体的说，它涉及一种新型超声波变幅杆装置。

背景技术：

超声波粉碎作为一种可以有效地得到细微粉体的机械粉碎方式已经越来越广地被应用到各个领域。在一些高强度地超声波应用场合，其所需要的振幅大约为几十至几百微米，因此需要利用一种放大器来放大超声波振幅，这种放大器就是超声波变幅杆，并能起到聚能的作用，可以对某些粉体进行进一步粉碎，从而得到符合实际应用的细微粉体，因此变幅杆的性能直接影响着超声波设备的优劣。

传统设计超声变幅杆的方法中不同形状函数变幅杆性能表达式复杂,计算和设计工作量都很大,尤其是复合多段变幅杆某些声学特性的研究较为困难。现在一般会使用计算解析法和表观弹性法，也会用到有限元分析软件ansys，对变幅杆进行模拟仿真，并对其得到的结果进行分析，通过对变幅杆的模态分析和参数优化，获得变幅杆的模态参数然后对变幅杆进行优化设计，使其更符合实际应用。

超声波的应用对于化学研究发展有很大的作用。90年代日本佐久良雄等人提出了夹心扭转换能器结构。随后又研发出了弯曲振动变幅杆和扭转振动变幅杆，扩大了工业应用范围。在大功率超声冷拔丝管等应用中出现了等厚度或变厚度的盘形或环形聚能器；在超声波焊接和切割中又研发出了大型块状变幅杆件。目前较多的是探针性的变幅器，但是效果并不是特别理想，所以对振幅器进行改良，成为一种趋势。

而在高声强超声应用中,如超声波加工、超声波焊接等应用中,目前有关超声波变幅杆的设计,方法包括传统解析方法、等效电路法、替代法(机械阻抗相等法)、传输矩阵法、有限元法和表观弹性法等等。但这些传统设计超声变幅杆的方法中变幅杆性能表达式复杂,计算和设计工作量都很大，以至于对变幅杆,尤其是复合多段变幅杆某些声学特性的研究较为困难。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种设计简单合理、结构稳定合理的一种新型超声波变幅杆装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种新型超声波变幅杆装置，所述变幅杆装置包括纵轴的固态细长体，所述纵轴的一端呈喇叭形为远端；

所述固态细长体采用能用超声波振动的材料；

所述固态细长体的标准长度为以所选超声频率通过该材料的超声波的单个波长，所述固态细长体的长度前后误差范围在标准长度的百分之一。

进一步的，所述固态细长体呈圆柱体状，所述远端直径为40mm。

进一步的，所述远端浸在超声液体中。

进一步的，所述变幅杆装置整体外形呈圆柱体。

进一步的，所述变幅杆装置的材料具有良好的声学性能、耐疲劳强度、高机械q值，密度和声损耗低，并且可以承受较大的振动频率幅度和振动幅度，为了提高变幅杆的声学性能，材料的锻造纤维方向和超声波的传递方向要相同，所述材料采用钛合金。

进一步的，所述变幅杆装置的另一端设置套接连接结构，所述套接连接结构呈圆柱体，该圆柱体直径为48mm，所述套接连接结构与固态细长体之间采用梯形圆柱过渡。

本发明相比现有技术优点在于：

1，本发明结构设计简单、合理，制作方便，实用性强，极易推广使用。

2，本发明的变幅杆的固态细长体的标准长度为以所选超声频率通过该材料的超声波的单个波长的长度，其固有振动频率和超声振动频率相等，也就使得变幅杆处于共振状态，从而可以使变幅杆的远端获得更大的振幅达到更好的震动效果。

3，本发明的变幅杆的固态细长体呈圆柱体状，使得对于函数变幅杆性能表达式变得便捷。

附图说明

图1为本发明一种新型超声波变幅杆装置的示意图；

图2为本发明一种新型超声波变幅杆装置的结构示意图；

图3为本发明一种新型超声波变幅杆装置的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种新型超声波变幅杆装置，所述变幅杆装置整体外形呈圆柱体。所述变幅杆装置包括纵轴的固态细长体，所述固态细长体呈圆柱体状，所述远端直径为40mm。所述纵轴的一端呈喇叭形为远端，另一端设置套接连接结构为近端。所述套接连接结构呈圆柱体，该圆柱体直径为48mm，所述套接连接结构与固态细长体之间采用梯形圆柱过渡。所述固态细长体采用能用超声波振动的材料。所述固态细长体的标准长度为以所选超声频率通过该材料的超声波的单个波长，所述固态细长体的长度前后误差范围在标准长度的百分之一。在这种情况下，所述变幅杆装置的固态细长体固有振动频率和超声振动频率相等，也就使得变幅杆装置处于共振状态，从而可以使变幅杆装置的远端获得更大的振幅达到更好的震动效果。此外材料会影响超声振动的能量的传递，不同材料的传递效果不同，因此所选用的材料需要具备如下特征，首先材料必须具有良好的声学性能、耐疲劳强度和机械q值高，密度和声损耗低，并且可以承受较大的振动频率幅度和振动幅度，为了提高变幅杆的声学性能，材料的锻造纤维方向和超声波的传递方向要相同。所述q值在电路中代表着谐振电路的品质因素，q值越高在一定的频偏下电流下降得越快，其谐振曲线越尖锐。也就是说电路的选择性是由电路的品质因素q所决定的，q值越高选择性越好。因此所述变幅杆装置采用钛合金材料。

实际使用中，所述变幅杆装置一端连接着超声波换能器，其远端浸在超声液体中，而所述变幅杆远端呈现喇叭状，是因为有利于增加超声波振动向像液体介质的传播。并且不同的变幅杆都有一个最好的频率值，变幅杆的形状等都会对频率产生一定的影响，而采用整体呈圆柱体，使得对于函数变幅杆性能表达式变得简洁，计算和设计工作量大大降低。

所述变幅杆可应用于多处领域，例如超声波处理污泥，可以加强处理的效果，减少污泥含水率。具体操作步骤如下：

1）酸化处理步骤：将需要处理的物体进行酸性环境下的浸泡处理，所述酸性环境的ph值在2-3。

2）芬顿处理步骤：对步骤1）得到处理的物体进行一定时间的芬顿反应处理即硫酸亚铁加上双氧水的浸泡处理。

3）超声波处理步骤：将步骤2）得到的进行所述变幅杆装置的超声波处理。

在和原来使用普通变幅杆进行超声处理比较后可以发现，在同样条件下处理后，使用新型的超声波变幅杆可以得到更好的脱水效果，这在处理污泥脱水时有很大的优势。同比处理效果增强了近一倍。

综上所述，超声波变幅杆把机械振动的质点位移或速度放大,并将超声能量集中在较小的面积上,即起到聚能作用，且超声波换能器辐射面上的振动幅度在超声频率20khz范围内能扩大到几十至几百微米，远超传统的几微米。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种新型超声波变幅杆装置，所述变幅杆装置包括纵轴的固态细长体，所述纵轴的一端呈喇叭形为远端；所述固态细长体采用能用超声波振动的材料；所述固态细长体的标准长度为以所选超声频率通过该材料的超声波的单个波长，所述固态细长体的长度前后误差范围在标准长度的百分之一；本发明提供了一种设计简单合理、结构稳定合理的一种新型超声波变幅杆装置。

技术研发人员：蔡美强;刘正文;陈元平;胡建强;罗德纹;鲁伟
受保护的技术使用者：浙江工商大学
技术研发日：2017.08.15
技术公布日：2017.12.08