【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电驱动，具体涉及一种多模式复合超声波清洗装置及其工作方法。
技术介绍
1、随着生物医学领域的迅猛发展，对医疗器械清洗设备的要求也逐渐提升，尤其是在精密元件的制造与维护过程中，如何实现高效、精准的清洁成为了一项关键技术挑战。传统的清洗方式，如化学清洗和机械摩擦，虽然有效，但往往存在清洗不均、表面损伤和效率低下的问题。
2、超声波清洗装置是一种基于压电效应和超声振动的超精密清洗设备，因其无表面损伤、清洁率高等特点，在高端生物实验仪器、医疗设备的清洁，特别是电子元器件的生产等领域具有极其广泛的应用。
3、现有的超声波清洗设备主要依赖于单一的振动模式，如驻波振动，难以满足多方位、多模式清洗需求。尤其在复杂形状的生物医疗器械和精密电子元件的清洗过程中，如何实现更高效、全面的清洁依然是一个技术难题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种多模式复合超声波清洗装置及其工作方法，本专利技术可靠性高、清洗效率高、振型多变、频率可控，通用性较好，易于推广，具有良好的经济效益。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种多模式复合超声波清洗装置，包括清洗仓、行波压电定子基体、驻波压电驱动模块以及具有相同结构且交替设置的第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块；
4、所述行波压电定子基体位于清洗仓的底部或者套设于清洗仓侧壁，对应第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块沿圆周位于行波压电定子基体
5、所述驻波压电驱动模块安装于清洗仓底部中心位置，所述驻波压电驱动模块由变幅杆、压电陶瓷片、电极片、后端盖和预紧螺栓组成，若干个压电陶瓷片套在变幅杆上，电极片分别布置在压电陶瓷片的两侧，所述后端盖套设在变幅杆的尾部，且由预紧螺栓拧紧。
6、进一步地，所述第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块的数量相同，其具体数量和所选用的行波压电定子基体的边长弯振模态的阶数相同，且第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块两者间的距离为所选弯振模态的π/2空间相位差的距离。
7、进一步地，当所述行波压电定子基体位于清洗仓的底部时，所述第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块与驻波压电驱动模块的结构相同，所述第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块沿圆周交替设置在行波压电定子基体的底部，行波压电定子基体的下表面与第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块的变幅杆前端通过螺柱连接，行波压电定子基体和变幅杆前端的连接处分别设置有用于螺纹连接的螺纹孔。
8、进一步地，所述第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块中的压电陶瓷片的数量为偶数片；相临的两片压电陶瓷片的极化方向相反放置，保证其连接面的电极相同；相邻两组压电驱动模块的整体极化方向相反。
9、进一步地，当所述行波压电定子基体位于清洗仓的侧壁时，所述清洗仓圆周方向壳体与行波压电定子基体的内表面固连，所述行波压电定子基体外表面与第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块的压电陶瓷通过粘胶连接。
10、进一步地，所述行波压电定子基体的形状与清洗仓相同，当行波压电定子基体为圆形时，第一行波压电驱动模块中的压电单元的极化方向按排序正、反交替布置，第二行波压电驱动模块中的压电单元的极化方向按排序正、负交替布置。
11、进一步地，当行波压电定子基体为方形时，第一行波压电驱动模块中的压电单元的极化方向按排序正、反交替布置，第二行波压电驱动模块中的压电单元的极化方向相同布置。
12、本专利技术还提供一种多模式复合超声波清洗装置的工作方法，根据需要选择利用行波压电定子基体和第一、第二行波压电驱动模块实现清洗仓产生旋转方向的行波振动，从而驱动清洗仓内液体产生旋转运动和行波振动；或者利用驻波压电驱动模块可以实现清洗仓底部产生纵向的驻波振动；或者驻波和行波压电驱动模块同时使用，利用行波声场产生的水流旋转、水域行波声场，利用驻波声场产生的水域驻波声场，使得行波声场、旋转和驻波声场进行复合作业，同时清洗水域中的元件。
13、进一步地，行波驱动包含如下过程：
14、s1、在顶部清洗仓内注入液体，并放置需清洗元件；
15、s2、对第一行波压电驱动模块中的正向电极压电陶瓷施加所用行波压电定子基体圆环弯振共振频率的第一简谐信号；对第二行波压电驱动模块中的正向电极压电陶瓷施加和所述第一简谐信号频率相同、电压相同、时间相位差π/2的第二简谐信号；
16、s3、第一、第二简谐信号的施加，会使行波压电定子基体上表面产生两个同阶的弯振模态，耦合后即可形成出同阶的弯振行波旋转模态，从而在水域中产生行波声场，利用行波声场可以驱动水流产生旋转，并可以利用行波声场对水域中的元件进行清洗；
17、其驻波驱动包含如下过程：
18、对驻波压电驱动模块中的正向电极压电陶瓷施加所用纵振或弯振共振频率的简谐信号，使其形成所需的纵向振动或弯向振动，从而在水域中产生纵振驻波声场，利用水域中的驻波声场即可实现对水域中元件的清洗。
19、进一步地，上述的行波压电驱动模块可以同时施加所用行波压电定子基体圆环弯振共振频率的第三简谐信号，所有行波压电定子驱动模块的激励信号频率相同、电压相同、相位差相同，从而激励出行波压电定子的某阶驻波振型；
20、对驻波压电驱动模块施加相同的第三简谐信号，此时在所有压电驱动模块同信号的激励下，可以形成所需的驻波振动，从而在水域中产生更强的驻波声场，利用水域中的驻波声场实现对元件的清洗。
21、本专利技术的有益效果在于：
22、1.本专利技术通过设置行波压电驱动模块，在其产生的行波振动的效果下，可以实现非接触的水域旋转和行波声场，实现多方位的旋转清洗作业，且当多层行波压电定子基体位于清洗仓的侧壁时可在清洗仓高度方向上产生均匀的行波振动，提高清洗效率；
23、2. 本专利技术由于采用行波和驻波压电驱动模块一体化设计，因此可以实现行波、水域旋转和驻波共同产生作用，进一步提高元件的清洁率和清洁效率；
24、3.本专利技术设置有多组互相独立的压电驱动模块，可以使装置实现同时更大声场的驻波激励，从而提高驻波清洗的效率。
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1.一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：包括清洗仓（1）、行波压电定子基体（2）、驻波压电驱动模块（10）以及具有相同结构且交替设置的第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）；
2.根据权利要求1所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）的数量相同，其具体数量和所选用的行波压电定子基体（2）的边长弯振模态的阶数相同，且第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）两者间的距离为所选弯振模态的π/2空间相位差的距离。
3.根据权利要求1所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：当所述行波压电定子基体（2）位于清洗仓（1）的底部时，所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）与驻波压电驱动模块（10）的结构相同，所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）沿圆周交替设置在行波压电定子基体（2）的底部，行波压电定子基体（2）的下表面与第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块的变幅杆前端通过螺柱连接，行波压电定子基体（2）和变幅杆（3）前
4.根据权利要求3所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）中的压电陶瓷片的数量为偶数片；相临的两片压电陶瓷片的极化方向相反放置，保证其连接面的电极相同；相邻两组压电驱动模块的整体极化方向相反。
5.根据权利要求1所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：当所述行波压电定子基体（2）位于清洗仓（1）的侧壁时，所述清洗仓（1）圆周方向壳体与行波压电定子基体（2）的内表面固连，所述行波压电定子基体（2）外表面与第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）的压电陶瓷通过粘胶连接。
6.根据权利要求5所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：所述行波压电定子基体（2）的形状与清洗仓（1）相同，当行波压电定子基体（2）为圆形时，第一行波压电驱动模块（8）中的压电单元的极化方向按排序正、反交替布置，第二行波压电驱动模块（9）中的压电单元的极化方向按排序正、负交替布置。
7.根据权利要求6所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：当行波压电定子基体（2）为方形时，第一行波压电驱动模块（8）中的压电单元的极化方向按排序正、反交替布置，第二行波压电驱动模块（9）中的压电单元的极化方向相同布置。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种多模式复合超声波清洗装置的工作方法，其特征在于：根据需要选择利用行波压电定子基体（2）和第一、第二行波压电驱动模块实现清洗仓产生旋转方向的行波振动，从而驱动清洗仓内液体产生旋转运动和行波振动；或者利用驻波压电驱动模块（10）可以实现清洗仓底部产生纵向的驻波振动；或者驻波和行波压电驱动模块同时使用，利用行波声场产生的水流旋转、水域行波声场，利用驻波声场产生的水域驻波声场，使得行波声场、旋转和驻波声场进行复合作业，同时清洗水域中的元件。
9.根据权利要求8所述的一种多模式复合超声波清洗装置的工作方法，其特征在于：行波驱动包含如下过程：
10.根据权利要求9所述的一种多模式复合超声波清洗装置的工作方法，其特征在于：上述的行波压电驱动模块可以同时施加所用行波压电定子基体（2）圆环弯振共振频率的第三简谐信号，所有行波压电定子驱动模块的激励信号频率相同、电压相同、相位差相同，从而激励出行波压电定子的某阶驻波振型；
...【技术特征摘要】
1.一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：包括清洗仓（1）、行波压电定子基体（2）、驻波压电驱动模块（10）以及具有相同结构且交替设置的第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）；
2.根据权利要求1所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）的数量相同，其具体数量和所选用的行波压电定子基体（2）的边长弯振模态的阶数相同，且第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）两者间的距离为所选弯振模态的π/2空间相位差的距离。
3.根据权利要求1所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：当所述行波压电定子基体（2）位于清洗仓（1）的底部时，所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）与驻波压电驱动模块（10）的结构相同，所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）沿圆周交替设置在行波压电定子基体（2）的底部，行波压电定子基体（2）的下表面与第一行波压电驱动模块、第二行波压电驱动模块的变幅杆前端通过螺柱连接，行波压电定子基体（2）和变幅杆（3）前端的连接处分别设置有用于螺纹连接的螺纹孔。
4.根据权利要求3所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：所述第一行波压电驱动模块（8）、第二行波压电驱动模块（9）中的压电陶瓷片的数量为偶数片；相临的两片压电陶瓷片的极化方向相反放置，保证其连接面的电极相同；相邻两组压电驱动模块的整体极化方向相反。
5.根据权利要求1所述的一种多模式复合超声波清洗装置，其特征在于：当所述行波压电定子基体（2）位于清洗仓（1）的侧壁时，所述清洗仓（1）圆周方向壳体与行波压电定子基体（2）的内表面固连，所述行波压电定子基体（...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚奇艳，李三强，王斓，毛龙飞，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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