本發(fā)明涉及超聲加工
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置和壓縮方法。
背景技術(shù)：
：隨著能源危機(jī)的問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，研究人員開始對(duì)纖維生物質(zhì)燃料進(jìn)行深入的研究，大力發(fā)展以農(nóng)作物秸稈、木屑、廢紙等纖維素生物質(zhì)(主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)為原料的第二代纖維素乙醇，而纖維素乙醇是被認(rèn)為最有發(fā)展前景的非糧食生物燃料之一。但是纖維素生物質(zhì)原料的收集、運(yùn)輸儲(chǔ)存、預(yù)處理等環(huán)節(jié)的技術(shù)障礙一直制約著纖維素燃料實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)?；a(chǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，中國(guó)專利《一種雙超聲同步壓縮纖維素生物質(zhì)裝置》(專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310333061.5)，公開了一種雙超聲同步壓縮纖維素生物質(zhì)裝置，包括模具、超聲組件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、施力機(jī)構(gòu)，其中超聲發(fā)生器與換能器相連，第一變幅桿的下端與換能器連接，超聲組件與外部導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和施力機(jī)構(gòu)相連，兩套超聲組件分別位于模具通孔兩端。而中國(guó)專利《棉稈芯生物質(zhì)壓縮燃料及其制備方法及棉稈的綜合利用方法》(專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010107878.7)公開了一種棉桿芯生物質(zhì)壓縮燃料，其中棉桿芯含量為85％～90％，燃料的壓縮密度為1100～1400kg/m3，松弛密度為700～900kg/m3，含水率為8％～12％，其制備方法是以含水率為12％以下的棉桿為原料，采用棉桿皮芯分離機(jī)進(jìn)行分離處理，將分離后的棉桿芯粉碎，然后進(jìn)行壓縮成型，壓縮成型時(shí)的壓力控制在70～100mpa，最后進(jìn)行冷卻、包裝以得到成品，其中分離得到的幅產(chǎn)物棉桿皮還可用于紡織和造紙，以實(shí)現(xiàn)棉桿的綜合利用。上述中國(guó)專利《一種雙超聲同步壓縮纖維素生物質(zhì)裝置》公開只是提出使用兩個(gè)超聲振子同步對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行超聲壓縮，并沒(méi)有提出如何控制超聲，因此不能做到有效地對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)控制。而中國(guó)專利《棉稈芯生物質(zhì)壓縮燃料及其制備方法及棉稈的綜合利用方法》提出采用分離機(jī)進(jìn)行處理，然后粉碎壓縮，最后冷卻，這樣會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)壓縮的致密性不一致，中間松兩端緊，或者個(gè)別的壓縮塊厚度質(zhì)量小，從而造成壓縮效率低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和工作可靠的多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置，本發(fā)明還提出一種使用多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置的控制方法，旨在對(duì)纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并提高壓縮效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置，包括頂部設(shè)有開口且中空的壓縮模具，所述壓縮模具上方設(shè)有超聲振子，所述超聲振子頂部設(shè)有壓縮筒與所述超聲振子外周面相連，所述壓縮筒頂部設(shè)有電機(jī)，所述電機(jī)的動(dòng)力輸出端向下且推動(dòng)所述壓縮筒和所述超聲振子上下運(yùn)動(dòng)，所述超聲振子底端與所述壓縮筒內(nèi)壁間隙配合移動(dòng)；所述超聲壓縮裝置還包括傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、超聲波發(fā)生器以及超聲壓縮控制器，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)與所述電機(jī)以及所述超聲壓縮控制器電連接，所述超聲波發(fā)生器同時(shí)與所述超聲振子以及所述超聲壓縮控制器電連接，所述超聲壓縮控制器還與設(shè)置于所述壓縮模具內(nèi)底面的所述傳感器電連接。優(yōu)選地，所述傳感器為壓力傳感器。優(yōu)選地，所述超聲壓縮裝置設(shè)有位移傳感器與所述超聲壓縮控制器電連接。本發(fā)明還提出一種使用所述的多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置的控制方法，包括以下步驟：1)所述超聲振子底端面從初始高度s0下降至生物質(zhì)頂面的初始高度s1，所述位移傳感器檢測(cè)所述超聲振子底端面未到達(dá)生物質(zhì)頂面初始高度s1，所述超聲振子底端面繼續(xù)向下移動(dòng)至生物質(zhì)頂面初始高度s1；2)若所述位移傳感器檢測(cè)所述超聲振子底端面繼續(xù)向下移動(dòng)至高度s2時(shí)，所述超聲壓縮控制器通過(guò)所述超聲波發(fā)生器控制所述超聲振子對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行恒振幅向下壓縮；若所述位移傳感器未檢測(cè)所述超聲振子底端面移動(dòng)至高度s2時(shí)，所述超聲振子底端面繼續(xù)向下移動(dòng)，所述壓力傳感器檢測(cè)生物質(zhì)受到壓力達(dá)到f1時(shí)，所述超聲壓縮控制器通過(guò)所述超聲波發(fā)生器控制所述超聲振子對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行恒功率向下壓縮，而所述壓力傳感器檢測(cè)生物質(zhì)受到壓力未達(dá)到f1時(shí)，所述超聲振子底端面繼續(xù)向下移動(dòng)至高度s2；3)所述超聲振子對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行恒振幅向下壓縮至高度s3時(shí)，所述超聲振子對(duì)生物質(zhì)以恒功率向下壓縮至所述壓力傳感器檢測(cè)生物質(zhì)受到壓力達(dá)到f2時(shí)，所述超聲振子停止向下壓縮生物質(zhì)并開始計(jì)時(shí)；若所述位移傳感器檢測(cè)所述超聲振子對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行恒振幅向下壓縮未至高度s3，則所述超聲振子繼續(xù)向下壓縮生物質(zhì)，當(dāng)所述壓力傳感器檢測(cè)生物質(zhì)受到壓力達(dá)到f2時(shí)，所述超聲振子停止向下壓縮生物質(zhì)并開始計(jì)時(shí)，而所述壓力傳感器檢測(cè)生物質(zhì)受到壓力未達(dá)到f2，則所述超聲振子以恒振幅對(duì)生物質(zhì)繼續(xù)向下壓縮；4)所述超聲振子停止向下壓縮生物質(zhì)并開始計(jì)時(shí)，所述超聲壓縮控制器計(jì)時(shí)到t1時(shí)，所述超聲壓縮控制器通過(guò)所述超聲波發(fā)生器控制所述超聲振子停止進(jìn)行超聲壓縮，所述超聲振子底端向上移動(dòng)至初始位置s0；若所述超聲壓縮控制器未能計(jì)時(shí)到t1，所述超聲壓縮控制器重新計(jì)時(shí)到t1。本發(fā)明技術(shù)方案采用具有多諧振頻率的單振子超聲振子對(duì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行超聲壓縮，可根據(jù)壓縮塊的致密性進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)纖維素生物質(zhì)比較疏松時(shí)采用低頻進(jìn)行超聲振動(dòng)壓縮，而纖維素生物質(zhì)比較致密時(shí)則采用高頻進(jìn)行超聲振動(dòng)壓縮，根據(jù)壓縮塊的致密性進(jìn)行調(diào)整，以保證超聲波的穿透性。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)改進(jìn)超聲電源控制策略，運(yùn)用脈寬調(diào)整的方法進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，使得占空比越大，輸出的超聲功率越大。通過(guò)檢測(cè)超聲振子的電流大小以改變占空比，使得震動(dòng)系統(tǒng)工作在恒功率輸出模式，以保證超聲壓縮的質(zhì)量。本發(fā)明技術(shù)方案針對(duì)纖維素生物質(zhì)不同壓縮階段，分別采用恒振幅和恒功率的控制方式，在最初振動(dòng)系統(tǒng)工作在恒振幅模式，使得生物質(zhì)快速成型，當(dāng)檢測(cè)到振子電流開始變小時(shí)，切換到恒功率輸出模式。上述工作方式可適用于不同的生物質(zhì)壓縮過(guò)程的不同階段，以滿足不同工作需求。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案采用多個(gè)諧振頻率，簡(jiǎn)化超聲壓縮裝置，可針對(duì)生物質(zhì)的致密度智能切換不同的超聲頻率，保證超聲波震動(dòng)效果，提高超聲波的穿透力。同時(shí)超聲電源的控制策略，能夠有效提高生物質(zhì)的壓縮質(zhì)量和效率，可應(yīng)用于其他動(dòng)態(tài)負(fù)載的超聲加工場(chǎng)合，具有極為廣泛應(yīng)用場(chǎng)景。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置的工作過(guò)程圖；圖3為本發(fā)明多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置的控制流程圖。附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：標(biāo)號(hào)名稱標(biāo)號(hào)名稱1電機(jī)5生物質(zhì)2壓縮筒6壓力傳感器3超聲振子7電機(jī)驅(qū)動(dòng)器31超聲振子工作端8超聲壓縮控制器4壓縮模具9超聲波發(fā)生器本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說(shuō)明，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。另外，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。另外，各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明提出一種多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置。請(qǐng)參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例的多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置，包括設(shè)有開口且中空的壓縮模具4，壓縮模具4上方設(shè)有超聲振子3，超聲振子3頂部設(shè)有壓縮筒2與超聲振子3外周面相連，壓縮筒3頂部設(shè)有電機(jī)1，電機(jī)1的動(dòng)力輸出端向下且推動(dòng)壓縮筒2和超聲振子3上下運(yùn)動(dòng)，超聲振子工作端31底端與壓縮筒2內(nèi)壁間隙配合移動(dòng)；超聲壓縮裝置還包括傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器7、超聲波發(fā)生器9以及超聲壓縮控制器8，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器7同時(shí)與電機(jī)1以及超聲壓縮控制器8電連接，超聲波發(fā)生器9同時(shí)與超聲振子3以及超聲壓縮控制器8電連接，超聲壓縮控制器8還與設(shè)置于壓縮模具4內(nèi)底面的傳感器電連接。本實(shí)施例中，傳感器為壓力傳感器6。本實(shí)施例中，超聲壓縮裝置設(shè)有位移傳感器與超聲壓縮控制器8電連接。請(qǐng)參見圖2和圖3，本發(fā)明還提出一種使用上述多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置的控制方法，包括以下步驟：1)超聲振子3底端面從初始高度s0下降至生物質(zhì)5頂面的初始高度s1，位移傳感器檢測(cè)超聲振子工作端31底端面未到達(dá)生物質(zhì)5頂面初始高度s1，超聲振子工作端底端面繼續(xù)向下移動(dòng)至生物質(zhì)頂面初始高度s1；2)若位移傳感器檢測(cè)超聲振子3底端面向繼續(xù)下移動(dòng)至高度s2時(shí)，超聲壓縮控制器8通過(guò)超聲波發(fā)生器9控制超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行恒振幅向下壓縮；若位移傳感器未檢測(cè)超聲振子3底端面移動(dòng)至高度s2時(shí)，超聲振子工作端31底端面繼續(xù)向下移動(dòng)，壓力傳感器6檢測(cè)生物質(zhì)5受到壓力達(dá)到f1時(shí)，超聲壓縮控制器8通過(guò)超聲波發(fā)生器9控制超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行恒功率向下壓縮，而壓力傳感器6檢測(cè)生物質(zhì)受到壓力未達(dá)到f1時(shí)，超聲振子工作端31底端面繼續(xù)向下移動(dòng)至高度s2；3)超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行恒振幅向下壓縮至高度s3時(shí)，超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5以恒功率向下壓縮至壓力傳感器6檢測(cè)生物質(zhì)5受到壓力達(dá)到f2時(shí)，超聲振子3停止向下壓縮生物質(zhì)并開始計(jì)時(shí)；若位移傳感器檢測(cè)超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行恒振幅向下壓縮未至高度s3，則超聲振子3繼續(xù)向下壓縮生物質(zhì)，當(dāng)壓力傳感器6檢測(cè)生物質(zhì)5受到壓力達(dá)到f2時(shí)，超聲振子3停止向下壓縮生物質(zhì)5并開始計(jì)時(shí)，而壓力傳感器6檢測(cè)生物質(zhì)5受到壓力未達(dá)到f2，則超聲振子3以恒振幅對(duì)生物質(zhì)5繼續(xù)向下壓縮；4)超聲振子3停止向下壓縮生物質(zhì)5并開始計(jì)時(shí)，超聲壓縮控制器8計(jì)時(shí)到t1時(shí)，超聲壓縮控制器8通過(guò)超聲波發(fā)生器9控制超聲振子3停止進(jìn)行超聲壓縮，超聲振子工作端31底端向上移動(dòng)至初始位置s0；若超聲壓縮控制器8未能計(jì)時(shí)到t1，超聲壓縮控制器8重新計(jì)時(shí)到t1。請(qǐng)參見圖1至圖3，本發(fā)明實(shí)施例多模多頻調(diào)制纖維素生物質(zhì)超聲壓縮裝置在工作時(shí)，首先通過(guò)位移傳感器檢測(cè)超聲振子工作端31底端面的初始高度并向超聲壓縮控制器8發(fā)送對(duì)應(yīng)信號(hào)，以作為相應(yīng)標(biāo)記初始高度s0。設(shè)置于超聲振子3上方的電機(jī)1向下輸出動(dòng)力，電機(jī)1通過(guò)壓縮筒2使得超聲振子3向下移動(dòng)。位移傳感器檢測(cè)超聲振子工作端31底端面是否已經(jīng)達(dá)到生物質(zhì)5頂面初始高度s1，若超聲振子工作端31底端面高度尚未到達(dá)生物質(zhì)5頂面的初始高度s1時(shí)，則電機(jī)1繼續(xù)向下驅(qū)動(dòng)，從而使得超聲振子工作端31底端面繼續(xù)向下移動(dòng)并移動(dòng)至生物質(zhì)5頂面初始高度s1。若位移傳感器檢測(cè)到超聲振子工作端31底端面繼續(xù)向下移動(dòng)至高度s2時(shí)，超聲壓縮控制器8通過(guò)超聲波發(fā)生器9控制超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行恒振幅向下壓縮；若位移傳感器未檢測(cè)到超聲振子工作端31底端面移動(dòng)至高度s2時(shí)，超聲振子底端面31繼續(xù)向下移動(dòng)，并且在超聲振子3繼續(xù)向下移動(dòng)的過(guò)程中，若設(shè)置于生物質(zhì)5下方的壓力傳感器6檢測(cè)到生物質(zhì)5所受到的壓力達(dá)到f1時(shí)，超聲壓縮控制器8通過(guò)超聲波發(fā)生器9控制超聲振子對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行恒功率向下壓縮；而壓力傳感器6檢測(cè)到生物質(zhì)受到的壓力未到達(dá)f1時(shí)，超聲振子3底端面繼續(xù)向下移動(dòng)至高度s2。超聲振子3以恒振幅方式對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行壓縮并直至高度s3時(shí)，超聲振子3接著對(duì)生物質(zhì)5以恒功率向下壓縮至壓力傳感器6檢測(cè)到生物質(zhì)5受到壓力達(dá)到f2時(shí)，超聲振子工作端31停止向下壓縮生物質(zhì)5并開始進(jìn)行計(jì)時(shí)。若位移傳感器檢測(cè)到超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行恒振幅向下壓縮未至高度s3時(shí)，則超聲振子工作端31底端面繼續(xù)向下壓縮生物質(zhì)5，當(dāng)壓力傳感器6檢測(cè)生物質(zhì)5受到的壓力值達(dá)到f2時(shí)，超聲振子3停止向下壓縮生物質(zhì)并開始計(jì)時(shí)，而壓力傳感器6檢測(cè)到生物質(zhì)5受到的壓力未達(dá)到f2時(shí)，則超聲振子3以恒振幅對(duì)生物質(zhì)5繼續(xù)向下壓縮。超聲振子3停止向下壓縮生物質(zhì)并開始計(jì)時(shí)后，超聲壓縮控制器8計(jì)時(shí)到t1時(shí)，超聲壓縮控制器8通過(guò)超聲波發(fā)生器控制超聲振子3停止進(jìn)行超聲壓縮，超聲振子3底端向上移動(dòng)至初始位置s0；若超聲壓縮控制器8未能計(jì)時(shí)到t1，超聲壓縮控制器8重新計(jì)時(shí)到t1。本發(fā)明采用具有多諧振頻率的單振子超聲振子3對(duì)生物質(zhì)5進(jìn)行超聲壓縮，可根據(jù)壓縮塊的致密性進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)纖維素生物質(zhì)比較疏松時(shí)采用低頻進(jìn)行超聲振動(dòng)壓縮，而纖維素生物質(zhì)比較致密時(shí)則采用高頻進(jìn)行超聲振動(dòng)壓縮，根據(jù)壓縮塊的致密性進(jìn)行調(diào)整，以保證超聲波的穿透性。本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)改進(jìn)超聲電源控制策略，運(yùn)用脈寬調(diào)整的方法進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，使得占空比越大，輸出的超聲功率越大。通過(guò)檢測(cè)超聲振子的電流大小以改變占空比，使得震動(dòng)系統(tǒng)工作在恒功率輸出模式，以保證超聲壓縮的質(zhì)量。本發(fā)明技術(shù)方案針對(duì)纖維素生物質(zhì)不同壓縮階段，分別采用恒振幅和恒功率的控制方式，在最初振動(dòng)系統(tǒng)工作在恒振幅模式，使得生物質(zhì)5快速成型，當(dāng)檢測(cè)到振子電流開始變小時(shí)，切換到恒功率輸出模式。上述工作方式可適用于不同的生物質(zhì)壓縮過(guò)程的不同階段，以滿足不同工作需求。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案采用多個(gè)諧振頻率，簡(jiǎn)化超聲壓縮裝置，可針對(duì)生物質(zhì)5的致密度智能切換不同的超聲頻率，保證超聲波震動(dòng)效果，提高超聲波的穿透力。同時(shí)超聲電源的控制策略，能夠有效提高生物質(zhì)的壓縮質(zhì)量和效率，可應(yīng)用于其他動(dòng)態(tài)負(fù)載的超聲加工場(chǎng)合，具有極為廣泛應(yīng)用場(chǎng)景。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的構(gòu)思下，利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12