超声波分散仪由超声波振动部件和超声波专用驱动电源两大大部分构成。超声波振动部件主要包括大功率超声波换能器、变幅杆、工具头(发射头),用于产生超声波振动,并将此振动能量向液体中发射。当超声振动传递到液体中时,由于声强很大,会在液体中激发很强的空化效应,从而在液体中产生大量的空化气泡。随着这些空化气泡产生和爆破,将产生微射流,进行将液体重大的固体颗粒击碎。同时由于超声波的振动,使固液更加充分的混合,对大部分化学反应起到促进作用。在医学领域中,如磷脂类和胆固醇混合,经过超声分散,可以得到更小的粒子(0.1μm左右)供静脉注射。
超声波分散仪共由四部分组成(如图),分别是超声波振动源(驱动电源)、超声波换能器、变幅杆、工具头(导入杆)。
超声波振动源:
超声波电源通常称为超声波发生源,超声波发生器。它的作用是把电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号。这个信号可以是正弦信号,也可以是脉冲信号,这个特定频率就是换能器的频率,一般应用在超声波设备中的超声波频率为20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz。
超声波电源按设计分自激方式电源和他激方式电源。
自激电路没有信号源,是把振荡、功放、输出变压器及换能器集为一体,形成一闭环回路,回路在满足幅度、相位反馈条件,组成一个有功率放大的振荡器。并谐振于换能器的机械共振频率上。一般应用于超声波换能器数量少的小型设备;但是对于超声波换能器数量多的情况下,无法调试达到共振效果。所以工业用超声波洗净设备的超声波电源大都采用他激方式。
他激式电源结构上主要包括两部分,前级是振荡器,后级是放大器。一般通过输出变压器耦合,把超声能量加到换能器上。他激方式的电路由两部分组成,既信号源部分和信号放大部分。
超声波换能器:
超声波换能器,包括外壳(1)、匹配层即声窗(2)、压电陶瓷圆盘换能器(3)、背衬(4)、引出电缆(5),其特征在于它还包括Cymbal阵列接收器,它由引出电缆(6)、8~16只Cymbal换能器(7)、金属圆环(8)、(9)和橡胶垫圈(10) 组成;Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器3之上;压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器,由它发射和接收超声波信号;Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器之上,作为超声波接收器,用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。
变幅杆:
超声变幅杆是超声波振动系统中一个重要的组成部分,它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大,并将超声能量集中在较小的面积上即聚能,因此也称超声变速杆或超声聚能器。
工具头:
把机械能和压力传至工作物,同时也有振幅放大的功能。