專利名稱：超聲波輻射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲清洗和超聲乳化等其它超聲波液體處理技術(shù)，更具體地 說，涉及在液體中產(chǎn)生超聲波的一種超聲波輻射器。
背景技術(shù)：
目前，超聲波清洗和其它液體處理技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，它主要是通過 換能器產(chǎn)生高頻機(jī)械振動(dòng)，然后向液體中輻射超聲波，在液體中產(chǎn)生諸如"空 化作用"等物理效應(yīng)，達(dá)到對(duì)物品的清洗和處理目的。
對(duì)于酒瓶、試管等細(xì)長(zhǎng)管或深孔內(nèi)壁的清洗，要求超聲波輻射器能把聲波 有效地傳送到管或孔內(nèi)。目前，通常采用縱向振動(dòng)長(zhǎng)桿作為輻射器，作為輻射 面的只是其一個(gè)端面，因此輻射面積小，超聲振動(dòng)系統(tǒng)的電聲效率低。另外， 還要求輻射端面在整個(gè)清洗范圍內(nèi)移動(dòng)，所以清洗時(shí)間長(zhǎng)，操作不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述超聲波輻射器的缺 陷，提供一種輻射面積大、電聲效率高的超聲波輻射器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種超聲波輻射器，包 括一端或兩端設(shè)有換能器的輻射棒，所述輻射棒四周開有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽 包括兩個(gè)相對(duì)、能輻射出超聲波的環(huán)形輻射面。
在本發(fā)明所述超聲波輻射器中，所述環(huán)形槽中兩輻射面的軸向投影長(zhǎng)度均 小于或等于1/4超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度；所述環(huán)形槽中的兩輻射面之間的軸向 間距為(1/2+N)倍超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，其中N為非負(fù)整數(shù)且能保證所述
輻射棒上至少有一個(gè)環(huán)形槽。
在本發(fā)明所述超聲波輻射器中，所述環(huán)形槽為多個(gè)，且相鄰兩個(gè)環(huán)形槽之
間的間距為整數(shù)倍超聲波等效半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
在本發(fā)明所述超聲波輻射器中，所述環(huán)形槽中兩輻射面的軸向投影長(zhǎng)度均
小于或等于1/4超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，所述環(huán)形槽中的兩輻射面之間的軸向 間距為(1/4+N)倍超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，其中N為非負(fù)整數(shù)且能保證所述 輻射棒上至少有一個(gè)環(huán)形槽。
在本發(fā)明所述超聲波輻射器中，所述環(huán)形槽為多個(gè)，且相鄰兩個(gè)環(huán)形槽之 間的間距為M倍超聲波等效半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，其中M為大于2N的整數(shù)。
在本發(fā)明所述超聲波輻射器中，相鄰兩個(gè)所述環(huán)形槽之間的間距為一個(gè)超 聲波等效半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
在本發(fā)明所述超聲波輻射器中，所述環(huán)形槽的截面形狀為三角形或矩形或 梯形。
在本發(fā)明所述超聲波輻射器中，所述環(huán)形槽的兩輻射面為兩曲面。 實(shí)施本發(fā)明的超聲波輻射器，具有以下有益效果通過在輻射棒的四周開 設(shè)環(huán)形槽，每個(gè)環(huán)形槽均使該輻射棒增加了兩個(gè)輻射面，多個(gè)環(huán)形槽的設(shè)置使 得輻射器的總輻射面積增大，提高了電聲轉(zhuǎn)換效率，從而使得該超聲波輻射器 在同一位置上能夠同時(shí)對(duì)待處理物品的多處進(jìn)行處理，進(jìn)而縮短了處理時(shí)間， 提高了工作效率。由于對(duì)環(huán)形槽的設(shè)置位置進(jìn)行了選擇，使得同一環(huán)形槽中的 兩個(gè)輻射面的振動(dòng)基本反相，輻射出的超聲波形成的迭加聲場(chǎng)增強(qiáng)，從而使得 輻射器的輻射效果增強(qiáng)，其清洗和處理能力更強(qiáng)。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中 圖1是本發(fā)明超聲波輻射器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和振幅分布對(duì)應(yīng)的示意圖; 圖2是本發(fā)明超聲波輻射器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和振幅分布對(duì)應(yīng)的示意圖; 圖3是本發(fā)明超聲波輻射器第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和振幅分布對(duì)應(yīng)的示意圖; 圖4是本發(fā)明超聲波輻射器第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和振幅分布對(duì)應(yīng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的上半部分為本發(fā)明所述超聲波輻射器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖，其下半部分為振幅分布示意圖。如圖l上半部分所示，在本發(fā)明的超聲波
輻射器第一實(shí)施例中，包括輻射棒10和設(shè)置在所述輻射棒10 —端的換能器 20。其中，所述換能器20能夠給所述輻射棒10提供高頻機(jī)械振動(dòng)，也可以在 輻射棒10的兩端設(shè)置換能器。所述輻射棒10的橫截面形狀可以為圓形、矩形、 以及其他與待處理的細(xì)長(zhǎng)管或深孔壁形狀相適應(yīng)的形狀，該輻射棒10周圍開 設(shè)有多個(gè)環(huán)形槽30，所述環(huán)形槽30的截面形狀為梯形，包括兩個(gè)環(huán)形輻射面 31、32。使用時(shí)，輻射棒10在換能器20的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，利用超聲波的"空 化作用"實(shí)現(xiàn)對(duì)待處理細(xì)長(zhǎng)管或深孔壁的清洗，除輻射棒10的端面能輻射出 超聲波外，每個(gè)所述環(huán)形槽30的輻射面均能輻射出超聲波，提高了換能器20 的電聲轉(zhuǎn)換效率、增加了該超聲波輻射器的輻射范圍，使其在同一位置上能夠 同時(shí)清洗待處理物品的多處，進(jìn)而縮短了處理時(shí)間，提高了工作效率。
輻射器在換能器的高頻機(jī)械振動(dòng)下產(chǎn)生超聲波，如圖1所示，第一個(gè)環(huán)形 槽11的兩個(gè)輻射面在所述輻射棒10中心軸上的軸向投影分別為albl和cldl, 與其相鄰的第二個(gè)環(huán)形槽12中兩個(gè)輻射面的軸向投影分別為a2b2和c2d2。
如圖1下半部分所示為該超聲波輻射器的振幅分布，其一個(gè)周期的變換長(zhǎng)度正 好為一個(gè)超聲波等效波長(zhǎng)。albl輻射面和cldl輻射面的軸向投影長(zhǎng)度等于超 聲波等效波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度，第一個(gè)環(huán)形槽11中的兩個(gè)輻射面的間距alcl或 bldl正好等于超聲波等效波長(zhǎng)的1/2長(zhǎng)度，第二個(gè)環(huán)形槽12和其他環(huán)形槽中 的兩個(gè)輻射面同樣設(shè)置。將圖1的上半部分和下半部分對(duì)應(yīng)起來可以看出，在 某一時(shí)刻時(shí)，albl輻射面位于第一個(gè)1/4超聲波等效波長(zhǎng)的區(qū)域，其振動(dòng)方 向?yàn)檎?；cldl輻射面位于第三個(gè)1/4超聲波等效波長(zhǎng)的區(qū)域，其振動(dòng)方向?yàn)?負(fù)。由于這兩個(gè)輻射面相對(duì)設(shè)置，從而使得輻射出的超聲波迭加產(chǎn)生加強(qiáng)效應(yīng)， 產(chǎn)生更強(qiáng)的聲場(chǎng)，超聲波輻射器的輻射效果增強(qiáng)，其清洗和處理能力得到提高。 所述同一環(huán)形槽中的兩個(gè)向?qū)ΨQ的輻射面的軸向投影長(zhǎng)度也可以小于 1/4超聲波等效波長(zhǎng)，如圖4所示。在保證所述輻射棒10上至少有一個(gè)環(huán)形 槽30的前提下，所述同一環(huán)形槽中的兩個(gè)所述輻射面之間的軸向間距還可以
增加整數(shù)個(gè)超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。只要使得同一環(huán)形槽30中的兩個(gè)所述輻 射面之間的軸向間距為(1/2+N)倍超聲波等效波長(zhǎng)，其中N為零或正整數(shù)， 由于兩個(gè)輻射面正好對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻振動(dòng)方向相反，從而所述兩個(gè)輻射面發(fā)射的 超聲波疊加后，能增強(qiáng)該超聲波輻射器的輻射效果。
此時(shí)，還可以設(shè)置相鄰兩個(gè)環(huán)形槽之間的間距為超聲波等效波長(zhǎng)的M倍， 其中M為大于N的整數(shù)，保證了同一時(shí)刻不同環(huán)形槽中朝向相同的輻射面(如 圖1中的albl和a2b2、 cldl和c2d2)的振動(dòng)方向相同，而朝向相反的輻射 面(如圖1中的albl和c2d2、 cldl和a2b2)的振動(dòng)方向相反，從而減小了 不同環(huán)形槽中輻射面發(fā)射的超聲波相消的現(xiàn)象，使得該超聲波輻射器的輻射效 果更強(qiáng)。
圖2所示的上半部分為本發(fā)明所述超聲波輻射器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖，其下半部分為振幅分布示意圖。如圖2上半部分所示，在本發(fā)明的超聲波 輻射器第二實(shí)施例中，同樣包括輻射棒10和換能器20。與第一實(shí)施例所不同 的是環(huán)形槽30的設(shè)置。在第二實(shí)施例中，所述環(huán)形槽30的兩輻射面同樣相對(duì) 設(shè)置，其軸向投影長(zhǎng)度albl與blcl也均小于或等于超聲波等效波長(zhǎng)的1/4， 但這兩個(gè)輻射面之間的軸向間距設(shè)置為超聲波等效波長(zhǎng)的1/4，整個(gè)環(huán)形槽的 截面形狀為三角形。將圖2的上半部分和下半部分對(duì)應(yīng)起來可以看出，在某一 時(shí)刻時(shí)，albl輻射面位于第一個(gè)1/4超聲波等效波長(zhǎng)的區(qū)域，其振動(dòng)方向?yàn)?正；blcl輻射面位于第二個(gè)1/4超聲波等效波長(zhǎng)的區(qū)域，其振動(dòng)方向?yàn)樨?fù)。 因此，同樣可以使得輻射出的超聲波迭加后，輻射效果增強(qiáng)，提高其清洗和處 理能力。
在第二實(shí)施例中，同一環(huán)形槽30中兩個(gè)輻射面之間的軸向間距同樣可以 像第一實(shí)施例中一樣增加N個(gè)超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，在保證所述輻射棒10 上至少有一個(gè)環(huán)形槽的前提下所述N為非負(fù)整數(shù)，即同一環(huán)形槽中的兩個(gè)所述 輻射面之間的軸向間距為(1/4+N)倍超聲波等效波長(zhǎng)。
此時(shí)，可以設(shè)置相鄰兩個(gè)所述環(huán)形槽之間的間距為超聲波等效波長(zhǎng)的M/2 倍，其中M為大于2N的整數(shù)。這樣，在輻射棒10上一個(gè)換能器波長(zhǎng)的區(qū)域上 至少設(shè)有兩個(gè)所述的環(huán)形槽30，每個(gè)環(huán)形槽都能增強(qiáng)整個(gè)超聲波輻射器的輻 射效果，從而增強(qiáng)了該超聲波輻射器的整體輻射效果。
圖3所示的上半部分為本發(fā)明所述超聲波輻射器第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖，其下半部分為振幅分布示意圖。如圖3上半部分所示，在第三實(shí)施例中與 上述第一、二實(shí)施例所不同的是所述環(huán)形槽30中的兩個(gè)環(huán)形輻射面為相對(duì)的 兩個(gè)曲面。
上述實(shí)施例中每個(gè)所述環(huán)形槽30的截面形狀還可以是矩形或其他使得兩 個(gè)輻射面相互對(duì)稱的其他形狀，也可以是不相對(duì)稱的形狀，如一個(gè)輻射面的截 面形狀為直線，另一個(gè)輻射面的截面形狀為曲線。
權(quán)利要求
1、一種超聲波輻射器，包括一端或兩端設(shè)有換能器的輻射棒，其特征在于，所述輻射棒四周開有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽包括兩個(gè)相對(duì)、能輻射出超聲波的環(huán)形輻射面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲波輻射器，其特征在于，所述環(huán)形槽中兩輻 射面的軸向投影長(zhǎng)度均小于或等于1/4超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度；所述環(huán)形槽中 的兩輻射面之間的軸向間距為等于(1/2+N)倍超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，其中 N為非負(fù)整數(shù)且能保證所述輻射棒上至少有一個(gè)環(huán)形槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述超聲波輻射器，其特征在于，所述環(huán)形槽為多個(gè)， 且相鄰兩個(gè)環(huán)形槽之間的間距為整數(shù)倍超聲波等效半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲波輻射器，其特征在于，所述環(huán)形槽中兩輻 射面的軸向投影長(zhǎng)度均小于或等于1/4超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，所述環(huán)形槽中 的兩輻射面之間的軸向間距為(1/4+N)倍超聲波等效波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，其中N為 非負(fù)整數(shù)且能保證所述輻射棒上至少有一個(gè)環(huán)形槽。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述超聲波輻射器，其特征在于，所述環(huán)形槽為多個(gè)， 且相鄰兩個(gè)環(huán)形槽之間的間距為M倍超聲波等效半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，其中M為大于 2N的整數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述超聲波輻射器，其特征在于，相鄰兩個(gè)所述環(huán)形槽之間的間距為一個(gè)超聲波等效半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述超聲波輻射器，其特征在于，所述環(huán)形槽的截面形狀為三角形或矩形或梯形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述超聲波輻射器，其特征在于，所述環(huán) 形槽的兩輻射面為兩曲面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波輻射器，包括一端或兩端設(shè)有換能器的輻射棒，所述輻射棒開有許多環(huán)形槽，所述環(huán)形槽包括兩個(gè)相對(duì)的環(huán)形輻射面。當(dāng)棒在換能器激勵(lì)下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，這些輻射面即可輻射超聲波。由于輻射棒具有很多這樣的輻射面，所以輻射器總的輻射面積大，電聲轉(zhuǎn)換效率高。由于輻射器沿棒長(zhǎng)度方向均能輻射超聲波，所以能縮短處理時(shí)間、提高工作效率。通過合理設(shè)置所述環(huán)形槽中的兩個(gè)相對(duì)輻射面的尺寸和位置，使得這兩個(gè)輻射面的振動(dòng)基本反相位，這兩個(gè)輻射面輻射的超聲波所形成的迭加聲場(chǎng)增強(qiáng)，總的輻射效果好。
文檔編號(hào)B06B3/00GK101096030SQ200610061370
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者周光平, 梁召峰 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院