專利名稱：一種彎曲振動式超聲棒的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲振動裝置，特別是一種彎曲振動式超聲棒， 是對傳統超聲提取等超聲化學裝置的改革創新，屬機電超聲技術領 域。
背景技術：
由于超聲波獨具的優良的物理特性，能促使動植物細胞組織消 晶、溶脹、破壁、膜組織透過能力提高，對動植物有效成份抽提效率 提高等，因此超、聲技術的應用也十分廣泛。例如超聲清洗、超聲焊 接、促使物料破乳或消晶、液相及漿料體系物料的細化、均勻混合、 超聲提取、超聲破碎、超聲乳化、超聲酒類陳化等。隨著農業生產中 超聲使用的增多，人們設計出各種超聲應用設備，例如現有用于清洗、 焊接的超聲裝置，均只利用超聲換能器或就在換能器的前置端加配一 個變幅桿，作為單支換能系統或多支布陣應用，生產上十分需要在有 限的面積空間中擴大功率效果。現時傳統的超聲換能裝置，由于其結 構組合上的缺陷，難于將換能器固有功率大幅度提升，從而限制了功 能優化發揮，阻礙了生產規模進展，也在某種程度上阻礙了超聲技術 在超聲化學、超聲焊接等領域的應用。 發明內容本發明的目的是提供一種彎曲振動式超聲棒，通過結構上的改造和創新及振動模式的選擇，能大幅度地提升換能器的固有功率，多方 面優化功能效應，可靈活應用于不同規模的超聲焊接、超聲常溫防爆 干燥、超聲分散、超聲動植物有效成份提取、超聲乳化及清洗等領域 中，效果顯著。 本發明所采取的技術方案一種彎曲振動式超聲棒，包括金屬振棒、變幅桿、換能器、前置 功能桿頭，其中金屬振棒的一端與前置功能桿頭相連接，其特征是在 金屬振棒上設置換能器組件，換能器組件通過變幅桿固定在金屬振棒 中心波節點位置或金屬振棒頂端位置。所述的換能器組件包括換能器、變幅桿、換能器前置塊與變幅桿 后端面相連接，變幅桿的前端面與金屬振棒專制面相連接，換能器通 過傳輸線與超聲發生器相連接。所述的金屬振棒的長度為1入波長(適效應配比波長)，直徑《 1/4入波長，金屬振棒中心波節點位于金屬棒的1/2入波長處，即金 屬棒長度的中點處。金屬振棒的橫截面可呈正方形、矩形、多邊形、 圓形等幾何形狀的實心棒或空心棒。所述的超聲換能器組件的長度為1入波長(適效應配比波長)， 即換能器與變幅桿結合的長度為1入波長。所述換能器組件設置在金屬振棒中心波節點專制平面或在棒頂 部平面，在金屬振棒中心波節點處相連接的換能器組件的中心軸線與 金屬振棒軸線相垂直，在金屬振棒頂部相連接的換能器組件的中心軸 線與金屬振棒軸線延長線相重合。在金屬振棒中心波節點位置上可設置1個或1個以上的換能器組 件，并構成換能器組合，換能器組合中各換能器組件中心軸線相垂直 或互相處于同一縱軸重合方向上，并處同一平面上，各換能器組件中 心軸線也與金屬振棒軸線互相垂直。本發明彎曲振動式超聲棒，分為幾種結構形式 在金屬振棒中心波節點處連接超聲換能器組件； 在金屬振棒中心波節點處及棒頂部均連接有超聲換能組件； 在金屬振棒中心波節點處連接二個或二個以上的超聲換能器組 件構成換能器組合。 本發明的特點-1、 大幅度提升換能器超聲功率，多方面優化功能效應，十分有 利于規模生產應用，有利于降低成本；2、 可靈活應用于不同規模的超聲焊接、超聲常溫防爆干燥、超 聲勻化、超聲分散、超聲動植物有效成份提取、超聲促進結晶、超聲 防垢除垢、超聲乳化及超聲清洗與超聲焊接等多個領域；3、 結構新穎、合理、牢固、效率高、使用壽命長。


圖1為本發明彎曲振動式超聲棒結構示意圖(單振子)； 圖2為本發明彎曲振動式超聲棒結構示意圖(雙振子)； 圖3為本發明彎曲振動式超聲棒結構示意圖(雙振子)； 圖4為本發明彎曲振動式超聲棒結構示意圖(三振子)； 圖5為本發明彎曲振動式超聲棒結構示意圖(四振子)；圖6為本發明彎曲振動式超聲棒結構示意圖(五振子)； 圖7為本發明彎曲振動式超聲棒應用示意圖。
具體實施方式
如圖1 7所示，圖1和圖2表示出單、雙振子彎曲振動超聲棒 的兩種較有代表性超聲振棒形式。在圖1中，超聲換能器1與變幅桿2結合成一波長(1入)的 換能器組件A,它垂直于擴功率前置金屬振棒3，通過變幅桿2的前 端面，緊密地吻接于3的中心波節點Q位的一專制平面處；擴功率 前置金屬振棒3的長度正好一波長(1入)，其棒中心點Q正好是半 波(1/2入)波節位，就圓棒言，其直徑在C《l/4入范圍，根據需要 可將擴功率前置金屬振棒3制成截面積為正方棒、矩形棒、多邊棒等 形式；擴功率前置金屬振棒3與超聲前置功能桿頭5相連接，其中棒 一端面設有螺線孔6，可通過接駁螺桿與金屬振棒3的前端面連結于 接觸面4，令3、 5棒桿的中心縱軸嚴密處于一條走向直線上；在圖2中，超聲換能器主體組件及其組合方式、尺寸參數均與圖 l中所示雷同，在這基礎上，再添加一個換能器組件A1，換能器l-l 與變幅桿2-1組合成1個波長(1入)的換能器組件Al，其變幅桿 2-1前端面與擴功率前置金屬振棒3的后端面緊密吻合于7，并同處 于棒桿中心縱軸上，令A、 Al兩換能器組件互相垂直，同時緊密吻 接于擴功率前置金屬棒3上，二處緊接面Q和7之間的距離為二分 之一波長(1/2入)。無論是圖1或圖2中的超聲波換能器組合與擴功率前置金屬振棒3的緊密接合方式，可以采用機械力緊緊壓貼或采用 接駁螺桿將兩者之間緊密連結。圖3~圖6等四個示意圖，表示出多振子彎曲振動超聲棒的四種 超聲振棒形式。在圖3中，主體組件及其組合方式、尺寸參數均與上述圖1所示 雷同，在這基礎上，再添加換能器組件A2，此A2為超聲換能器l-2 與變幅軒2-2組合的1個波長(1入)的換能器組件，其變幅桿2-2 的前端面與擴功率前置金屬振棒3的中心波節點Q,處在一個專制平 面緊密吻接，令A1、 A2兩換能器組件同處一中心軸方向上，同時緊 密吻接3的Q處，并同時垂直于擴功率前置金屬振棒3。在圖4中，主體組件及其組合方式、尺寸參數均與上述圖2和圖 3所示的綜合組合雷同。組構成一共有三個超聲換能器組件，即A1、 A2、 A3，其中A3的變幅桿2-3前端面與振棒3 —端面成軸縱向緊密 連接于接觸面7上，令A3與同軸向的換能器組件Al、 A2互相垂直。圖5和圖6，分別是擴功率前置金屬振棒3與超聲前置功能桿頭 5中心縱軸方向組成的延伸，同眼睛看的直接視線構成同一縱軸方向 的示意圖。圖5、圖6所示各有同時垂直于棒3四個超聲換能器組件 Al、 A2、 A3， A4,它們的變幅桿前端面均緊密吻接于棒3中心節點 Q處的四個專制平面上，有雙對超聲換能器組件分別構成縱軸方向直 線，另互旁兩超聲換能器組件之間構成互相垂直關系。圖6所示除具 有A1、 A2、 A3、 A4之外還有A5共有五個超聲換能器組件的綜合功 能系統，其主體組件尺寸參數和組構方式均與前諸項闡述雷同。經綜合經對圖1 6共六個視圖所示的闡述，己全面具體描述了本 發明彎曲振動式超聲棒的組構與關鍵參數特征，已明確述清本發明技 術方案的實現途徑。本發明彎曲振動式超聲棒，其超聲棒指的是擴功率前置金屬振棒3和超聲前置功能桿頭5的組合成桿棒狀的特性，其棒可以是實芯棒、 可以是空芯棒、可以是部分實芯而部分空芯的棒，制成成何種狀況， 應以生產實際需要而為，有的需要產生縱向波，有的需要產生橫向波， 有的需要縱向與橫向波配比共存，有的需要超聲作用的液相流動等 等，可依需要而設制。由于設制的需要，3、 5兩桿棒原接駁螺桿連 接端面4的接駁螺桿，可以改成3、 5兩桿棒直接由它們之間內外螺 桿孔關系連接方式實現連接。在本發明中，適當調整組構中超聲換能器的頻率、變幅桿的結構 參數形狀等，可以將超聲頻率制作成10KHZ至100KHZ之間的各級 頻率值，其獨個單支組件系統的功率可以制作成IOW至IOKW之間 的功率值，用以適應生產及規模大小的需要。本發明的多振子彎曲振動超聲棒，主要能產生較明顯強大功率的 橫波(如圖3所示)，若將超聲前置功能桿頭5插入被作用的液相物 料體系中，根據生產需要，可有效地進行均化、分散、動植物有效成 份提取、防垢除垢、乳化及清洗等空化效應作用。又如上述圖1與圖2所示的分別為單、雙振子彎曲振動超聲棒， 主要能分別產生較明顯強大功率的橫波和縱波，若將其裝設于超聲擠 塑的塑料加工及管道漿料流體的擠壓輸送生產，效果顯著。在圖7中，將傳統的一分二擠塑道M分流于壁外的位置8上，設置一個適中大 小凹裝位9;將本發明彎曲振動式超聲棒的擴功率前置金屬振棒3前 端面緊密地裝插入9處(這里的擠塑管道M分流壁外的8，取代了原 結構中的超聲前置功能桿頭5)，令超聲系統的擴功率前置金屬振棒3 所產生發射的縱向波，通過管道分流處剛性材料強有力地作用于管內 流動物料，可令漿料流動優化、暢順、減阻、加速、均勻、塑質成材 揉細、克服脆性、節能。若將本發明應用于焊接，將會發揮大功率的超聲焊接優勢，從而 拓展出一個嶄新的超聲焊接前沿課題，前程可觀。
權利要求
1. 一種彎曲振動式超聲棒，包括金屬振棒、變幅桿、換能器、前置功能桿頭，其中金屬振棒的一端與前置功能桿頭相連接，其特征是在金屬振棒上設置換能器組件，換能器組件通過變幅桿固定在金屬振棒中心波節點位置上或金屬振棒頂端位置。
2、 根據權利要求1所述的一種彎曲振動式超聲棒，其特征是換能器組件包括換能器、變幅桿、換能器前置塊與變幅桿的后端面相連接， 變幅桿的前端面與金屬振棒相連接，換能器通過傳輸線與超聲發生器 相連接。
3、 根據權利要求1所述的一種彎曲振動式超聲棒，其特征是金屬 振棒的長度為l入波長，金屬振棒直徑《l/4入波長，金屬振棒中心 波節點位于金屬棒的1/2入波長處，即金屬棒長度的中點處。
4、 根據權利要求1所述的一種彎曲振動式超聲棒，其特征是超聲 換能器組件的長度為1入波長，即換能器與變幅桿結合的長度為1個 波長。
5、 根據權利要求1所述的一種彎曲振動式超聲棒，其特征是金屬 振棒的橫截面可呈正方形、矩形、多邊形、圓形幾何形狀的實心棒或 空心棒。
6、 根據權利要求1所述的一種彎曲振動式超聲棒，其特征是在棒 中心波節點相連接的換能器組件的中心軸線與金屬振棒軸線相垂直， 在金屬振棒頂部相連接的換能器組件的中心軸線與金屬振棒軸線延長線相重合。
7、根據權利要求1所述的一種彎曲振動式超聲棒，其特征是在金 屬振棒中心波節點位置上可以設置1個以上的換能器組件，構成換能 器組合，各換能器組件中心軸線處于同一平面且相互垂直或互相處于 同一縱軸重合方向上，各換能器組件中心軸線也與金屬振棒軸線相垂 直。
全文摘要
本發明涉及一種彎曲振動式超聲棒，包括金屬振棒、變幅桿、超聲換能器、前置功能桿頭，其中金屬振棒的一端與前置功能桿頭相連接，其特點是在金屬振棒上設置換能器組件，換能器組件通過變幅桿固定在金屬振棒中心波節點位置上或金屬振棒頂部位置。金屬振棒的長度與換能器組件的長度相同，均為1個波長，在金屬振棒中心波節點位置可設置由多個換能器組件構成的換能器組合。本發明超聲棒能大幅度提升換能器超聲功率，多方面優化功能效應，十分有利于規模生產應用，有利于降低成本。本超聲棒可靈活應用于不同規模的超聲焊接、超聲常溫防爆干燥、超聲勻化、超聲分散、超聲動植物有效成份提取、超聲促進結晶、超聲防垢除垢、超聲乳化及超聲清洗等多個領域。
文檔編號B06B3/02GK101279317SQ20071002743
公開日2008年10月8日 申請日期2007年4月6日 優先權日2007年4月6日
發明者嚴卓晟, 嚴卓理, 嚴錦璇, 楊治中 申請人:廣州市新棟力超聲電子設備有限公司