УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ОЗВУЧИВАНИЯ ЖИДКОСТИ В ВАННЕ Российский патент 1994 года по МПК B06B1/06 

Изобретение относится к ультразвуковым пьезокерамическим преобразователям, используемым для очистки деталей от загрязнений и для физико-химического воздействия на жидкие среды. Оно найдет применение в полупроводниковой, химической, металлургической промышленности и в медицине.

Известны стержневые пьезокерамические преобразователи, содержащие излучающую накладку, переходящую в акустическую развязывающую мембрану, пьезокерамические пластины, отражающую тыльную накладку, стянутые между собой центральным болтом, и корпус для крепления к ванне, используемые для очистки деталей [1] . Однако их резонансные частоты не могут быть выше 100 кГц.

В известном высокочастотном пьезопреобразователе МГц - диапазона [2] , выбранном в качестве прототипа, имеется мозаичная система пьезопластин, приклеенных к единой излучающей мембране, и корпус для крепления преобразователя к ванне.

Недостатком такой конструкции является недостаточная эффективность излучения преобразователя из-за взаимного демпфирующего влияния пьезопластин друг на друга, а также невозможность выполнения мембраны оптимальной толщины для всех пьезопластин одновременно, поскольку каждая из них имеет свою резонансную частоту.

Цель изобретения - увеличение эффективности излучения.

Цель достигается тем, что в преобразователе введены дополнительные мембраны и соответствующие им узлы крепления мембраны по периферии, установленные на общем основании. Дополнительные мембраны и пьезоэлементы жестко связаны друг с другом попарно, толщина развязывающего участка каждой мембраны h (мм) связана с резонансной частотой закрепленной на ней пьезопластины f (МГц) соотношением hf = 0,2-0,5, ширина развязывающего участка ΔR = 20-60 h, а диаметр мембраны D_м = D_о + 2 ΔR, где D_о - диаметр пьезопластины.

На чертеже изображен высокочастотный преобразователь, установленный в ультразвуковой ванне.

Преобразователь содержит пьезопластину 1, соединенную с мембраной 2, имеющей акустический развязывающий участок 3 радиальной напряженностью ΔR = (D_м-D_о)/2, где D_м - наружный диаметр мембраны; D_о - диаметр пьезопластины. С помощью корпуса 4, имеющего уплотняющее кольцо 5, преобразователь крепится к ванне 6 винтами 7. К внутренней стороне пьезопластины подсоединены подпружиненные контакты 8.

Преобразователь работает следующим образом. Высокочастотное напряжение в диапазоне от 400 до 2000 уГц через подпружиненные контакты 8 подается к внутренней стороне пьезопластины 1, ее внешняя сторона через мембрану и корпус заземлена. Работая на резонансной частоте (пьезопластины и мембраны) колебания передаются в жидкость. Предотвращение передачи колебаний через участок 3 мембраны осуществляется выбором ее толщины и длины (радиальной протяженности ΔR).

Выбор оптимальной толщины h и ΔR определяется двумя факторами: - применение более толстых мембран, для которых hf > 0,5 и ΔR/h < 20, приводит к сильному демпфированию преобразователя в силу уменьшения гибкости, при этом интенсивность излучения падает; - применение более толстых мембран, для которых hf < 0,2 и ΔR/h > 60, ведет к уменьшению прочности мембраны, а также к возникновению изгибных ее колебаний, что ослабляет передачу полезного сигнала и ведет к уменьшению интенсивности излучения.

Например, для высокочастотного преобразователя с резонансной частотой пьезопластины, равной 1 МГц (толщина ≈ 2 мм) и диаметром 50 мм, будем иметь: h = (0,2-0,5)/f, берем среднее значение h_ср = 0,35/1 = 0,35. При этом диаметр мембраны будет равен D_м = D_о + 2 (40h) = 50 + 28 = 78 мм.

Использование данного изобретения позволяет получить следующие преимущества:
- обеспечение работы всех пьезопластин мозаичной системы на своих резонансных частотах. При этом каждый преобразователь питается от своего модульного генератора с автоподстройкой частоты;
- увеличение интенсивности излучения единичных преобразователей, а отсюда получение большей эффективности ульразвукового воздействия на те или иные технологические процессы;
- удобство сборки преобразователей, их монтажа на дне и стенках ванны, а также обеспечение их ремонтопригодности. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1451875, кл. Н 04 R 17/10, 1984.

2. S. Shwartzman and A. Mayer. Megasonic Partical Removal from Solid - State Wafers RCA Review, v. 46, March, 1985, p. 81-105.

Использование: очистка деталей от загрязнений. Сущность изобретения: преобразователь содержит мембраны, закрепленные через узлы их крепления по периферии на общем основании. На каждой мембране установлена жестко связанная с ней пьезопластина. Толщина развязывающего участка каждой мембраны h (мм) связана с резонансной частотой закрепленной на ней пьезопластины f (МГц) соотношением: hf -0,2-0,5; ширина развязывающего участка мембраны ΔR=(20-60)h, а диаметр мембраны D_м=D_o+2ΔR, где D_o - диаметр пьезопластины. 1 ил.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ОЗВУЧИВАНИЯ ЖИДКОСТИ В ВАННЕ , содеpжащий мембpану, узел кpепления мембpаны по пеpифеpии, пьезопластины, одна из котоpых жестко связана с мембpаной, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности излучения, в него введены дополнительные мембpаны и соответствующие им узлы кpепления дополнительных мембpан по пеpифеpии, установленные на введенном общем основании, дополнительные мембpаны и пьезоэлементы жестко связаны дpуг с дpугом попаpно, толщина h (мм) pазвязывающего участка каждой мембpаны связана с pезонансной частотой f (МГц) закpепленной на ней пьезопластины соотношением
hf = 0,2 - 0,5,
шиpина pазвязывающего участка мембpаны
ΔR = (20-60)h ,
а диаметp мембpаны
D_м= D_о+2ΔR ,
где D₀ - диаметр пьезопластины.