專利名稱：低頻超聲霧化栽培器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的栽培設(shè)備，特指一種低頻超聲霧化栽培器。
背景技術(shù)：
霧化栽培即氣霧培是無土栽培技術(shù)中的一種新型模式。氣霧培是把植物的根 系完全置于由營養(yǎng)液形成的氣霧環(huán)境下進行生長、發(fā)育的一種栽培模式。它通過 霧化的水氣滿足植物根系對水肥的需求，并得到最充足的氧氣。根系在這種環(huán)境 下生長，沒有任何的機械阻力的影響，因而根系可以自由的伸展。它具有比其它 任何一種耕作方法生長更快、管理更方便、投工更小的特點，它將成為未來農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中的一種重要栽培方式。
霧化栽培器作為氣霧栽培的核心裝置，其性能直接影響氣霧栽培的效果。但 是目前為止，國內(nèi)外很少有文獻涉及其工作機理的研究。四川西昌學(xué)院2005年開 發(fā)了一種高頻超聲霧化栽培器，其工作頻率是1.65MHz。 [11高頻霧化是直接利用高 頻振蕩器產(chǎn)生的超聲波將液體霧化。超聲波的傳遞依照正弦曲線縱向傳播，即一 層強， 一層弱，依次傳遞。當弱的聲波信號作用于液體時，則會對液體產(chǎn)生一定 的負壓，因而液體內(nèi)部會出現(xiàn)大量空隙，同時分子間作用力遭到破壞，使液體分 散開來，實現(xiàn)液體的霧化。該種霧化方式產(chǎn)生的霧滴粒徑約在l(^m左右，若想產(chǎn) 生更細小的霧滴則需增大工作頻率，但工作頻率的增大需要減小壓電陶瓷片的厚 度，造成加工困難。
現(xiàn)有超聲霧化栽培器有如下不足-
1. 霧化量小。因為該型霧化器的換能器結(jié)構(gòu)為薄片，難以實現(xiàn)大功率，因而限 制了其霧化量。要加大霧化量，必須增加霧化器數(shù)量，成本顯著增加。
2. 超聲換能器的可靠性差。因為換能器結(jié)構(gòu)為金屬薄片，并且長期工作在高頻 振動狀態(tài)，極易產(chǎn)生疲勞斷裂。
3. 霧滴大小不可調(diào)，不利于研究根系生長與營養(yǎng)霧滴大小的關(guān)系。該型霧化器
的霧滴大小計算公式如式(1)。可以看出，工作頻率確定，其霧滴大小也確 定了。
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式(1)中，T為表面張力系數(shù)p為液體密度；f為聲波頻率。 4.難以產(chǎn)生超細霧滴。根據(jù)理論計算結(jié)果，要產(chǎn)生粒徑l微米的霧滴，換能器的 厚度為0.3mm，顯然這個厚度無論從制造角度，還是從強度可靠性考慮，都存 在很大問題
發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明旨在發(fā)明一種霧化量大、高可靠性、霧滴大小可調(diào)、可以產(chǎn)生超細霧 滴以及造價低廉的系列低頻超聲霧化栽培。
為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計了一種全新結(jié)構(gòu)的系列低頻超聲霧化栽培器，其驅(qū)動 頻率介于20K-IOOK赫茲，利用超聲噴頭將液體霧化。
本發(fā)明的工作原理是當液體噴射到一個快速振動的固體表面時，在固體表 面就會形成一層波狀液體薄膜。隨著固體振動幅度的增大，液膜表面波的振幅也 增大。當液膜表面波的振幅增大到一定值時，波的頂端就會變得不穩(wěn)定并破裂， 從固體表面噴射出大量細小的霧狀液滴。
本發(fā)明由超聲霧化器即霧化噴頭、動力泵、營養(yǎng)液箱、給液管道、回流管道、 玻璃槽、定植板等組成。所述的霧化噴頭實際上是一個共振裝置，它由夾在鈦金 屬外殼中的兩對壓電圓片組成，霧化面位于噴嘴出口處，調(diào)節(jié)懸浮間隙的金屬球 位于霧化面上，霧化面的結(jié)構(gòu)形式為雙曲面，流道一直延伸到霧化面，金屬球直 徑為4 79毫米。四個壓緊的壓電圓片作為高頻電源輸入的一極，金屬外殼作為 另一極。當兩極的極性隨高頻輸入信號往復(fù)變化時，壓電圓片就會以與輸入信號 相同的頻率發(fā)生振動，振動產(chǎn)生的超聲壓力波沿噴嘴軸向傳播，引起噴嘴端部發(fā) 生與輸入信號同頻率的振動。設(shè)計的噴嘴長度正好等于一個壓力波的波長，壓力 波在噴嘴兩個端面的來回反射造成壓力波的疊加和共振，形成標準波模式。由于 自由端的邊界條件限制，波峰位于噴嘴的兩個端面處。共振振幅的大小與外殼的 直徑有關(guān)，由于噴嘴出口端外殼的直徑變小，因而共振的振幅被放大，出口端振 幅遠遠大于入口端振幅，增大的幅度與噴嘴直徑的變化相等。根據(jù)霧化的需要，
壓力波振幅最少應(yīng)放大6 8倍，噴嘴出口端外殼的直徑為5 80毫米，噴嘴出口端 振動的振幅有0-10微米，并且霧化面的結(jié)構(gòu)形式為雙曲面。
在聚焦式超聲換能器的輻射聲場作用下，金屬球被懸浮起來，從而在聚焦式 超聲換能器的輻射面與金屬球形成一間隙。營養(yǎng)液霧滴在聚焦式超聲換能器的輻 射面處被曲面的超聲振動破碎霧化后，經(jīng)過球和聚焦式超聲換能器輻射面之間的 間隙擠出，實現(xiàn)二次霧化。只有0-6um大小的霧滴才能經(jīng)過該間隙，形成超細 霧滴。通過改變驅(qū)動電壓或球的密度，可改變球和聚焦式超聲換能器輻射面之間 的間隙，使營養(yǎng)液霧滴大小可調(diào)。同時，由于該霧化噴頭采用郎之萬夾心結(jié)構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、加工制造成本低、可以實現(xiàn)大功率，從而實現(xiàn)大霧化量。
綜上所述，本發(fā)明是一種霧化量大、高可靠性、霧滴大小可調(diào)、可以產(chǎn)生超 細霧滴以及造價低廉的系列低頻超聲霧化栽培器。


圖l為本發(fā)明提出的新型低頻超聲霧化噴頭。
圖2本發(fā)明所述的霧化栽培器基本結(jié)構(gòu)示意圖。 1、金屬球 2、霧化面 3、流道4、放大轉(zhuǎn)換 5、壓電圓片 6、高 頻輸入7、動力泵 8、營養(yǎng)液箱 9、回流管道 10、玻璃槽11、定 植孔 12、定植板 13、給液管道14、霧化噴頭 15、超聲信號發(fā)生器 16、支撐架
具體實施例方式
本發(fā)明是利用低頻超聲霧化原理開發(fā)的一種霧化栽培器，如圖2所示，它包 括動力泵7、營養(yǎng)液箱8、回流管道9、玻璃槽IO、定植孔ll、定植板12、給液 管道13、霧化噴頭14等。動力泵7—端與營養(yǎng)液箱9相連，另一端經(jīng)給液管道 13與霧化噴頭14相連，玻璃槽10底部經(jīng)回流管道9與營養(yǎng)液箱8相連，玻璃 槽10底鋪設(shè)彌霧管道并安裝朝上噴射的霧化噴頭14，上方設(shè)置定植板，為便于 觀察，采用玻璃槽作為氣霧培的栽培槽，玻璃槽的底面做成梯形形成高度差，以 利于營養(yǎng)液的回流與循環(huán)利用。在玻璃槽稍低洼的一端留置營養(yǎng)液回流孔以用于 營養(yǎng)液的回流與收集，并在孔口附近安裝一過濾網(wǎng)以防止孔堵塞，于槽底鋪設(shè)彌霧管道并安裝朝上噴射的霧化噴頭，然后扣置定植板，定植板上按栽培要求打定 植孔。建好栽培系統(tǒng)后再把營養(yǎng)液箱埋于土壤中，以利于穩(wěn)定溫度。安好營養(yǎng)箱 后，再配一動力泵作為營養(yǎng)液霧化循環(huán)泵，工作時營養(yǎng)液循環(huán)就由泵的啟動與關(guān) 閉來執(zhí)行。其中霧化噴頭14的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由夾在鈦金屬外殼中的兩對 壓電圓片組成，四個壓緊的壓電圓片作為高頻電源輸入的一極，金屬外殼作為另 一極；霧化面位于噴嘴出口處，霧化面的結(jié)構(gòu)形式為雙曲面，流道一直延伸到霧 化面，調(diào)節(jié)懸浮間隙的金屬球位于霧化面上，金屬球直徑為4 79毫米。霧化噴 頭14的噴嘴長度為一個壓力波的波長，噴嘴出口端外殼的直徑為5 80毫米， 霧化面的結(jié)構(gòu)形式為雙曲面。
權(quán)利要求
1.一種低頻超聲霧化栽培器，其包括動力泵(7)、營養(yǎng)液箱(8)、回流管道(9)、玻璃槽(10)、定植板(12)、給液管道(13)、霧化噴頭(14)，動力泵(7)一端與營養(yǎng)液箱(8)相連，另一端經(jīng)給液管道(13)與霧化噴頭(14)的流道相連，玻璃槽(10)底部經(jīng)回流管道(9)與營養(yǎng)液箱(8)相連，玻璃槽(10)底鋪設(shè)彌霧管道并安裝朝上噴射的霧化噴頭(14)，上方設(shè)置定植板(12)，其特征是所述霧化噴頭(14)由夾在鈦金屬外殼中的兩對壓電圓片組成，霧化面位于噴嘴出口處，調(diào)節(jié)懸浮間隙的金屬球(1)位于霧化面上，霧化面的結(jié)構(gòu)形式為雙曲面，金屬球(1)直徑為4-79毫米，四個壓緊的壓電圓片作為高頻電源輸入的一極，金屬外殼作為另一極；霧化噴頭(8)的噴嘴長度為一個壓力波的波長，噴嘴出口端外殼的直徑為5～80毫米。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻超聲霧化栽培器，其特征是作為氣霧栽培槽的玻 璃槽(10)的底面做成梯形形成高度差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻超聲霧化栽培器，其特征是在玻璃槽(10)低洼 的一端留置用于營養(yǎng)液的回流與收集的營養(yǎng)液回流孔，并在孔口附近安裝一 過濾網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明屬農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的栽培設(shè)備。其由超聲霧化器即霧化噴頭、動力泵、營養(yǎng)液箱、給液管道、回流管道、玻璃槽、定植板等組成。所述霧化噴頭由夾在鈦金屬外殼中的兩對壓電圓片組成，四個壓緊的壓電圓片作為高頻電源輸入的一極，金屬外殼作為另一極，霧化面位于噴嘴出口處，調(diào)節(jié)懸浮間隙的金屬球位于霧化面上，霧化面的結(jié)構(gòu)形式為雙曲面，流道一直延伸到霧化面，金屬球直徑為4～79毫米。霧化噴頭的噴嘴長度為一個壓力波的波長，噴嘴出口端振動的振幅有幾個微米。本發(fā)明通過改變球和聚焦式超聲換能器輻射面之間的間隙，使營養(yǎng)液霧滴大小可調(diào)。其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、加工制造成本低、可以實現(xiàn)大功率，從而實現(xiàn)大霧化量。
文檔編號A01G31/02GK101167438SQ20071019066
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者寧 任, 高建民 申請人:江蘇大學(xué)