专利名称：具备多发射头的超声波粉碎机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超声波设备，尤其涉及一种具备多发射头的超声波粉碎机。
背景技术：
超声波粉碎机是一种非常通用的实验仪器。它能用于各种动植物细胞、病毒细胞、 细菌及组织的破碎，也可用于各类无机物质的破碎重组。也可用来乳化、分离、勻化、提取、 消泡清洗及加速化学反应等。该机已被广泛用于生物化学、微生物学药理学、物理学、动物 学、农学、医学、制药等领域的教学、科研、生产。然而，在使用中，这种仪器还存在两点明显 的不足。第一，一台超声波设备一般只能连接一个超声波发射头，只能适应一种使用条件。 针对不同的使用要求，就需要拆卸更换不同的超声波发射头，很不方便。例如使用大小不同 的超声波发射头，或不同结构和材质的超声波发射头。通常的超声波粉碎机的超声波振动 部分，是换能器直接连接发射头，形成一个超声波纵向振动发射系统。换能器产生超声波振 动，发射头放大超声波振动，同时也把超声波能量发射到液体中。在通常情况下，这种超声 波振动是一种纵向振动，沿直线传播，所以只能连接一个超声波发射头。为了同时对几个容 器的物体同时处理，目前也有在一个超声波变幅杆上同时装上若干个发射头的，但是这几 个发射头之间是平行的，都是向同一个方向振动。其次，现有的超声波细胞粉碎机都是以恒功率这一种方式进行功率加载的，也就 是说，只要在开机前设定好输出功率，它就能够在工作中持续保持输出这个设定的功率，而 不管外界的负载如何变化。也就是说，当外界负载(例如超声波发射头浸入液体的深度) 变化时，超声波输出的总功率保持恒定。在这种情况下，如果超声波发射头浸入液体的深度 发生变化，则它的有效辐射面积就发生变化。如果要维持发射头的超声波输出的总功率保 持恒定，就不能够保证超声波功率输出密度的恒定。或者说，在两次不同的实验间，或是同 一次实验的前后时间里，除非能够保持一切实验条件都不变，才能够保证超声波功率输出 密度的恒定。其实，这是很难做到的。因为超声波输出总功率，等于有效辐射面积与功率输 出密度(即超声波输出声强)乘积。在很多情况下，对实验结果起主要影响作用的，是超声 波的功率密度，而不是超声波输出的总功率。从超声波发射和传输原理上说，粉碎机在液体中工作，发射头的负载是就是液体。 液体的特性就决定了它承载的功率密度有一个不太高的上限值。由于空化作用的存在，普 通水的最大功率密度一般不会超过lOW/cm2。同样的，超声波发射头的输出功率密度也是有 限定的。所谓的恒功率状态只是一厢情愿。所以，直径小或辐射面积小的发射头能够发射 的超声波功率，肯定比辐射面积大的发射头小。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种具备多发射 头的超声波粉碎机。[0007]为解决该技术问题，本实用新型采用的技术方案是提供一种具备多发射头的超声波粉碎机，包括与驱动电源相连的超声波换能器， 变幅杆通过超声波输入口连接至超声波换能器，变幅杆上设有用于安装发射头的输出接 口，所述变幅杆上的输出接口有三个，分别安装有一个发射头；所述超声波输入口与三个输 出接口呈平面正交分布。众所周知，普通的超声波变幅杆主要是作纵向振动，一般情况下也正是利用其纵 向振动。变幅杆的一端连接换能器，另一端连接发射头。事实上，根据超声波理论，变幅杆 在做纵向振动时，会同时存在其它模式的振动频率。比如说横向振动，切向振动，扭转振动， 等等。只是那些频率振动振幅很弱，对通常所需要的纵向振动影响很小。在这种情况下，变 幅杆的振动模式越单纯，振动效率就越高。如果跳出传统理论的框框，通过精心的设计和调 整，将变幅杆在作纵向振动的同时，其横向振动频率设计调整成与纵向振动频率相同。即有 意识地让横向振动的幅度增强，使之振动强度与纵向振动尽可能接近。那么，这个超声波横 向振动也就有使用价值了，它既不会干扰超声波纵向振动，还可以输出比较大功率的超声 波。而且，这个横向振动是由同一个超声波换能器激发的，不需要另外的振动源。这样，一个 传统的超声波纵向振动变幅杆，变成一个同时具备横向振动和纵向振动的复合变幅杆。该 变幅杆横向振动的两端都可以作为超声波的输出端。在这两个输出端上连接两个纵向振动 超声波发射头，加上原来的一个纵向变幅杆，就构成了一个完整的多发射头的超声波粉碎 机。作为一种改进，所述三个输出接口上安装的发射头的形状或大小规格均各不相 同。三个发射头的振动方式都是纵向振动，可以独立工作。作为一种改进，所述三个输出接口上安装的发射头的直径分别为2mm、5mm和 10mmo作为一种改进，所述的驱动电源具有电流检测单元、电流反馈单元和电流控制单 元，电流检测单元和电流反馈单元分别与电流控制单元相连。本实用新型的有益效果是1、超声波变幅杆同时连接3个不同方向的发射头，三位一体的超声波发射系统可 以任意选择一个发射头工作，根本就不需要拆卸的，直接就能够拿来用，转换非常方便。2、在对驱动电源进行电流控制改造后，就可具有常规的恒功率控制和恒振幅控制 两种功率控制模式，更符合生化处理过程的内在要求，工作模式可以在开机前进行设定。在 恒振幅控制模式下，当外界负载(即超声波发射头浸入液体的深度)变化时，发射头的功率 输出密度(即超声波输出声强)保持不变。
图1是三个超声波发射头与换能器连接示意图。图2是驱动电源的原理框图。图中的附图标记为1驱动电源，2外壳，3超声波换能器，4变幅杆，5第一发射头，6第二发射头，7第三 发射头。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。根据超声波传播的理论，研发了具有一个超声波输入口、三个输出接口的变幅杆 4，四个出入口呈平面正交分布。超声波换能器3连接一个在输入口上，再在变幅杆4的三 个输出接口上分别连接三个不同特性的超声波发射头，即第一发射头5，第二发射头6，第 三发射头7，三个输出接口上安装的发射头的形状或大小规格均各不相同。这个三位一体的 超声波发射系统，各自独立，可以任意选择一个插入液体中发射超声波。另外两个超声波发 射头，既不受其影响，也不影响其工作。这样，当其他的超声波粉碎机需要费力地拆卸发射 头时，本实用新型根本就不需要拆卸，直接就能够拿来用。本实用新型中，还对驱动电源1中的电路进行恒振幅改进，能够确保超声波系统 的输出振幅不变。超声波发射头的振幅与超声波换能器3的电流成正比的关系，如果能够 维持超声波换能器3的电流保持恒定，就能够保证超声波发射头的振幅恒定。按照这一原 理设计了电流检测单元、电流反馈单元和电流控制单元，电流检测单元和电流反馈单元分 别与电流控制单元相连。当超声波换能器3的机械负载在额定范围内变化时，驱动电源1 通过电感、电容匹配元件来进行升压、分流等一系列功能，使其输出给超声波换能器3的电 流能始终保持一个恒定值，从而达到输出振幅不变的要求。由于相关电路设计属于通用技 术，对电路控制原理熟悉的技术人员均可轻易实现，故本实用新型对此不再赘述。在使用时，如果切断驱动电源的电流检测单元、电流反馈单元和电流控制单元，而 保留其他的频率跟踪电路、功率匹配电路、阻抗匹配电路，超声波系统就工作在恒功率状 态。在实际操作时，驱动电源的面板上可设置两种工作方式的转换键。只要在开机前 进行简单的设定，就能够在工作中一直保持这种工作状态。具体的实施例子20K超声波粉碎机，最大功率1000W。驱动电源1的原理框图见图2。驱动电源的 面板上提供了两种工作方式的转换键。只要在开机前进行简单的设定，就能够在工作中一 直保持这种工作状态。在恒功率状态下，可以设定功率的大小，以最大达到功率的百分比表 示。如30%，75%等等。在这种状态下，设备不可以在空载情况下工作，最好是先插入液体 中，然后再开机。在恒振幅状态下，可以设定振幅的大小，也是以达到最大振幅的百分比表示。如 35%，80%等等。在这种状态下，设备完全可以在空载情况下工作，这时设备的负载很小，功 耗也很小，很安全。若需要插入液体中，可以随时插入，功率也随之增加，不必受开关机的限 制。如果超声波发射头浸入液体的深度发生变化，则它的有效辐射面积就发生变化。因为 发射头的超声波输出功率密度保持恒定维持，故超声波总功率输出是变化的。或者说，在两 次不同的实验间，或是同一次实验的前后时间里，超声波功率输出密度都是恒定的。这也就 是保证了实验条件的恒定。本实施例中，超声波换能器3使用杭州成功超声设备有限公司的YP-5020-4D，最 大功率1000W，配直径70mm的外壳。变幅杆4用不锈钢制作，具有1个超声波输入口、3个 输出接口的变幅杆，4个出入口呈交叉(近似平面正交)分布。上述超声波换能器3直接连 接在输入口上，再在变幅杆4的三个输出接口上分别连接三个不同特性的钛合金超声波发射头。发射头直径分别为2mm、5mm、10mm，对应的最大功率分别为400W，600W，1000W。这样
在使用时，可以不用更换超声波发射头，适应于绝大部分超声波粉碎的场合。 还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不 限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容 直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
权利要求一种具备多发射头的超声波粉碎机，包括与驱动电源相连的超声波换能器，变幅杆通过超声波输入口连接至超声波换能器，变幅杆上设有用于安装发射头的输出接口，其特征在于，所述变幅杆上的输出接口有三个，分别安装有一个发射头；所述超声波输入口与三个输出接口呈近似平面正交的交叉分布。
2.根据权利要求1所述的超声波粉碎机，其特征在于，所述三个输出接口上安装的发 射头的形状或大小规格各不相同。
3.根据权利要求1所述的超声波粉碎机，其特征在于，所述三个输出接口上安装的发 射头的直径分别为2mm、5mm和10mm。
4.根据权利要求1至3任意一项中所述的超声波粉碎机，其特征在于，所述的驱动电源 具有电流检测单元、电流反馈单元和电流控制单元，电流检测单元和电流反馈单元分别与 电流控制单元相连。
专利摘要本实用新型涉及一种超声波设备，旨在提供一种具备多发射头的超声波粉碎机。该粉碎机包括与驱动电源相连的超声波换能器，变幅杆通过超声波输入口连接至超声波换能器，变幅杆上设有用于安装发射头的输出接口，所述变幅杆上的输出接口有三个，分别安装有一个发射头；所述超声波输入口与三个输出接口呈平面正交分布。本实用新型中的超声波变幅杆同时连接3个不同方向的发射头，三位一体的超声波发射系统可以任意选择一个发射头工作，根本就不需要拆卸的，直接就能够拿来用，转换非常方便。在对驱动电源进行电流控制改造后，就可具有常规的恒功率控制和恒振幅控制两种功率控制模式，更符合生化处理过程的内在要求，工作模式可以在开机前进行设定。
文档编号B02C19/18GK201644188SQ2010201460
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者陈元平 申请人:陈元平