專利名稱：具備多發射頭的超聲波粉碎機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及超聲波設備，尤其涉及一種具備多發射頭的超聲波粉碎機。
背景技術：
超聲波粉碎機是一種非常通用的實驗儀器。它能用于各種動植物細胞、病毒細胞、 細菌及組織的破碎，也可用于各類無機物質的破碎重組。也可用來乳化、分離、勻化、提取、 消泡清洗及加速化學反應等。該機已被廣泛用于生物化學、微生物學藥理學、物理學、動物 學、農學、醫學、制藥等領域的教學、科研、生產。然而，在使用中，這種儀器還存在兩點明顯 的不足。第一，一臺超聲波設備一般只能連接一個超聲波發射頭，只能適應一種使用條件。 針對不同的使用要求，就需要拆卸更換不同的超聲波發射頭，很不方便。例如使用大小不同 的超聲波發射頭，或不同結構和材質的超聲波發射頭。通常的超聲波粉碎機的超聲波振動 部分，是換能器直接連接發射頭，形成一個超聲波縱向振動發射系統。換能器產生超聲波振 動，發射頭放大超聲波振動，同時也把超聲波能量發射到液體中。在通常情況下，這種超聲 波振動是一種縱向振動，沿直線傳播，所以只能連接一個超聲波發射頭。為了同時對幾個容 器的物體同時處理，目前也有在一個超聲波變幅桿上同時裝上若干個發射頭的，但是這幾 個發射頭之間是平行的，都是向同一個方向振動。其次，現有的超聲波細胞粉碎機都是以恒功率這一種方式進行功率加載的，也就 是說，只要在開機前設定好輸出功率，它就能夠在工作中持續保持輸出這個設定的功率，而 不管外界的負載如何變化。也就是說，當外界負載(例如超聲波發射頭浸入液體的深度) 變化時，超聲波輸出的總功率保持恒定。在這種情況下，如果超聲波發射頭浸入液體的深度 發生變化，則它的有效輻射面積就發生變化。如果要維持發射頭的超聲波輸出的總功率保 持恒定，就不能夠保證超聲波功率輸出密度的恒定。或者說，在兩次不同的實驗間，或是同 一次實驗的前后時間里，除非能夠保持一切實驗條件都不變，才能夠保證超聲波功率輸出 密度的恒定。其實，這是很難做到的。因為超聲波輸出總功率，等于有效輻射面積與功率輸 出密度(即超聲波輸出聲強)乘積。在很多情況下，對實驗結果起主要影響作用的，是超聲 波的功率密度，而不是超聲波輸出的總功率。從超聲波發射和傳輸原理上說，粉碎機在液體中工作，發射頭的負載是就是液體。 液體的特性就決定了它承載的功率密度有一個不太高的上限值。由于空化作用的存在，普 通水的最大功率密度一般不會超過lOW/cm2。同樣的，超聲波發射頭的輸出功率密度也是有 限定的。所謂的恒功率狀態只是一廂情愿。所以，直徑小或輻射面積小的發射頭能夠發射 的超聲波功率，肯定比輻射面積大的發射頭小。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種具備多發射 頭的超聲波粉碎機。[0007]為解決該技術問題，本實用新型采用的技術方案是提供一種具備多發射頭的超聲波粉碎機，包括與驅動電源相連的超聲波換能器， 變幅桿通過超聲波輸入口連接至超聲波換能器，變幅桿上設有用于安裝發射頭的輸出接 口，所述變幅桿上的輸出接口有三個，分別安裝有一個發射頭；所述超聲波輸入口與三個輸 出接口呈平面正交分布。眾所周知，普通的超聲波變幅桿主要是作縱向振動，一般情況下也正是利用其縱 向振動。變幅桿的一端連接換能器，另一端連接發射頭。事實上，根據超聲波理論，變幅桿 在做縱向振動時，會同時存在其它模式的振動頻率。比如說橫向振動，切向振動，扭轉振動， 等等。只是那些頻率振動振幅很弱，對通常所需要的縱向振動影響很小。在這種情況下，變 幅桿的振動模式越單純，振動效率就越高。如果跳出傳統理論的框框，通過精心的設計和調 整，將變幅桿在作縱向振動的同時，其橫向振動頻率設計調整成與縱向振動頻率相同。即有 意識地讓橫向振動的幅度增強，使之振動強度與縱向振動盡可能接近。那么，這個超聲波橫 向振動也就有使用價值了，它既不會干擾超聲波縱向振動，還可以輸出比較大功率的超聲 波。而且，這個橫向振動是由同一個超聲波換能器激發的，不需要另外的振動源。這樣，一個 傳統的超聲波縱向振動變幅桿，變成一個同時具備橫向振動和縱向振動的復合變幅桿。該 變幅桿橫向振動的兩端都可以作為超聲波的輸出端。在這兩個輸出端上連接兩個縱向振動 超聲波發射頭，加上原來的一個縱向變幅桿，就構成了一個完整的多發射頭的超聲波粉碎 機。作為一種改進，所述三個輸出接口上安裝的發射頭的形狀或大小規格均各不相 同。三個發射頭的振動方式都是縱向振動，可以獨立工作。作為一種改進，所述三個輸出接口上安裝的發射頭的直徑分別為2mm、5mm和 10mmo作為一種改進，所述的驅動電源具有電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單 元，電流檢測單元和電流反饋單元分別與電流控制單元相連。本實用新型的有益效果是1、超聲波變幅桿同時連接3個不同方向的發射頭，三位一體的超聲波發射系統可 以任意選擇一個發射頭工作，根本就不需要拆卸的，直接就能夠拿來用，轉換非常方便。2、在對驅動電源進行電流控制改造后，就可具有常規的恒功率控制和恒振幅控制 兩種功率控制模式，更符合生化處理過程的內在要求，工作模式可以在開機前進行設定。在 恒振幅控制模式下，當外界負載(即超聲波發射頭浸入液體的深度)變化時，發射頭的功率 輸出密度(即超聲波輸出聲強)保持不變。
圖1是三個超聲波發射頭與換能器連接示意圖。圖2是驅動電源的原理框圖。圖中的附圖標記為1驅動電源，2外殼，3超聲波換能器，4變幅桿，5第一發射頭，6第二發射頭，7第三 發射頭。
具體實施方式
下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。根據超聲波傳播的理論，研發了具有一個超聲波輸入口、三個輸出接口的變幅桿 4，四個出入口呈平面正交分布。超聲波換能器3連接一個在輸入口上，再在變幅桿4的三 個輸出接口上分別連接三個不同特性的超聲波發射頭，即第一發射頭5，第二發射頭6，第 三發射頭7，三個輸出接口上安裝的發射頭的形狀或大小規格均各不相同。這個三位一體的 超聲波發射系統，各自獨立，可以任意選擇一個插入液體中發射超聲波。另外兩個超聲波發 射頭，既不受其影響，也不影響其工作。這樣，當其他的超聲波粉碎機需要費力地拆卸發射 頭時，本實用新型根本就不需要拆卸，直接就能夠拿來用。本實用新型中，還對驅動電源1中的電路進行恒振幅改進，能夠確保超聲波系統 的輸出振幅不變。超聲波發射頭的振幅與超聲波換能器3的電流成正比的關系，如果能夠 維持超聲波換能器3的電流保持恒定，就能夠保證超聲波發射頭的振幅恒定。按照這一原 理設計了電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單元，電流檢測單元和電流反饋單元分 別與電流控制單元相連。當超聲波換能器3的機械負載在額定范圍內變化時，驅動電源1 通過電感、電容匹配元件來進行升壓、分流等一系列功能，使其輸出給超聲波換能器3的電 流能始終保持一個恒定值，從而達到輸出振幅不變的要求。由于相關電路設計屬于通用技 術，對電路控制原理熟悉的技術人員均可輕易實現，故本實用新型對此不再贅述。在使用時，如果切斷驅動電源的電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單元，而 保留其他的頻率跟蹤電路、功率匹配電路、阻抗匹配電路，超聲波系統就工作在恒功率狀 態。在實際操作時，驅動電源的面板上可設置兩種工作方式的轉換鍵。只要在開機前 進行簡單的設定，就能夠在工作中一直保持這種工作狀態。具體的實施例子20K超聲波粉碎機，最大功率1000W。驅動電源1的原理框圖見圖2。驅動電源的 面板上提供了兩種工作方式的轉換鍵。只要在開機前進行簡單的設定，就能夠在工作中一 直保持這種工作狀態。在恒功率狀態下，可以設定功率的大小，以最大達到功率的百分比表 示。如30%，75%等等。在這種狀態下，設備不可以在空載情況下工作，最好是先插入液體 中，然后再開機。在恒振幅狀態下，可以設定振幅的大小，也是以達到最大振幅的百分比表示。如 35%，80%等等。在這種狀態下，設備完全可以在空載情況下工作，這時設備的負載很小，功 耗也很小，很安全。若需要插入液體中，可以隨時插入，功率也隨之增加，不必受開關機的限 制。如果超聲波發射頭浸入液體的深度發生變化，則它的有效輻射面積就發生變化。因為 發射頭的超聲波輸出功率密度保持恒定維持，故超聲波總功率輸出是變化的。或者說，在兩 次不同的實驗間，或是同一次實驗的前后時間里，超聲波功率輸出密度都是恒定的。這也就 是保證了實驗條件的恒定。本實施例中，超聲波換能器3使用杭州成功超聲設備有限公司的YP-5020-4D，最 大功率1000W，配直徑70mm的外殼。變幅桿4用不銹鋼制作，具有1個超聲波輸入口、3個 輸出接口的變幅桿，4個出入口呈交叉(近似平面正交)分布。上述超聲波換能器3直接連 接在輸入口上，再在變幅桿4的三個輸出接口上分別連接三個不同特性的鈦合金超聲波發射頭。發射頭直徑分別為2mm、5mm、10mm，對應的最大功率分別為400W，600W，1000W。這樣
在使用時，可以不用更換超聲波發射頭，適應于絕大部分超聲波粉碎的場合。 還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不 限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容 直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
權利要求一種具備多發射頭的超聲波粉碎機，包括與驅動電源相連的超聲波換能器，變幅桿通過超聲波輸入口連接至超聲波換能器，變幅桿上設有用于安裝發射頭的輸出接口，其特征在于，所述變幅桿上的輸出接口有三個，分別安裝有一個發射頭；所述超聲波輸入口與三個輸出接口呈近似平面正交的交叉分布。
2.根據權利要求1所述的超聲波粉碎機，其特征在于，所述三個輸出接口上安裝的發 射頭的形狀或大小規格各不相同。
3.根據權利要求1所述的超聲波粉碎機，其特征在于，所述三個輸出接口上安裝的發 射頭的直徑分別為2mm、5mm和10mm。
4.根據權利要求1至3任意一項中所述的超聲波粉碎機，其特征在于，所述的驅動電源 具有電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單元，電流檢測單元和電流反饋單元分別與 電流控制單元相連。
專利摘要本實用新型涉及一種超聲波設備，旨在提供一種具備多發射頭的超聲波粉碎機。該粉碎機包括與驅動電源相連的超聲波換能器，變幅桿通過超聲波輸入口連接至超聲波換能器，變幅桿上設有用于安裝發射頭的輸出接口，所述變幅桿上的輸出接口有三個，分別安裝有一個發射頭；所述超聲波輸入口與三個輸出接口呈平面正交分布。本實用新型中的超聲波變幅桿同時連接3個不同方向的發射頭，三位一體的超聲波發射系統可以任意選擇一個發射頭工作，根本就不需要拆卸的，直接就能夠拿來用，轉換非常方便。在對驅動電源進行電流控制改造后，就可具有常規的恒功率控制和恒振幅控制兩種功率控制模式，更符合生化處理過程的內在要求，工作模式可以在開機前進行設定。
文檔編號B02C19/18GK201644188SQ2010201460
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者陳元平 申請人:陳元平