一种压电低频超声纳米雾化器及使用方法

1.本发明涉及农业装备技术领域，尤其涉及一种压电低频超声纳米雾化器及使用方法。


背景技术：

2.气雾快繁技术作为基质快繁技术基础上的一种发展与提高，可以让离体材料在一个优化的气雾环境中直接生根。并且相较于基质快繁技术，气雾快繁可以使幼苗更快生根、幼苗根系更加茁壮。
3.但是，气雾快繁技术的设备要求较高。首先，内雾化的雾滴粒径要求高，雾滴越细，液雾所含的氧气就越充足，就利于毛根的发育，有利于高效率根构型的形成。其次，气雾快繁对电力依赖性高，一旦停电，幼苗对外界气候波动的适应性极差，如处理不慎就会造成大的损失。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种压电低频超声纳米雾化器，其中的压电低频超声纳米雾化器采用低频低压驱动的同时过滤网开设的微孔采用纳米级孔径，可以有效降低雾滴粒径。
5.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
6.一种压电低频超声纳米雾化器，包括腔体、上端盖和下端盖；沿所述腔体内侧轴向方向上设置有第一橡胶垫和第二橡胶垫；所述第一橡胶垫设置在腔体与抵环之间，抵环与上端盖之间设置有过滤网；所述第二橡胶垫设置在下端盖与腔体之间；所述第一橡胶垫支撑固定微孔薄片，微孔薄片上表面设置有第一圆环形压电陶瓷片；所述第二橡胶垫支撑固定金属薄片，金属薄片下表面设置有方形压电陶瓷片；所述腔体径向方向上设置有入液口和出液口；所述入液口和出液口设置在第一橡胶垫和第二橡胶垫之间；所述腔体内部还设置有第二圆环形压电陶瓷片，第二圆环形压电陶瓷片靠近出液口；所述第二圆环形压电陶瓷片通过导线与过滤网连通，过滤网通过导线与电源连接；所述方形压电陶瓷片和第一圆环形压电陶瓷片的极化方向均为纵向；所述微孔薄片和第一圆环形压电陶瓷片粘结而成的机构的基频小于100khz；所述第二圆环形压电陶瓷片的极化方向为横向。
7.进一步的，所述上端盖和下端盖分别与腔体内侧螺纹连接。
8.进一步的，向腔体中心方向上，所述入液口为渐扩形结构，所述出液口为渐缩形结构；或者入液口和出液口均为左端小右端大的锥孔，锥孔锥度范围为5
°
～20
°
。
9.进一步的，所述出液口末端连通设置有阀体，所述阀体内安装有阀芯，通过把手可以旋转阀芯；所述阀体、阀芯和把手组成调压阀。
10.进一步的，所述微孔薄片上未设置第一圆环形压电陶瓷片的区域上均布有微孔，微孔尺寸为纳米级。
11.进一步的，所述微孔为阶梯孔，且上端孔为倒梯形结构，下端孔为直孔，直孔直径
远小于梯形小边边长。
12.进一步的，所述方形压电陶瓷片厚度为2～3mm。
13.进一步的，所述第二圆环形压电陶瓷片通过第一连接线与过滤网连通，过滤网通过第二连接线与电源连接；所述第二连接线上还连接有电荷测量仪。
14.进一步的，所述第一圆环形压电陶瓷片厚度为0.2mm；所述第二圆环形压电陶瓷片受到腔体内液体的挤压，根据正压电效应产生电荷。
15.压电低频超声纳米雾化器的工作方法，包括如下步骤：
16.两根软管的一端分别连接入液口和出液口，另一端放入药液箱之中；
17.开启方形压电陶瓷片的电源，使得药液在入液口和出液口之间正常流动；
18.开启第一圆环形压电陶瓷片的电源，第一圆环形压电陶瓷片纵向振动从而使得微孔薄板发生震荡，从而雾化药液；
19.第二圆环形压电陶瓷片通过正压电效应产生电荷，由于第二圆环形压电陶瓷片的极化方向为横向，生成的电荷在第二圆环形压电陶瓷片的左侧和右侧分别为单极电荷，其中右侧的单极电荷通过第一连接线传向过滤网，使过滤网带上电荷；当雾化的药液通过过滤网时，雾化的药液也将附带电荷，从而提高药液雾滴的粘附力。
20.本发明有益效果：
21.1.本发明采用低频低压驱动的同时过滤网开设的微孔采用纳米级孔径，有效的降低了雾滴粒径，另外，通过正压电效应在过滤网上形成单极电荷，从而使雾化液滴附上电荷，从而提高雾滴的粘附力。
22.2.微孔板中心采用分段式制孔，可以在保证微孔板的厚度的情况下制备超微孔。这样既可以保证微孔板的寿命，也可以使雾化器获得更小的雾滴粒径。
23.3.压电低频超声纳米雾化器采用锥形的入液口和出液口，并用方形压电陶瓷驱动腔体收缩扩张，从而使雾化器本身可以进行供液，排液，通过采用方形压电陶瓷可以省去供液泵的安装，使整个系统更加简单方便。
24.4.压电低频超声纳米雾化器中的压电陶瓷圆环片和压电陶瓷方块皆采用只需要低频低压的电源条件，可以使用太阳能板和驱动电路就可以正常工作，可以大大减少对于电力的依赖。
25.5.本发明通过利用正压电效应和正确设置压电陶瓷极化方向，在过滤网上形成单极电荷，从而使雾化液滴附上电荷，从而提高其粘附力使得液体可以更好的吸附在根系之上。
26.6.本发明为了避免微孔溢出药液，从而影响雾化稳定。在腔体右侧设置调压装置，同时，第二连接线伸出雾化器的一端连接着电荷测量仪，电荷侧测量仪的结果大小与腔体内的液压有关，设置电荷侧测量仪可以监测腔体内压力，从而更直观的调节液压。
附图说明
27.图1为本发明涉及到的一种压电低频超声纳米雾化器三维截面示意图；
28.图2为一种压电低频超声纳米雾化器中间剖面示意图；
29.图3为图1中涉及到的腔体结构剖面示意图；
30.图4为图1中涉及到的微孔薄片的微孔群局部放大图；
31.图5为图4中涉及到的微孔群中的一个微孔的结构示意图；
32.图6为图1中涉及到的阀芯结构示意图；
33.图7为本发明实施例涉及到的一种压电低频超声纳米雾化器的腔体扩张仿真示意图；
34.图8为本发明是实施例涉及到的一种压电低频超声纳米雾化器的腔体收缩仿真示意图；
35.附图标记：
36.1-腔体；2-第一橡胶垫；3-微孔薄片；4-第一圆环形压电陶瓷片；5-抵环；6-过滤网；7-上端盖；8-第二橡胶垫；9-金属薄片；10-方形压电陶瓷片；11-下端盖；12-第二圆环形压电陶瓷片；13-第一连接线；14-第二连接线；15-阀体；16-阀芯；17-把手；101-入液口；102-出液口；103-通线口。
具体实施方式
37.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.一种压电低频超声纳米雾化器，包括腔体1、上端盖7和下端盖11；沿所述腔体1内侧轴向方向上设置有第一橡胶垫2和第二橡胶垫8；所述第一橡胶垫2设置在腔体1与抵环5之间，抵环5与上端盖7之间设置有过滤网6；所述第二橡胶垫8设置在下端盖11与腔体1之间；所述第一橡胶垫2支撑固定微孔薄片3，微孔薄片3上表面设置有第一圆环形压电陶瓷片4；所述第二橡胶垫8支撑固定金属薄片9，金属薄片9下表面设置有方形压电陶瓷片10；所述腔体1径向方向上设置有入液口101和出液口102；所述入液口101和出液口102设置在第一橡胶垫2和第二橡胶垫8之间；所述腔体1内部还设置有第二圆环形压电陶瓷片12，第二圆环形压电陶瓷片12靠近出液口102；所述第二圆环形压电陶瓷片12通过导线与过滤网6连通，过滤网6通过导线与电源连接；所述方形压电陶瓷片10和第一圆环形压电陶瓷片4的极化方向均为纵向；所述微孔薄片3和第一圆环形压电陶瓷片4粘结而成的机构的基频小于
100khz；所述第二圆环形压电陶瓷片12的极化方向为横向。
41.其中，所述上端盖7和下端盖分别与腔体1内侧螺纹连接。
42.向腔体1中心方向上，所述入液口101为渐扩形结构，所述出液口102为渐缩形结构；或者入液口101和出液口102均为左端小右端大的锥孔，锥孔锥度范围为5
°
～20
°
。
43.所述出液口102末端连通设置有阀体15，所述阀体15内安装有阀芯16，通过把手17可以旋转阀芯16；所述阀体15、阀芯16和把手17组成调压阀。
44.所述微孔薄片3上未设置第一圆环形压电陶瓷片4的区域上均布有微孔，微孔尺寸为纳米级。所述微孔为阶梯孔，且上端孔为倒梯形结构，下端孔为直孔，直孔直径远小于梯形小边边长。
45.方形压电陶瓷片10厚度为2～3mm，通过设置方形压电陶瓷片方便堆叠在一块，更快捷方便的调整流速。
46.所述第二圆环形压电陶瓷片12通过第一连接线13与过滤网6连通，过滤网6通过第二连接线14与电源连接；所述第二连接线14上还连接有电荷测量仪。
47.所述第一圆环形压电陶瓷片4厚度为0.2mm；所述第二圆环形压电陶瓷片5受到腔体1内液体的挤压，根据正压电效应产生电荷。
48.下面首先结合附图具体描述一种压电低频超声纳米雾化器。
49.结合附图1、2所示，第一橡胶垫2在腔体1内部的上方；微孔薄片3被第一橡胶垫2夹持；第一圆环形压电陶瓷片4粘结在微孔薄片3上；抵环5位于第一橡胶垫2上方；第一橡胶垫2被腔体1和抵环5所夹持；过滤网6位于抵环5上方；上端盖7位于过滤网6上方；所述过滤网6被上端盖7和抵环5夹持；上端盖7和腔体1通过螺纹连接。
50.第二橡胶垫8在腔体1的下方；所述金属薄片9被第二橡胶垫8夹持；方形压电陶瓷片10粘结在金属薄片9下；所述下端盖11在第二橡胶垫8下；第二橡胶垫8被腔体1和下端盖11夹持；所述下端盖11和腔体1通过螺纹连接；所述第二圆环形压电陶瓷片12粘结在腔体1内；所述第一连接线13将第二圆环形压电陶瓷片12和过滤网6连接；所述第二连接线14连接在过滤网6的右端，并插入上端盖7的小孔内通向雾化器之外。阀体15通过螺纹连接腔体1的右侧；阀芯16安装在阀体15之内；把手17固定安装在阀芯16之上。
51.结合附图2所示，入液口101在腔体1的左端；出液口102在腔体1的右端；通线口103在出液口102的上方。
52.结合附图3所示，入液口101和出液口102皆为左端小右端大的锥孔，锥孔锥度范围为5
°
～20
°
。
53.结合附图7和8所示，为了验证压电低频超声纳米雾化器可以自主单向供液，使用comsol 5.6对其进行流-固-压电三相仿真计算，结果显示，在0.0204s时方形压电陶瓷8振动向上，从而迫使腔体1扩张，此时入液口101和出液口102皆在向腔体内进水，但是此时入液口101的进液速度远远大于出液口102进液速度；在0.0308s时方形压电陶瓷8振动向下，从而迫使腔体1扩张，此时入液口101和出液口102皆在向腔体外出水，但是此时入液口101的出液速度远远小于出液口102出液速度。由此可得出该雾化器可实现单向供液。
54.结合附图4所示，微孔薄片3中心刻有纳米级微孔群，且该微孔采用分段式加工。
55.结合附图5所示，分段式制孔即是在微孔薄片3上先用超细钻头加工一个圆台型的沟槽，最薄处加工至10μm左右。然后利用fib在薄片上加工一个超微孔。其中，fib系统是利
用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微加工仪器，通过荷能离子轰击材料表面实现材料的沉积、剥离、注入和改性。
56.结合附图6所示，阀芯16上和阀体15侧孔配合部分粘结有橡胶圈，且该部分和侧孔的配合属于过盈配合。阀芯16正面为圆形，其半径为r1；阀芯16的厚度方向为圆弧，其半径为r2，且r1＝r2。
57.结合附图1、2所示。阀体15、阀芯16和把手17组成调压阀。
58.结合附图1、2、7和8所示，腔体1内液体在受到方形压电陶瓷的挤压后，出液口的左端的液体流速最高，此处的压力也最高，因此在此处设置第二圆环形压电陶瓷片，第二圆环形压电陶瓷片5受到腔体内液体的挤压，根据正压电效应产生电荷。
59.结合附图1、2所示，第一圆环形压电陶瓷片4的极化方向为纵向，其厚度为0.2mm。所述微孔薄片3和第一圆环形压电陶瓷片4粘结而成的机构的基频小于100khz。
60.结合附图2所示，方形压电陶瓷片10的极化方向为纵向，其厚度为2mm。第二圆环形压电陶瓷片12的极化方向为横向。
61.结合附图1、2所示，所述过滤网6选用导电材料，设置过滤网的目的使雾滴带电。
62.一种压电低频超声纳米雾化器的工作过程：
63.将所有零件安装好之后，两根软管分别连接入液口101和出液口102，并将两根软管连接入液口101和出液口102的另一端放入药液箱之中。然后，开启方形压电陶瓷10的电源，使其开始正常工作。从而可以实现药液将会从入液口101进入，并向出液口102排出；
64.待到方形压电陶瓷4稳定工作后，雾化器的药液循环系统将形成。之后，开启第一圆环形压电陶瓷4的电源，使其开始正常工作，第一圆环形压电陶瓷4的纵向振动迫使微孔薄板3发生震荡，从而雾化药液；
65.当雾化器的药液循环系统形成之后，设置在出液口102左处的第二圆环形压电陶瓷片5开始受到脉冲式压力，第二圆环形压电陶瓷片5通过正压电效应生成电荷。由于第二圆环形压电陶瓷片5的极化方向为横向，所以生成的电荷在第二圆环形压电陶瓷片5的左侧和右侧分别为单极电荷，其中右侧的单极电荷通过第一连接线13传向过滤网6，使其带上电荷。当雾化的药液通过过滤网6时，雾化的药液也将附带电荷，从而提高药液雾滴的粘附力。
66.另外，为了雾化器的雾化稳定性，在腔体1右侧设置着调压阀。通过旋转把手17来调节腔体内液压。同时，第二连接线14伸出雾化器的一端连接着电荷测量仪，电荷侧测量仪的结果大小和腔体1内的液压有关。从而可以监测腔体内压力，从而更直观的调节液压。
67.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
68.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。