一种自供电的全方位集成式超声除藻装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种自供电的全方位集成式超声除藻装置，包括太阳能供电驱动控制一体化模块、承载装置、连接装置、超声探头模块以及水质检测装置；所述供电驱动一体化模块由光伏发电系统、具有内腔的多边形锥形外壳、超声探头驱动系统和储电装置组成，所述超声探头模块由箱体、变截面兰杰文压电换能器和一个环形构件组成；所述变截面兰杰文压电换能器包含法兰盘、发射端、配重块、预紧螺栓、四片带中心圆孔的圆形压电陶瓷片组成。通过太阳能日间发电输入到驱动系统和储电系统，实现本实用新型专利技术装置全方位的超声除藻功能。本实用新型专利技术装置基于可循环能源，具有绿色除藻、无污染、辐射范围广、除藻效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种自供电的全方位集成式超声除藻装置
本技术属于生态除藻
，具体涉及一种自供电的全方位集成式超声除藻装置。
技术介绍
水体富营养化现象的出现，使得湖泊、池塘以及水库等缓流水体中的水生植物和浮游植物利用水中的营养物质迅速繁殖，导致水中的溶解氧含量降低，造成水质恶化，水体中氧气含量减少从而影响水生生物甚至另其死亡，进而影响水体生态系统。采用无污染的方法来抑制水体富营养化对于治理水体污染具有重要意义。目前，多个国际机构或生物实验室已经通过相关实验证明利用超声技术可以抑制水体中的藻类的生长和繁殖，从而改变水华现象，实现对水体的清洁和去污。国外一些企业已经开发了控制藻类生长和繁殖的超声设备，并实现了商业化。对于大面积的湖泊或者水库，要抑制全水面的蓝藻生长，需要设置多个超声发生装置。因此，若能实现自供电的超声发生装置对于长期抑制水体中的藻类具有重要的意义。荷兰LGSonic公司研制了可覆盖直径500米范围的基于太阳能供电的超声除藻装置，包含三个超声探头实现水域中的声场辐射，每个换能器要承担120°的超声辐射任务，对于此类传统超声探头必然存在一定的死角无法全方位辐射声波进行除藻作业。再加之超声波在水中传播的非线性以及衰减特性，理论上的水域中的超声波辐射角度随着水体范围的扩大衰减严重。为了实现全方位大面积除藻及防止装置过于复杂，本技术提出了太阳能发电并储电的自供电方案对360°全方位辐射超声波的探头进行供电，实现全方位、全天候的高效超声除藻，避免了除藻作业中由于存在辐射死角而引起的除藻不彻底以及夜间出现断电或者无电供应情况的发生而影响超声除藻效果。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种自供电的全方位集成式超声除藻装置，以解决现有技术中传统超声除藻装置辐射方向单一，辐射范围存在死角的问题，本技术采用自供电方案来对超声探头进行供电，实现全天候、全方位的高效超声除藻方案。为达到上述目的，本技术采用的技术方案如下：本技术的一种自供电的全方位集成式超声除藻装置，包括：太阳能供电驱动控制一体化模块、承载装置、连接装置、超声探头模块和水质检测装置；所述太阳能供电驱动控制一体化模块包括光伏发电系统、具有内腔的多边形锥形外壳、超声波发生器和储电装置；所述光伏发电系统设置在多边形锥形外壳的表面，用于吸收不同角度的太阳能，从而转化为电能存储到储电装置；所述储电装置对太阳能供电驱动一体化模块、超声探头模块以及水质检测装置进行不间断供电；超声波发生器实现对超声探头模块的驱动控制；所述超声波发生器和储电装置设置在多边形锥形外壳的腔体内部；所述承载装置包括：浮箱、环形框、支撑梁；所述支撑梁的两端分别与所述环形框的内侧和所述连接装置的柱面相连；所述浮箱固定在支撑梁的上表面；所述超声探头模块包括：一个箱体、四个变截面兰杰文压电换能器和一个环形构件，四个变截面兰杰文压电换能器通过环形构件连接，箱体与四个变截面兰杰文压电换能器之间通过法兰盘固定；所述变截面兰杰文压电换能器包括：法兰盘、发射端、配重块、预紧螺栓、四片带中心圆孔的圆形压电陶瓷片、平面梁；通过预紧螺栓将配重块、平面梁、带中心圆孔的圆形压电陶瓷片和发射端依次安装在一起。进一步地，所述水质检测装置实时监测水中叶绿素-a、藻青蛋白含量以及PH值等参数并将结果反馈到超声波发生器，超声波发生器根据上述参数结果实时调节除藻频率和输出功率，实现高效除藻。进一步地，所述法兰盘位于第二片带中心圆孔的矩形压电陶瓷片与第三片带中心圆孔的矩形压电陶瓷片之间，用于固定变截面兰杰文压电换能器在箱体中的相对位置。进一步地，所述发射端设计为喇叭形变截面放大结构且存在内腔。进一步地，所述带中心圆孔的圆形压电陶瓷片沿着厚度方向极化。进一步地，所述相邻的两片带中心圆孔的矩形压电陶瓷片的极化方向相反。进一步地，所述法兰盘位于所述超声探头模块的振动节点位置。进一步地，所述超声探头模块发射的功率以及工作频率分别与需要覆盖的除藻范围和对应去除藻类的类别有关。进一步地，所述四个变截面兰杰文压电换能器发射面方向形成四个加强辐射区，同时环形构件周向形成弱辐射区，配合浮箱控制整个除藻装置上浮下潜，实现全方位360°超声波除藻。进一步地，所述带中心圆孔的压电陶瓷片均为纵振压电陶瓷片。进一步地，所述压电陶瓷表面涂有环氧树脂进行绝缘处理；箱体内充满了超声耦合剂，既避免了超声波的反射又将整体集成到超声探头模块。本技术装置中，所述光伏发电系统接收太阳辐照，将太阳能转化为电能存储到储电装置；所述储电装置将电能供给超声波发生器、超声探头模块和水质检测装置；水质检测装置实时监测水中叶绿素-a、藻青蛋白含量以及PH值等参数并将结果反馈至超声波发生器，超声波发生器根据上述结果实时调节除藻频率和输出功率改变超声探头的工作频率；承载装置通过连接装置将太阳能驱动一体化模块、超声探头模块以及水质检测装置固连起来，改变浮力大小进而改变整个除藻装置在水面的相对位置。本技术装置通过光伏发电系统依赖白天的太阳能进行发电并存储到储电装置；实现对除藻装置进行全天候实时供电。本技术的有益效果：本技术中控制超声探头产生的超声波辐射的覆盖范围，能够有效地抑制蓝藻的生长和繁殖，同时降低能耗。此外，利用储能装置，充分利用无污染的太阳能实现全天候的发电对超声探头进行供电，有效利用太阳能转换的电能在避免白天电能浪费的同时实现了全天候供电。本技术的装置具有结构简单、集成度高、控制系统简单、除藻效果好、安装拆卸方便、可控性好等优点。附图说明图1为本技术装置的结构示意图。图2为供电驱动一体化模块的结构示意图。图3为供电驱动一体化模块的半剖视图图。图4为承载装置的结构示意图。图5为超声探头模块的结构示意图。图6为Z向的超声探头模块剖视图。图7为单个变截面兰杰文压电换能器结构示意图。图8为法兰盘的结构示意图。图9为压电陶瓷片的布局图。图10为相邻两片压电陶瓷片极化的结构示意图。图11为变截面兰杰文压电换能器纵振时环形构件上的振动模态示意图。图12为环形构件上两个同形四阶面内弯振耦合成行波的示意图。图13为本技术装置工作时超声波辐射的简图。其中：1-太阳能供电驱动控制一体化模块，11-光伏发电系统，12-具有内腔的多边形锥形外壳，13-超声波发生器，14-储电装置，2-承载装置，21-浮箱，22-环形框，23-支撑梁，4-超声探头模块，41-箱体，42-变截面兰杰文压电换能器，43-环形构件，44-法兰盘，45-发射端，46-配重块，47-预紧螺栓，48-压电陶瓷片，49-平面梁，40-超声耦合剂，5-水质检测装置，6-sin信号激励时变截面兰杰文压电换能器上的纵振模态，7-cos信号激励时变截面兰杰文压电换能器上的纵振模态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自供电的全方位集成式超声除藻装置，其特征在于，包括：太阳能供电驱动控制一体化模块（1）、承载装置（2）、连接装置（3）、超声探头模块（4）及水质检测装置（5）；/n所述太阳能供电驱动控制一体化模块（1）包括光伏发电系统（11）、具有内腔的多边形锥形外壳（12）、超声波发生器（13）和储电装置（14）；/n所述光伏发电系统（11）设置在多边形锥形外壳（12）的表面；/n所述储电装置（14）对太阳能供电驱动一体化模块（1）、超声探头模块（4）以及水质检测装置（5）进行不间断供电；超声波发生器（13）对超声探头模块（4）进行驱动控制；/n所述超声波发生器（13）和储电装置（14）设置在多边形锥形外壳（12）的腔体内部；/n所述承载装置（2）包括：浮箱（21）、环形框（22）、支撑梁（23）；/n所述连接装置（3）设置在承载装置（2）和超声探头模块（4）之间，提供浮力给超声探头模块（4）；/n所述支撑梁（23）的两端分别与所述环形框（22）的内侧和所述连接装置（3）的柱面相连；所述浮箱（21）固定在支撑梁（23）的上表面；/n所述超声探头模块（4）包括：一个箱体（41）、四个变截面兰杰文压电换能器（42）和一个环形构件（43），四个变截面兰杰文压电换能器（42）通过环形构件（43）连接，箱体（41）与四个变截面兰杰文压电换能器（42）之间通过法兰盘（44）固定；/n所述变截面兰杰文压电换能器（42）包括：法兰盘（44）、发射端（45）、配重块（46）、预紧螺栓（47）、四片带中心圆孔的圆形压电陶瓷片（48）、平面梁（49）；通过预紧螺栓（47）将配重块（46）、平面梁（49）、带中心圆孔的圆形压电陶瓷片（48）和发射端（45）依次安装在一起；/n所述水质检测装置（5）设置在超声探头模块（4）的底部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自供电的全方位集成式超声除藻装置，其特征在于，包括：太阳能供电驱动控制一体化模块（1）、承载装置（2）、连接装置（3）、超声探头模块（4）及水质检测装置（5）；
所述太阳能供电驱动控制一体化模块（1）包括光伏发电系统（11）、具有内腔的多边形锥形外壳（12）、超声波发生器（13）和储电装置（14）；
所述光伏发电系统（11）设置在多边形锥形外壳（12）的表面；
所述储电装置（14）对太阳能供电驱动一体化模块（1）、超声探头模块（4）以及水质检测装置（5）进行不间断供电；超声波发生器（13）对超声探头模块（4）进行驱动控制；
所述超声波发生器（13）和储电装置（14）设置在多边形锥形外壳（12）的腔体内部；
所述承载装置（2）包括：浮箱（21）、环形框（22）、支撑梁（23）；
所述连接装置（3）设置在承载装置（2）和超声探头模块（4）之间，提供浮力给超声探头模块（4）；
所述支撑梁（23）的两端分别与所述环形框（22）的内侧和所述连接装置（3）的柱面相连；所述浮箱（21）固定在支撑梁（23）的上表面；
所述超声探头模块（4）包括：一个箱体（41）、四个变截面兰杰文压电换能器（42）和一个环形构件（43），四个变截面兰杰文压电换能器（42）通过环形构件（43）连接，箱体（41）与四个变截面兰杰文压电换能器（42）之间通过法兰盘（44）固定；
所述变截面兰杰文压电换能器（42）包括：法兰盘（44）、发射端（45）、配重块（46）、预紧螺栓（47）、四片带中心圆孔的圆形压电陶瓷片（48）、平面梁（49）；通过预紧螺栓（47）将配重块（46）、平面梁（49）、带中心圆孔的圆形压电陶瓷片（48）和发射端（45）依次安装在一起；
所述水质检测装置（5）设置在超声探头模块（4）的底部。

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，王健安，周楚新，赵淳生，
申请(专利权)人：周楚新，王亮，
类型：新型
国别省市：美国;US