CN105562397B - 复合频率超声波清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家电清洗设备领域，特别是涉及复合频率超声波清洗装置，其包括：处理器、第一推挽电路至第三推挽电路、第一压电陶瓷片至第三压电陶瓷片；处理器分别通过第一推挽电路与第一压电陶瓷片连接，通过第二推挽电路与第二压电陶瓷片连接，通过第三推挽电路与第三压电陶瓷片连接。上述复合频率超声波清洗装置，通过处理器产生三路互不干扰、不同频率的超声波，且第一频率的超声波、第二频率的超声波和第三频率的超声波相互重合，使三者之间能最大限度地用各自的波峰补偿对方的波谷，以避免驻波现象，从而提高了清洗效率和清洗效果，且采用压电陶瓷片可有效地降低产品体积。

Description

复合频率超声波清洗装置

技术领域

本发明涉及家电清洗设备领域，特别是涉及复合频率超声波清洗装置。

背景技术

超声波(Ultrasound)是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20kHz。超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域，比如金属探伤、工件清洗等。根据功率大小可分为功率超声波和检测超声波。

功率超声波的清洁原理：在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗，其原理可用“空化”现象来解释。清洗效果和超声波在液体中产生的“空化”强度有密切的关系。

超声波通过振动在液体中传播，当其声波压强达到一个大气压时，超声波的功率密度约为0.35W/cm，这时在液体中传播的超声波的声波压强峰值就可以轻易达到真空或负压；但实际上是无负压现象存在的，因而在液体中产生一个很大的力，将液体分子拉裂成空洞(空化核)，此空洞为真空或非常接近真空。

此外，该空洞在信号电压(或超声波压强)值在下一个半周达到最大时，由于周围压力的增大而被压碎，此时液体分子激烈碰撞产生非常强大的冲击力，将被清洗物体表面的污物撞击下来。

这些无数细小而密集的气泡破裂时产生冲击波的现象被称之为“空化”作用。这种空化作用非常容易在固体与液体的交界处产生，因而对于浸入超声作用下的液体中的物体有超乎寻常的清洗作用。

另外，由于超声波具有很强的穿透固体的作用，可以穿透到被清洗物的另一侧表面，以及所有浸入介质中的内腔、盲孔、狭缝，将被清洗物表面附着的污垢剥落，达到较佳的清洗效果。

同时，超声波还有乳化中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附着在被清洗物件上。所以这种“空化”作用对浸入超声波作用下的液体中物体内外表面，例如管件、箱体件等均能得到清洗，这是超声波清洗优于其它清洗手段的重要方面。

目前，市场上的超声波清洗设备的主要器件是胶合在清洗容器底部的超声波振子，其在驱动电路的作用下产生固定频率的超声波振动，在水中传播的超声波产生空化的真空气泡，以对物体表面进行清洗。

然而，现有的超声波清洗设备往往具有如下缺陷：

1、单一的固定频率，换能器固定的振动频率，空化不够且容易行成驻波，导致清洁效果不佳。

2、采用大体积大功率的超声波换能器，变压器采用磁芯骨架结构，影响整个超声波清洗设备，使得其体积偏大。

3、清洗效率低下，在不同的水深中难以保持同样的清洗效率。

发明内容

基于此，有必要针对如何提高清洗效率和清洗效果以及如何降低产品体积等问题，提供一种复合频率超声波清洗装置。

一种复合频率超声波清洗装置，包括：处理器、第一推挽电路至第三推挽电路、第一压电陶瓷片至第三压电陶瓷片；

所述处理器分别通过所述第一推挽电路与所述第一压电陶瓷片连接，通过所述第二推挽电路与所述第二压电陶瓷片连接，通过所述第三推挽电路与所述第三压电陶瓷片连接；

所述第一压电陶瓷片用于产生第一频率的超声波，所述第二压电陶瓷片用于产生第二频率的超声波，所述第三压电陶瓷片用于产生第三频率的超声波。

在其中一个实施例中，还包括第一反馈电路至第三反馈电路；

所述处理器分别通过所述第一反馈电路与所述第一压电陶瓷片连接，通过所述第二反馈电路与所述第二压电陶瓷片连接，通过所述第三反馈电路与所述第三压电陶瓷片连接；

所述处理器分别根据所述第一反馈电路调整所述第一频率的超声波的功率，根据所述第二反馈电路调整所述第二频率的超声波的功率，根据所述第三反馈电路调整所述第三频率的超声波的功率。

在其中一个实施例中，还包括整流电路，所述整流电路的输出端分别与所述处理器、所述第一推挽电路、所述第二推挽电路、所述第三推挽电路连接。

在其中一个实施例中，所述第一推挽电路包括第一图腾柱电路、第二图腾柱电路、第一MOS管、第二MOS管和第一变压器；

所述第一图腾柱电路分别连接所述处理器和所述第一MOS管，所述第二图腾柱电路分别连接所述处理器和所述第二MOS管；

所述第一MOS管与所述第一变压器的直流输入端连接，所述第二MOS管与所述第一变压器的另一直流输入端连接，所述第一变压器还与所述第一压电陶瓷片连接。

在其中一个实施例中，所述第一变压器包括两直流输入端、交流输入端和两交流输出端，

所述第一MOS管与一所述直流输入端连接，所述第二MOS管与另一所述直流输入端连接，所述交流输入端用于连接外部交流电，

所述第一压电陶瓷片与两所述交流输出端形成回路。

在其中一个实施例中，所述第一压电陶瓷片与两所述交流输出端之间还串联有第一电感。

在其中一个实施例中，还包括本体，所述本体设置有凹槽和安装腔，所述凹槽用于容置液态水，

所述处理器、所述第一推挽电路至所述第三推挽电路、所述第一压电陶瓷片至所述第三压电陶瓷片设置于所述安装腔中。

在其中一个实施例中，所述第一压电陶瓷片、所述第二压电陶瓷片和所述第三压电陶瓷片均匀分布并抵接所述凹槽底部。

在其中一个实施例中，所述本体为一侧开口的中空圆柱体结构。

在其中一个实施例中，所述本体为中空一侧开口的正方体结构。

上述复合频率超声波清洗装置，通过处理器产生三路互不干扰、不同频率的超声波，且第一频率的超声波、第二频率的超声波和第三频率的超声波相互重合，使三者之间能最大限度地用各自的波峰补偿对方的波谷，以避免驻波现象，从而提高了清洗效率和清洗效果，且采用压电陶瓷片可有效地降低产品体积。

附图说明

图1为本发明一实施例复合频率超声波清洗装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例第一频率、第二频率和第三频率的超声波单独的波形示意图以及三者重合的波形示意图；

图3为本发明另一实施例复合频率超声波清洗装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例复合频率超声波清洗装置的电路结构示意图；

图5为本发明另一实施例复合频率超声波清洗装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1，其为本发明一实施例复合频率超声波清洗装置的结构示意图，复合频率超声波清洗装置10包括：处理器100、第一推挽电路210、第二推挽电路220、第三推挽电路230、第一压电陶瓷片310、第二压电陶瓷片320、第三压电陶瓷片330。

处理器100分别通过第一推挽电路210与第一压电陶瓷片310连接，通过第二推挽电路220与第二压电陶瓷片320连接，通过第三推挽电路230与第三压电陶瓷片330连接。

第一压电陶瓷片310用于产生第一频率的超声波，第二压电陶瓷片320用于产生第二频率的超声波，第三压电陶瓷片330用于产生第三频率的超声波。

第一频率的超声波、第二频率的超声波和第三频率的超声波相互重合，且第二频率的超声波的波峰和第三频率的超声波的波峰相异，并位于第一频率的超声波的相邻两波峰之间。

通过处理器产生三路互不干扰、不同频率的超声波，且第一频率的超声波、第二频率的超声波和第三频率的超声波相互重合，使三者之间能最大限度地用各自的波峰补偿对方的波谷，以避免驻波现象，从而提高了清洗效率和清洗效果，且采用压电陶瓷片可有效地降低产品体积。

需要说明的是，本发明中用来清洗产生的超声波是功率超声波，只需要进行发送，不需要接收回波。

为产生高精度的PWM(脉冲宽度调制)波形，例如，处理器100为脉冲宽度调制发生控制芯片。如此，通过脉冲宽度调制发生控制芯片以产生多种高精度超声波频率。

请参阅图2，其为本发明一实施例第一频率、第二频率和第三频率的超声波单独的波形示意图以及三者重合的波形示意图，可知，25K～28KHz频率的超声波具有空化强度高、清洗能力强等优点。

结合市场上主流的超声波振子的重心频率，本实施例中，第一频率的超声波f1采用26KHz，即通过处理器模拟出26KHz主频声波在液体介质中传播时，在深度方向形成驻波波形。

需要指出的是，波峰代表声压振幅最大处，也就是空化最强；而波谷则代表声压振幅最小处，即空化最弱处。在利用单一的超声波频率进行清洗时，处于波谷处的被清洗工件就得不到有效清洗。

因此，在确保主频声波波峰相对波谷的水平距离不变，也就是声波振幅不变的情况下，再通过处理器产生出第二频率、第三频率的超声波，并将第一频率、第二频率和第三频率的超声波重合在一起，使三者之间能最大限度地用各自的波峰补偿对方的波谷。

如此，通过软件模拟的方式将三种频率混合在一起后，几乎没有驻波现象的存在，极大地均匀了超声波声场在介质中分布的均匀性，提高了清洗效率和清洗效果。

请参阅图3，其为本发明另一实施例复合频率超声波清洗装置20的结构示意图，本实施例中，复合频率超声波清洗装置20还包括第一反馈电路410、第二反馈电路420和第三反馈电路430。

处理器100分别通过第一反馈电路410与第一压电陶瓷片310连接，通过第二反馈电路420与第二压电陶瓷片320连接，通过第三反馈电路430与第三压电陶瓷片330连接。

处理器100分别根据第一反馈电路410调整第一频率的超声波的功率，根据第二反馈电路420调整第二频率的超声波的功率，根据第三反馈电路430调整第三频率的超声波的功率。

可以理解，传统超声波电路的PWM占空比为固定值，在超声波清洗中，水的深度对超声波清洗装置的负载电流有影响，即水越深，负载越大。因此，在保持同样的空化和清洗效率时，需要的负载电流越大。

本实施例中，对负载电流进行采样，处理器根据各个反馈电路的反馈量调整PWM的占空比，从而实现了负载电流大小的调节，使得清洗装置在各类型的情境下都能产生稳定的超声波。

为便于供电，复合频率超声波清洗装置还包括整流电路。整流电路的输入端连接外部交流电。整流电路的输出端分别与处理器100、第一推挽电路210、第二推挽电路220、第三推挽电路230连接。

如此，通过整流电路为处理器100、第一推挽电路210、第二推挽电路220、第三推挽电路230供电，提高了超声波清洗装置工作的稳定性。

本实施例中，通过控制处理器100的控制，第一压电陶瓷片产生26KHz的第一频率的超声波，第二压电陶瓷片产生47KHz的第二频率的超声波，第三压电陶瓷片产生88KHz的第三频率的超声波。

请参阅图4，其为本发明一实施例复合频率超声波清洗装置的电路结构示意图，第一推挽电路210包括第一图腾柱电路211、第二图腾柱电路212、第一MOS管M11、第二MOS管M12和第一变压器T1。

第一图腾柱电路211分别连接处理器100和第一MOS管M11，第二图腾柱电路212分别连接处理器100和第二MOS管M12。

第一MOS管M11与第一变压器T1的直流输入端连接，第二MOS管M12与第一变压器T1的另一直流输入端连接，第一变压器T1还与第一压电陶瓷片310连接。

如图4所示，具体到本实施例中，第一图腾柱电路211包括NPN型三极管Q11、Q13，PNP型三极管Q12、Q14。Q11和Q12的基极相连并与处理器连接，Q11的发射极与Q12的发射极连接并与M11的G极连接。Q11的集电极接12V直流电源。Q12的集电极接地。

Q13和Q14的基极相连并与处理器连接，Q13的发射极与Q14的发射极连接并与M12的G极连接。Q13的集电极接12V直流电源。Q14的集电极接地。

M11的D极与第一变压器T1连接，S极接地。M12的D极与第一变压器T1连接，S极接地。第一变压器T1还与外部的火线L连接。

具体到本实施例中，第一变压器T1包括两直流输入端、交流输入端和两交流输出端，第一MOS管M11与一直流输入端连接，第二MOS管M12与另一直流输入端连接，交流输入端用于连接外部交流电。第一压电陶瓷片310与两交流输出端形成回路。一实施例中，第一压电陶瓷片310与两交流输出端之间还串联有第一电感L11。

需要说明的是，由于第二推挽电路220和第三推挽电路230的电路结构与第一推挽电路210的电路结构类似，故第二推挽电路220和第三推挽电路230的电路的具体的连接关系可参照图4，此处不再赘述。

请参阅图5，其为本发明另一实施例复合频率超声波清洗装置的结构示意图，复合频率超声波清洗装置还包括本体400。例如，本体400设置有凹槽410和安装腔420。本实施例中，凹槽410容置有液态水50。

处理器100、第一推挽电路210至第三推挽电路230、第一压电陶瓷片310至第三压电陶瓷片330设置于安装腔420中。

第一压电陶瓷片310、第二压电陶瓷片320和第三压电陶瓷片330均匀分布并抵接凹槽410底部。一实施例中，本体400为一侧开口的中空圆柱体结构。一实施例中，本体400为中空一侧开口的正方体结构。

下面以一个具体的清洗过程为例，对本发明作出进一步的说明：

首先，凹槽装入适量的水分，将需要清洗的家电设备放置在凹槽中，优选的，将家电设备的需要清洗的部分完全浸入液态水中。

然后，接通电源，启动处理器以使得第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、第三压电陶瓷片分别产生三路互不干扰、不同频率的超声波以对家电设备进行清洗。

最后，在超过预设的通电时间后，断开电源，拿出家电设备，清洗完成。

本发明的优点在于：通过处理器产生三路互不干扰、不同频率的超声波，且第一频率的超声波、第二频率的超声波和第三频率的超声波相互重合，使三者之间能最大限度地用各自的波峰补偿对方的波谷，以避免驻波现象，从而提高了清洗效率和清洗效果，且采用压电陶瓷片可有效地降低产品体积。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种复合频率超声波清洗装置，其特征在于，包括：处理器、第一推挽电路至第三推挽电路、第一压电陶瓷片至第三压电陶瓷片；

所述处理器为脉冲宽度调制发生控制芯片，所述处理器分别通过所述第一推挽电路与所述第一压电陶瓷片连接，通过所述第二推挽电路与所述第二压电陶瓷片连接，通过所述第三推挽电路与所述第三压电陶瓷片连接；

所述第一压电陶瓷片用于产生第一频率的超声波，所述第二压电陶瓷片用于产生第二频率的超声波，所述第三压电陶瓷片用于产生第三频率的超声波；

还包括第一反馈电路至第三反馈电路；

所述处理器分别通过所述第一反馈电路与所述第一压电陶瓷片连接，通过所述第二反馈电路与所述第二压电陶瓷片连接，通过所述第三反馈电路与所述第三压电陶瓷片连接；

所述处理器分别根据所述第一反馈电路调整所述第一频率的超声波的功率，根据所述第二反馈电路调整所述第二频率的超声波的功率，根据所述第三反馈电路调整所述第三频率的超声波的功率；

所述第一频率的超声波、所述第二频率的超声波和所述第三频率的超声波相互重合，且所述第二频率的超声波的波峰和所述第三频率的超声波的波峰相异，并位于所述第一频率的超声波的相邻两波峰之间。

2.根据权利要求1所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，还包括整流电路，所述整流电路的输出端分别与所述处理器、所述第一推挽电路、所述第二推挽电路、所述第三推挽电路连接。

3.根据权利要求2所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，所述第一推挽电路包括第一图腾柱电路、第二图腾柱电路、第一MOS管、第二MOS管和第一变压器；

所述第一图腾柱电路分别连接所述处理器和所述第一MOS管，所述第二图腾柱电路分别连接所述处理器和所述第二MOS管；

所述第一MOS管与所述第一变压器的直流输入端连接，所述第二MOS管与所述第一变压器的另一直流输入端连接，所述第一变压器还与所述第一压电陶瓷片连接。

4.根据权利要求3所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，所述第一变压器包括两直流输入端、交流输入端和两交流输出端，

所述第一MOS管与一所述直流输入端连接，所述第二MOS管与另一所述直流输入端连接，所述交流输入端用于连接外部交流电，

所述第一压电陶瓷片与两所述交流输出端形成回路。

5.根据权利要求4所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，所述第一压电陶瓷片与两所述交流输出端之间还串联有第一电感。

6.根据权利要求1所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，还包括本体，所述本体设置有凹槽和安装腔，所述凹槽用于容置液态水，

所述处理器、所述第一推挽电路至所述第三推挽电路、所述第一压电陶瓷片至所述第三压电陶瓷片设置于所述安装腔中。

7.根据权利要求6所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，所述第一压电陶瓷片、所述第二压电陶瓷片和所述第三压电陶瓷片均匀分布并抵接所述凹槽底部。

8.根据权利要求6所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，所述本体为一侧开口的中空圆柱体结构。

9.根据权利要求6所述的复合频率超声波清洗装置，其特征在于，所述本体为中空一侧开口的正方体结构。