[发明专利]多频率超声清洗效果实验平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种多频率超声清洗效果实验平台，属于超声波清洗技术领域。

背景技术

目前，大坝闸门或坝体等各处被水长期浸没的地方，其表面将会沉积一定的污垢而影响其正常功能甚至损坏设备。目前把超声技术应用于水下构建物的清洗作业的经验比较匮乏，虽然已经有人提出水下大型设备的超声清洗方法，但是大都是在某种特定环境下，采用单一的超声清洗频率。而污垢的物理特性、厚度、坚硬度等与水质的情况和水中的杂质特性息息相关，采用单一频率的超声波换能器对水下构建物进行清洗，难以达到工程需求。一方面，由于信号频率选择不合适，其清洗效果将会被大打折扣，需要延长超声换能器的工作时间，从而将增加能耗，不利于节能减排。另一方面，如果采用单一频率的超声波换能器去清洗有些易碎、易伤的表面污垢时，将会使得清洗的表面受损或损坏。所以，根据不同的清洗物表面情况，污垢的物理特性、厚度和坚硬度等情况，选择合适表面清洗的信号频率进行清洗，将会对提高水下构建物清洗效果，保护坝体，延长超声波换能器的使用时间，减少CO₂排放产生积极意义。

因此，研制出一种具有自适应特征的、能够应用于清洗不同表面和去除不同污垢的水下构建物表面清洗装置对水利设施的保养与维护意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多频率超声清洗效果实验平台，它能够采用多组频率进行水下构建物清洗污垢效果研究，突出了清洗效果的有效性和对比性，实时找出最适合该水下构建物污垢清洗的最佳频率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种多频率超声清洗效果实验平台，它包括核心控制模块、第一继电器模块、第二继电器模块、第三继电器模块、输入隔离模块、功率放大模块、第一匹配变压器、第二匹配变压器、五个超声信号产生模块、五个匹配电感和五个换能器阵；其中，

核心控制模块，其信号输出端分别与超声信号产生模块、第一继电器模块、第二继电器模块、第三继电器模块的控制信号输入端相连接，用于根据输入的工作频率选择信号产生相应的切换控制信号分别传递给第一继电器模块、第二继电器模块和第三继电器模块；

五个超声信号产生模块，其输出端分别通过第一继电器模块与输入隔离模块选择性连接，用于分别输出不同频率的超声驱动信号；

第一继电器模块，用于接收相应的切换控制信号并选择接通相应的超声信号产生模块和输入隔离模块；

输入隔离模块，其输出端与功率放大模块相连接，用于驱动功率放大模块正常工作；

功率放大模块，其输出端通过第二继电器模块分别与第一匹配变压器和第二匹配变压器选择性连接；

第二继电器模块，用于接收相应的切换控制信号并选择接通功率放大模块和相应的第一匹配变压器或第二匹配变压器；

五个匹配电感，其分别与五个超声信号产生模块一一对应，并且其中三个匹配电感的输入端分别通过第三继电器模块与第一匹配变压器选择性连接，另外两个匹配电感的输入端分别通过第三继电器模块与第二匹配变压器选择性连接，五个匹配电感的输出端分别与相应的换能器阵相连接，用于对相对应的换能器阵进行调谐匹配；

第一匹配变压器和第二匹配变压器，用于改变相对应的换能器阵的阻抗，使其与信源阻抗相匹配，保证相对应的换能器阵获得最大的电功率；

第三继电器模块，用于接收相应的切换控制信号并选择接通相应的匹配电感和第一匹配变压器；还用于接收相应的切换控制信号并选择接通相应的匹配电感和第二匹配变压器。

进一步，所述的五个超声信号产生模块分别为第一超声信号产生模块、第二超声信号产生模块、第三超声信号产生模块、第四超声信号产生模块和第五超声信号产生模块，所述的第一超声信号产生模块输出频率为20KHZ的超声驱动信号，第二超声信号产生模块输出频率为40KHZ的超声驱动信号，第三超声信号产生模块输出频率为80KHZ的超声驱动信号，第四超声信号产生模块输出频率为160KHZ的超声驱动信号，第五超声信号产生模块输出频率为200KHZ的超声驱动信号。

进一步，所述的五个匹配电感分别为第一匹配电感、第二匹配电感、第三匹配电感、第四匹配电感和第五匹配电感，第一匹配电感和第一超声信号产生模块相对应，并且其谐振频率为20KHZ，第二匹配电感和第二超声信号产生模块相对应，并且其谐振频率为40KHZ，第三匹配电感和第三超声信号产生模块相对应，并且其谐振频率为80KHZ，第四匹配电感和第四超声信号产生模块相对应，并且其谐振频率为160KHZ，第五匹配电感和第五超声信号产生模块相对应，并且其谐振频率为200KHZ。