專利名稱：一種大霧化量的低頻超聲霧化噴頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲霧化器，特指ー種農業工程領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：
霧化栽培也稱霧培或者霧化耕，它是讓植物的根系離開基質與水，完全置于氣霧環境下生長發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、肥通過霧化方式提供，礦質離子及水份的吸收得以充足的保證，根系處于最佳的水、氣、肥環境，使作物發揮出最大的生長潛能。和傳統的霧化器(如氣水引射器、離心式噴霧機和低壓噴頭)相比，使用超聲霧化·器使植物生長更快，目前國內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
(1)嗔頭結構為薄片換能器，難以實現大功率；
(2)產生的營養液霧滴的粒徑譜太窄，難以滿足不同植物根系對于營養的吸收要求；
(3)霧化性能受營養液粘度影響較大；營養液粘度大的時候，薄片換能器的振動阻尼加大，嚴重影響其霧化效果；
(4)可靠性差；因為噴頭結構為金屬薄片，并長期工作在高頻振動狀態，極易產生疲勞斷裂。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)產生霧滴的寬粒徑譜特點使得其能產生適合根系生長的超細營養霧滴，但是由于采用的縱向振動換能器其霧化方式為單端面霧化，因此無法實現大霧化量。
發明內容
本發明的目的在于發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；為實現上述目的設計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片、電極、橡膠套筒、反向極化的壓電陶瓷半圓環片、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片和反向極化的壓電陶瓷半圓環片套在橡膠套筒上，電極緊貼壓于電陶瓷半圓環片，緊固螺釘通過墊片將正向極化的壓電陶瓷半圓環片和反向極化的壓電陶瓷半圓環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計成指數過度曲面，其特征在于變幅桿的前端兩側對稱固定有霧化端面，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度等于一個超聲壓力波的波長長度。本發明包括夾在換能器前蓋板和換能器后蓋板的兩對壓電陶瓷圓環片、變幅桿和兩個對稱布置的球缺形端面組成；本發明實際上是一個低頻超聲共振裝置，每個壓電陶瓷圓環片由極性相反的兩個壓電陶瓷半圓環片組成，四個壓緊的壓電陶瓷圓環片作為高頻逆變電源輸入的一極，金屬外殼作為另一極；當兩極的極性隨輸入信號(信號頻率介于20K和100K赫茲之間)往復變化時，壓電陶瓷圓環片就會以與輸入信號相同的頻率發生彎曲振動，在變幅桿的末端其彎曲振幅達到最大，因為球缺形端面的徑向固有振動頻率與變幅桿的一致(見超聲換能器設計/陳桂生編著；北京海洋出版社，1984)，從而在球缺形端面的頂點激發球缺形端面徑向諧振，當營養液噴射到霧化端面的時候，由于端面處于超聲振動狀態，液體在固體表面會形成一層波狀液體薄膜，當薄膜表面振幅增大到一定值時變發生破裂，從固體表面噴射出大量細小的霧滴；通過計算不同圓心角β (90° <β〈120° )的圓弧端面的固有頻率，可以設計出徑向振動的固有頻率和輸入信號相一致的球缺形端面(見超聲換能器設計/陳桂生編著；北京海洋出版社，1984)，設計的低頻超聲霧化器長度等于一個·壓力波的波長，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。本發明專利和同類霧化器相比具有以下優勢
I、用彎振換能器取代同類產品中的高頻薄片換能器(工作頻率大于IM赫茲)和低頻縱向振動換能器(工作頻率介于20k_100k赫茲之間)，克服了原有產品無法實現大霧化量、粒徑譜過窄以及可靠性差的缺點。2、和以往的低頻超聲霧化只有單個霧化面相比，本發明專利采用對稱分布的雙球
缺型的霧化端面，其中每個霧化面的面積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球缺形霧化端面結構示意 圖3壓電陶瓷圓環片極化方向示意 圖4 一個高頻信號周期壓電陶瓷圓環片變形過程示意 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片；5、電極；6、橡膠套筒；7、反向極化的壓電陶瓷半圓環片；8、換能器前蓋板；9、變幅桿；10、球缺形端面；11、固雙頭對稱螺柱。
具體實施例方式本發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、四個正向極化的壓電陶瓷半圓環片4、電極5、橡膠套筒6、四個反向極化的壓電陶瓷半圓環片7、換能器前蓋板8、變幅桿9、兩個對稱布置的球缺形端面10、緊固雙頭對稱螺柱11 ;通過帶墊片2和絕緣套管6的緊固螺釘I將壓電陶瓷圓環片和電極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片，共計4個；每個壓電陶瓷圓環片由I個正向極化的和I個反向極化的壓電陶瓷半圓環片組成，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為從左向右，反向極化的壓電陶瓷半圓環片極化方向為從右往左；當如圖4所示的一個高頻輸入信號輸入時，當兩極的極性隨高頻信號往
復變化時，壓電陶瓷圓環片便發生與同輸入信號同頻率的彎曲振動，在到一個周期內，當T=I^時，U=0，此時壓電圓環片無形變；當10 CKt1時，U=Ue,此時正向極化的壓電陶瓷半圓環片產生膨脹，反向極化的壓電陶瓷半圓環片產生收縮丨當？="^時，U=0，此時壓電陶瓷圓環片重新恢復無形變狀態<T< t2時，U=- 1 ,此時正向極化的壓電陶瓷半圓環片產生
收縮變形，反向極化的壓電半圓環片產生膨脹變形；iT= t2時，U=0，此時壓電陶瓷半圓環
片重新恢復到無形變狀態；從而在一個周期換能器產生了一個彎曲變形，產生的彎曲應力通過前蓋板8將超聲壓力波傳遞到由緊固對稱雙頭螺柱10固定的兩個對稱分布的球缺形端面10，使得霧化端面隨輸入信號發生同頻率的徑向振動；前蓋板8前端設計成指數過渡曲面，使霧化端面處的共振振幅遠大于后蓋板3處的彎曲振動振幅。當營養液噴射到霧化·面10通過緊固雙頭螺柱11固定于變幅桿一端的波峰點，進而激發霧化端面10產生共振；
霧化端面10的結構如圖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，通過設計不同的P值可方便設計出徑向振動頻率和輸入信號相同的霧化端面；在其上下表面沿對稱軸線各切削一個平面，便于加工通孔，霧化端面9由緊固對稱雙頭螺柱11固定于變幅桿一端的波峰點處。
權利要求
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片、電極、橡膠套筒、反向極化的壓電陶瓷半圓環片、、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片和反向極化的壓電陶瓷半圓環片套在橡膠套筒上，電極緊貼壓于電陶瓷半圓環片，緊固螺釘通過墊片將正向極化的壓電陶瓷半圓環片和反向極化的壓電陶瓷半圓環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計成指數過度曲面，其特征在于變幅桿的前端兩側對稱固定有霧化端面，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度等于一個超聲壓力波的波長長度。
4.如權利要求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頻率和高頻輸入信號的頻率相一致。
全文摘要
本發明涉及超聲霧化器，特指一種農業工程領域中霧化栽培用的大霧化量的低頻超聲霧化噴頭。本發明變幅桿的前端兩側對稱固定有霧化端面，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°。本發明專利采用對稱分布的雙球缺型的霧化端面，其中每個霧化面的面積S≈；極大地提高了霧化量和霧化器的效率。
文檔編號B05B17/06GK102784738SQ20121023301
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月6日 優先權日2012年7月6日
發明者劉昌鑑, 高建民 申請人:江蘇大學