專利名稱：具備多發(fā)射頭的超聲波粉碎機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及超聲波設(shè)備，尤其涉及一種具備多發(fā)射頭的超聲波粉碎機。
背景技術(shù)：
超聲波粉碎機是一種非常通用的實驗儀器。它能用于各種動植物細(xì)胞、病毒細(xì)胞、 細(xì)菌及組織的破碎，也可用于各類無機物質(zhì)的破碎重組。也可用來乳化、分離、勻化、提取、 消泡清洗及加速化學(xué)反應(yīng)等。該機已被廣泛用于生物化學(xué)、微生物學(xué)藥理學(xué)、物理學(xué)、動物 學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、制藥等領(lǐng)域的教學(xué)、科研、生產(chǎn)。然而，在使用中，這種儀器還存在兩點明顯 的不足。第一，一臺超聲波設(shè)備一般只能連接一個超聲波發(fā)射頭，只能適應(yīng)一種使用條件。 針對不同的使用要求，就需要拆卸更換不同的超聲波發(fā)射頭，很不方便。例如使用大小不同 的超聲波發(fā)射頭，或不同結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的超聲波發(fā)射頭。通常的超聲波粉碎機的超聲波振動 部分，是換能器直接連接發(fā)射頭，形成一個超聲波縱向振動發(fā)射系統(tǒng)。換能器產(chǎn)生超聲波振 動，發(fā)射頭放大超聲波振動，同時也把超聲波能量發(fā)射到液體中。在通常情況下，這種超聲 波振動是一種縱向振動，沿直線傳播，所以只能連接一個超聲波發(fā)射頭。為了同時對幾個容 器的物體同時處理，目前也有在一個超聲波變幅桿上同時裝上若干個發(fā)射頭的，但是這幾 個發(fā)射頭之間是平行的，都是向同一個方向振動。其次，現(xiàn)有的超聲波細(xì)胞粉碎機都是以恒功率這一種方式進(jìn)行功率加載的，也就 是說，只要在開機前設(shè)定好輸出功率，它就能夠在工作中持續(xù)保持輸出這個設(shè)定的功率，而 不管外界的負(fù)載如何變化。也就是說，當(dāng)外界負(fù)載(例如超聲波發(fā)射頭浸入液體的深度) 變化時，超聲波輸出的總功率保持恒定。在這種情況下，如果超聲波發(fā)射頭浸入液體的深度 發(fā)生變化，則它的有效輻射面積就發(fā)生變化。如果要維持發(fā)射頭的超聲波輸出的總功率保 持恒定，就不能夠保證超聲波功率輸出密度的恒定?；蛘哒f，在兩次不同的實驗間，或是同 一次實驗的前后時間里，除非能夠保持一切實驗條件都不變，才能夠保證超聲波功率輸出 密度的恒定。其實，這是很難做到的。因為超聲波輸出總功率，等于有效輻射面積與功率輸 出密度(即超聲波輸出聲強)乘積。在很多情況下，對實驗結(jié)果起主要影響作用的，是超聲 波的功率密度，而不是超聲波輸出的總功率。從超聲波發(fā)射和傳輸原理上說，粉碎機在液體中工作，發(fā)射頭的負(fù)載是就是液體。 液體的特性就決定了它承載的功率密度有一個不太高的上限值。由于空化作用的存在，普 通水的最大功率密度一般不會超過lOW/cm2。同樣的，超聲波發(fā)射頭的輸出功率密度也是有 限定的。所謂的恒功率狀態(tài)只是一廂情愿。所以，直徑小或輻射面積小的發(fā)射頭能夠發(fā)射 的超聲波功率，肯定比輻射面積大的發(fā)射頭小。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具備多發(fā)射 頭的超聲波粉碎機。[0007]為解決該技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種具備多發(fā)射頭的超聲波粉碎機，包括與驅(qū)動電源相連的超聲波換能器， 變幅桿通過超聲波輸入口連接至超聲波換能器，變幅桿上設(shè)有用于安裝發(fā)射頭的輸出接 口，所述變幅桿上的輸出接口有三個，分別安裝有一個發(fā)射頭；所述超聲波輸入口與三個輸 出接口呈平面正交分布。眾所周知，普通的超聲波變幅桿主要是作縱向振動，一般情況下也正是利用其縱 向振動。變幅桿的一端連接換能器，另一端連接發(fā)射頭。事實上，根據(jù)超聲波理論，變幅桿 在做縱向振動時，會同時存在其它模式的振動頻率。比如說橫向振動，切向振動，扭轉(zhuǎn)振動， 等等。只是那些頻率振動振幅很弱，對通常所需要的縱向振動影響很小。在這種情況下，變 幅桿的振動模式越單純，振動效率就越高。如果跳出傳統(tǒng)理論的框框，通過精心的設(shè)計和調(diào) 整，將變幅桿在作縱向振動的同時，其橫向振動頻率設(shè)計調(diào)整成與縱向振動頻率相同。即有 意識地讓橫向振動的幅度增強，使之振動強度與縱向振動盡可能接近。那么，這個超聲波橫 向振動也就有使用價值了，它既不會干擾超聲波縱向振動，還可以輸出比較大功率的超聲 波。而且，這個橫向振動是由同一個超聲波換能器激發(fā)的，不需要另外的振動源。這樣，一個 傳統(tǒng)的超聲波縱向振動變幅桿，變成一個同時具備橫向振動和縱向振動的復(fù)合變幅桿。該 變幅桿橫向振動的兩端都可以作為超聲波的輸出端。在這兩個輸出端上連接兩個縱向振動 超聲波發(fā)射頭，加上原來的一個縱向變幅桿，就構(gòu)成了一個完整的多發(fā)射頭的超聲波粉碎 機。作為一種改進(jìn)，所述三個輸出接口上安裝的發(fā)射頭的形狀或大小規(guī)格均各不相 同。三個發(fā)射頭的振動方式都是縱向振動，可以獨立工作。作為一種改進(jìn)，所述三個輸出接口上安裝的發(fā)射頭的直徑分別為2mm、5mm和 10mmo作為一種改進(jìn)，所述的驅(qū)動電源具有電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單 元，電流檢測單元和電流反饋單元分別與電流控制單元相連。本實用新型的有益效果是1、超聲波變幅桿同時連接3個不同方向的發(fā)射頭，三位一體的超聲波發(fā)射系統(tǒng)可 以任意選擇一個發(fā)射頭工作，根本就不需要拆卸的，直接就能夠拿來用，轉(zhuǎn)換非常方便。2、在對驅(qū)動電源進(jìn)行電流控制改造后，就可具有常規(guī)的恒功率控制和恒振幅控制 兩種功率控制模式，更符合生化處理過程的內(nèi)在要求，工作模式可以在開機前進(jìn)行設(shè)定。在 恒振幅控制模式下，當(dāng)外界負(fù)載(即超聲波發(fā)射頭浸入液體的深度)變化時，發(fā)射頭的功率 輸出密度(即超聲波輸出聲強)保持不變。

圖1是三個超聲波發(fā)射頭與換能器連接示意圖。圖2是驅(qū)動電源的原理框圖。圖中的附圖標(biāo)記為1驅(qū)動電源，2外殼，3超聲波換能器，4變幅桿，5第一發(fā)射頭，6第二發(fā)射頭，7第三 發(fā)射頭。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。根據(jù)超聲波傳播的理論，研發(fā)了具有一個超聲波輸入口、三個輸出接口的變幅桿 4，四個出入口呈平面正交分布。超聲波換能器3連接一個在輸入口上，再在變幅桿4的三 個輸出接口上分別連接三個不同特性的超聲波發(fā)射頭，即第一發(fā)射頭5，第二發(fā)射頭6，第 三發(fā)射頭7，三個輸出接口上安裝的發(fā)射頭的形狀或大小規(guī)格均各不相同。這個三位一體的 超聲波發(fā)射系統(tǒng)，各自獨立，可以任意選擇一個插入液體中發(fā)射超聲波。另外兩個超聲波發(fā) 射頭，既不受其影響，也不影響其工作。這樣，當(dāng)其他的超聲波粉碎機需要費力地拆卸發(fā)射 頭時，本實用新型根本就不需要拆卸，直接就能夠拿來用。本實用新型中，還對驅(qū)動電源1中的電路進(jìn)行恒振幅改進(jìn)，能夠確保超聲波系統(tǒng) 的輸出振幅不變。超聲波發(fā)射頭的振幅與超聲波換能器3的電流成正比的關(guān)系，如果能夠 維持超聲波換能器3的電流保持恒定，就能夠保證超聲波發(fā)射頭的振幅恒定。按照這一原 理設(shè)計了電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單元，電流檢測單元和電流反饋單元分 別與電流控制單元相連。當(dāng)超聲波換能器3的機械負(fù)載在額定范圍內(nèi)變化時，驅(qū)動電源1 通過電感、電容匹配元件來進(jìn)行升壓、分流等一系列功能，使其輸出給超聲波換能器3的電 流能始終保持一個恒定值，從而達(dá)到輸出振幅不變的要求。由于相關(guān)電路設(shè)計屬于通用技 術(shù)，對電路控制原理熟悉的技術(shù)人員均可輕易實現(xiàn)，故本實用新型對此不再贅述。在使用時，如果切斷驅(qū)動電源的電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單元，而 保留其他的頻率跟蹤電路、功率匹配電路、阻抗匹配電路，超聲波系統(tǒng)就工作在恒功率狀 態(tài)。在實際操作時，驅(qū)動電源的面板上可設(shè)置兩種工作方式的轉(zhuǎn)換鍵。只要在開機前 進(jìn)行簡單的設(shè)定，就能夠在工作中一直保持這種工作狀態(tài)。具體的實施例子20K超聲波粉碎機，最大功率1000W。驅(qū)動電源1的原理框圖見圖2。驅(qū)動電源的 面板上提供了兩種工作方式的轉(zhuǎn)換鍵。只要在開機前進(jìn)行簡單的設(shè)定，就能夠在工作中一 直保持這種工作狀態(tài)。在恒功率狀態(tài)下，可以設(shè)定功率的大小，以最大達(dá)到功率的百分比表 示。如30%，75%等等。在這種狀態(tài)下，設(shè)備不可以在空載情況下工作，最好是先插入液體 中，然后再開機。在恒振幅狀態(tài)下，可以設(shè)定振幅的大小，也是以達(dá)到最大振幅的百分比表示。如 35%，80%等等。在這種狀態(tài)下，設(shè)備完全可以在空載情況下工作，這時設(shè)備的負(fù)載很小，功 耗也很小，很安全。若需要插入液體中，可以隨時插入，功率也隨之增加，不必受開關(guān)機的限 制。如果超聲波發(fā)射頭浸入液體的深度發(fā)生變化，則它的有效輻射面積就發(fā)生變化。因為 發(fā)射頭的超聲波輸出功率密度保持恒定維持，故超聲波總功率輸出是變化的?；蛘哒f，在兩 次不同的實驗間，或是同一次實驗的前后時間里，超聲波功率輸出密度都是恒定的。這也就 是保證了實驗條件的恒定。本實施例中，超聲波換能器3使用杭州成功超聲設(shè)備有限公司的YP-5020-4D，最 大功率1000W，配直徑70mm的外殼。變幅桿4用不銹鋼制作，具有1個超聲波輸入口、3個 輸出接口的變幅桿，4個出入口呈交叉(近似平面正交)分布。上述超聲波換能器3直接連 接在輸入口上，再在變幅桿4的三個輸出接口上分別連接三個不同特性的鈦合金超聲波發(fā)射頭。發(fā)射頭直徑分別為2mm、5mm、10mm，對應(yīng)的最大功率分別為400W，600W，1000W。這樣
在使用時，可以不用更換超聲波發(fā)射頭，適應(yīng)于絕大部分超聲波粉碎的場合。 還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不 限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容 直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種具備多發(fā)射頭的超聲波粉碎機，包括與驅(qū)動電源相連的超聲波換能器，變幅桿通過超聲波輸入口連接至超聲波換能器，變幅桿上設(shè)有用于安裝發(fā)射頭的輸出接口，其特征在于，所述變幅桿上的輸出接口有三個，分別安裝有一個發(fā)射頭；所述超聲波輸入口與三個輸出接口呈近似平面正交的交叉分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波粉碎機，其特征在于，所述三個輸出接口上安裝的發(fā) 射頭的形狀或大小規(guī)格各不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波粉碎機，其特征在于，所述三個輸出接口上安裝的發(fā) 射頭的直徑分別為2mm、5mm和10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項中所述的超聲波粉碎機，其特征在于，所述的驅(qū)動電源 具有電流檢測單元、電流反饋單元和電流控制單元，電流檢測單元和電流反饋單元分別與 電流控制單元相連。
專利摘要本實用新型涉及一種超聲波設(shè)備，旨在提供一種具備多發(fā)射頭的超聲波粉碎機。該粉碎機包括與驅(qū)動電源相連的超聲波換能器，變幅桿通過超聲波輸入口連接至超聲波換能器，變幅桿上設(shè)有用于安裝發(fā)射頭的輸出接口，所述變幅桿上的輸出接口有三個，分別安裝有一個發(fā)射頭；所述超聲波輸入口與三個輸出接口呈平面正交分布。本實用新型中的超聲波變幅桿同時連接3個不同方向的發(fā)射頭，三位一體的超聲波發(fā)射系統(tǒng)可以任意選擇一個發(fā)射頭工作，根本就不需要拆卸的，直接就能夠拿來用，轉(zhuǎn)換非常方便。在對驅(qū)動電源進(jìn)行電流控制改造后，就可具有常規(guī)的恒功率控制和恒振幅控制兩種功率控制模式，更符合生化處理過程的內(nèi)在要求，工作模式可以在開機前進(jìn)行設(shè)定。
文檔編號B02C19/18GK201644188SQ2010201460
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者陳元平 申請人:陳元平