專利名稱：一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲霧化器，特指ー種農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中霧化栽培用的大霧化量的低頻超聲霧化噴頭。
背景技術(shù)：
霧化栽培也稱霧培或者霧化耕，它是讓植物的根系離開(kāi)基質(zhì)與水，完全置于氣霧環(huán)境下生長(zhǎng)發(fā)育的ー種新型栽培模式；霧化栽培中作物根系懸于空中，氧氣得以最大化供給，水、肥通過(guò)霧化方式提供，礦質(zhì)離子及水份的吸收得以充足的保證，根系處于最佳的水、氣、肥環(huán)境，使作物發(fā)揮出最大的生長(zhǎng)潛能。和傳統(tǒng)的霧化器(如氣水引射器、離心式噴霧機(jī)和低壓噴頭)相比，使用超聲霧化·器使植物生長(zhǎng)更快，目前國(guó)內(nèi)外常用的是噴頭工作頻率大于IMHZ的高頻超聲霧化栽培器，其存在以下缺點(diǎn)
(1)嗔頭結(jié)構(gòu)為薄片換能器，難以實(shí)現(xiàn)大功率；
(2)產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)液霧滴的粒徑譜太窄，難以滿足不同植物根系對(duì)于營(yíng)養(yǎng)的吸收要求；
(3)霧化性能受營(yíng)養(yǎng)液粘度影響較大；營(yíng)養(yǎng)液粘度大的時(shí)候，薄片換能器的振動(dòng)阻尼加大，嚴(yán)重影響其霧化效果；
(4)可靠性差；因?yàn)閲婎^結(jié)構(gòu)為金屬薄片，并長(zhǎng)期工作在高頻振動(dòng)狀態(tài)，極易產(chǎn)生疲勞斷裂。和高頻超聲霧化器相比，低頻超聲霧化器(工作頻率介于20K和100K赫茲之間)產(chǎn)生霧滴的寬粒徑譜特點(diǎn)使得其能產(chǎn)生適合根系生長(zhǎng)的超細(xì)營(yíng)養(yǎng)霧滴，但是由于采用的縱向振動(dòng)換能器其霧化方式為單端面霧化，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)大霧化量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于發(fā)明ー種具有寬粒徑譜、大霧化量、適合霧化栽培的低頻超聲霧化噴頭；為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)了一種基于超聲彎振換能器的雙端面低頻超聲霧化噴頭，其工作頻率介于20K和100K赫茲之間。一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭，包括緊固螺釘、墊片、換能器后蓋板；正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片、電極、橡膠套筒、反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片、換能器前蓋板和變幅桿；橡膠套筒套在緊固螺釘上、正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片和反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片套在橡膠套筒上，電極緊貼壓于電陶瓷半圓環(huán)片，緊固螺釘通過(guò)墊片將正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片和反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片壓緊在換能器前蓋板和換能器后蓋板之間，所述低頻超聲霧化噴頭的變幅桿設(shè)計(jì)成指數(shù)過(guò)度曲面，其特征在于變幅桿的前端兩側(cè)對(duì)稱固定有霧化端面，霧化端面的形狀為球缺形端面，所述球缺形端面的厚度d=
(ト吾)R，R為前端蓋的半徑，所述球缺形端面的圓心角為P大于90°并小于120。。
所述的換能器后蓋板和換能器前蓋板的材料為鈦合金。所述的低頻超聲霧化噴頭的長(zhǎng)度等于一個(gè)超聲壓力波的波長(zhǎng)長(zhǎng)度。本發(fā)明包括夾在換能器前蓋板和換能器后蓋板的兩對(duì)壓電陶瓷圓環(huán)片、變幅桿和兩個(gè)對(duì)稱布置的球缺形端面組成；本發(fā)明實(shí)際上是一個(gè)低頻超聲共振裝置，每個(gè)壓電陶瓷圓環(huán)片由極性相反的兩個(gè)壓電陶瓷半圓環(huán)片組成，四個(gè)壓緊的壓電陶瓷圓環(huán)片作為高頻逆變電源輸入的一極，金屬外殼作為另一極；當(dāng)兩極的極性隨輸入信號(hào)(信號(hào)頻率介于20K和100K赫茲之間)往復(fù)變化時(shí)，壓電陶瓷圓環(huán)片就會(huì)以與輸入信號(hào)相同的頻率發(fā)生彎曲振動(dòng)，在變幅桿的末端其彎曲振幅達(dá)到最大，因?yàn)榍蛉毙味嗣娴膹较蚬逃姓駝?dòng)頻率與變幅桿的一致(見(jiàn)超聲換能器設(shè)計(jì)/陳桂生編著；北京海洋出版社，1984)，從而在球缺形端面的頂點(diǎn)激發(fā)球缺形端面徑向諧振，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液噴射到霧化端面的時(shí)候，由于端面處于超聲振動(dòng)狀態(tài)，液體在固體表面會(huì)形成一層波狀液體薄膜，當(dāng)薄膜表面振幅增大到一定值時(shí)變發(fā)生破裂，從固體表面噴射出大量細(xì)小的霧滴；通過(guò)計(jì)算不同圓心角β (90° <β〈120° )的圓弧端面的固有頻率，可以設(shè)計(jì)出徑向振動(dòng)的固有頻率和輸入信號(hào)相一致的球缺形端面(見(jiàn)超聲換能器設(shè)計(jì)/陳桂生編著；北京海洋出版社，1984)，設(shè)計(jì)的低頻超聲霧化器長(zhǎng)度等于一個(gè)·壓力波的波長(zhǎng)，由于自由端邊界條件的限制，其中霧化端面在變幅桿的固定位置正好處于壓力波的波峰點(diǎn)。本發(fā)明專利和同類霧化器相比具有以下優(yōu)勢(shì)
I、用彎振換能器取代同類產(chǎn)品中的高頻薄片換能器(工作頻率大于IM赫茲)和低頻縱向振動(dòng)換能器(工作頻率介于20k_100k赫茲之間)，克服了原有產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)大霧化量、粒徑譜過(guò)窄以及可靠性差的缺點(diǎn)。2、和以往的低頻超聲霧化只有單個(gè)霧化面相比，本發(fā)明專利采用對(duì)稱分布的雙球
缺型的霧化端面，其中每個(gè)霧化面的面積S ;極大地提高了霧化量和霧化器的效
π率。


圖I 一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭裝配 圖2球缺形霧化端面結(jié)構(gòu)示意 圖3壓電陶瓷圓環(huán)片極化方向示意 圖4 一個(gè)高頻信號(hào)周期壓電陶瓷圓環(huán)片變形過(guò)程示意 圖中I、緊固螺釘；2、墊片；3、換能器后蓋板；4、正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片；5、電極；6、橡膠套筒；7、反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片；8、換能器前蓋板；9、變幅桿；10、球缺形端面；11、固雙頭對(duì)稱螺柱。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是基于彎振換能器的雙端面低頻超聲霧化器；如圖I所示，它包括緊固螺釘I、墊片2、換能器后蓋板3、四個(gè)正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片4、電極5、橡膠套筒6、四個(gè)反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片7、換能器前蓋板8、變幅桿9、兩個(gè)對(duì)稱布置的球缺形端面10、緊固雙頭對(duì)稱螺柱11 ;通過(guò)帶墊片2和絕緣套管6的緊固螺釘I將壓電陶瓷圓環(huán)片和電極5夾在換能器前蓋板8和后蓋板3之間。一共兩組壓電陶瓷圓環(huán)片，共計(jì)4個(gè)；每個(gè)壓電陶瓷圓環(huán)片由I個(gè)正向極化的和I個(gè)反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片組成，其極化方向如圖3所示正向極化壓電陶瓷半圓片的極化方向?yàn)閺淖笙蛴遥聪驑O化的壓電陶瓷半圓環(huán)片極化方向?yàn)閺挠彝?；?dāng)如圖4所示的一個(gè)高頻輸入信號(hào)輸入時(shí)，當(dāng)兩極的極性隨高頻信號(hào)往
復(fù)變化時(shí)，壓電陶瓷圓環(huán)片便發(fā)生與同輸入信號(hào)同頻率的彎曲振動(dòng)，在到一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)T=I^時(shí)，U=0，此時(shí)壓電圓環(huán)片無(wú)形變；當(dāng)10 CKt1時(shí)，U=Ue,此時(shí)正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片產(chǎn)生膨脹，反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片產(chǎn)生收縮丨當(dāng)？="^時(shí)，U=0，此時(shí)壓電陶瓷圓環(huán)片重新恢復(fù)無(wú)形變狀態(tài)<T< t2時(shí)，U=- 1 ,此時(shí)正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片產(chǎn)生
收縮變形，反向極化的壓電半圓環(huán)片產(chǎn)生膨脹變形；iT= t2時(shí)，U=0，此時(shí)壓電陶瓷半圓環(huán)
片重新恢復(fù)到無(wú)形變狀態(tài)；從而在一個(gè)周期換能器產(chǎn)生了一個(gè)彎曲變形，產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力通過(guò)前蓋板8將超聲壓力波傳遞到由緊固對(duì)稱雙頭螺柱10固定的兩個(gè)對(duì)稱分布的球缺形端面10，使得霧化端面隨輸入信號(hào)發(fā)生同頻率的徑向振動(dòng)；前蓋板8前端設(shè)計(jì)成指數(shù)過(guò)渡曲面，使霧化端面處的共振振幅遠(yuǎn)大于后蓋板3處的彎曲振動(dòng)振幅。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液噴射到霧化·面10通過(guò)緊固雙頭螺柱11固定于變幅桿一端的波峰點(diǎn)，進(jìn)而激發(fā)霧化端面10產(chǎn)生共振；
霧化端面10的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其形狀為具有一定厚度d (d (&y^)R)的圓心角為3
(90°〈P〈120° )的球缺形端面，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的P值可方便設(shè)計(jì)出徑向振動(dòng)頻率和輸入信號(hào)相同的霧化端面；在其上下表面沿對(duì)稱軸線各切削一個(gè)平面，便于加工通孔，霧化端面9由緊固對(duì)稱雙頭螺柱11固定于變幅桿一端的波峰點(diǎn)處。
權(quán)利要求
1.一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭，包括緊固螺釘、墊片、換能器后蓋板；正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片、電極、橡膠套筒、反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片、、換能器前蓋板和變幅桿；橡膠套筒套在緊固螺釘上、正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片和反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片套在橡膠套筒上，電極緊貼壓于電陶瓷半圓環(huán)片，緊固螺釘通過(guò)墊片將正向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片和反向極化的壓電陶瓷半圓環(huán)片壓緊在換能器前蓋板和換能器后蓋板之間，所述低頻超聲霧化噴頭的變幅桿設(shè)計(jì)成指數(shù)過(guò)度曲面，其特征在于變幅桿的前端兩側(cè)對(duì)稱固定有霧化端面，霧化端面的形狀為球缺形端面，所述球缺形端面的厚度
2.如權(quán)利要求I所述的一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭，其特征在于所述的換能器后蓋板和換能器前蓋板的材料為鈦合金。
3.如權(quán)利要求I所述的一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭，其特征在于所述的低頻超聲霧化噴頭的長(zhǎng)度等于一個(gè)超聲壓力波的波長(zhǎng)長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求I所述的一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭，其特征在于所述低頻超聲霧化噴頭的工作頻率介于20Κ和100Κ赫茲之間。
5.如權(quán)利要求I所述的一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭，其特征在于所述球缺形端面的徑向振動(dòng)頻率和高頻輸入信號(hào)的頻率相一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲霧化器，特指一種農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中霧化栽培用的大霧化量的低頻超聲霧化噴頭。本發(fā)明變幅桿的前端兩側(cè)對(duì)稱固定有霧化端面，霧化端面的形狀為球缺形端面，所述球缺形端面的厚度d=()R，R為前端蓋的半徑，所述球缺形端面的圓心角為β大于90°并小于120°。本發(fā)明專利采用對(duì)稱分布的雙球缺型的霧化端面，其中每個(gè)霧化面的面積S≈；極大地提高了霧化量和霧化器的效率。
文檔編號(hào)B05B17/06GK102784738SQ20121023301
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者劉昌鑑, 高建民 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)