本實用新型屬于實驗機械領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波根系清洗機。

背景技術(shù)：

在農(nóng)業(yè)科研實驗過程中，經(jīng)常需要對植物根系中的各類根進行數(shù)量、長度及生理指標(biāo)分析，作為研究植物根系生長狀況的必要手段。從農(nóng)田取出的植物根系上粘有大量的土壤，要進行根系分析實驗，首先需要將根系所粘連的大量土壤清洗掉。當(dāng)前對于此類根系的清洗，主要采用人工清洗，這種方法費時費力，且嚴(yán)重浪費水資源。根系中包含主根、側(cè)根和須根，這些根相互之間位置關(guān)系復(fù)雜，大量土壤都在整個根系的內(nèi)部。人工清洗很難將根系內(nèi)部清洗干凈，且常常因力量過大導(dǎo)致須根和側(cè)根斷裂，不利于后續(xù)實驗的進行。針對人工清洗費時費力，且無法徹底清洗干凈的事實，研究人員進行了根系清洗機的開發(fā)，但由于根系較為復(fù)雜大多很難保證清洗干凈。

超聲波清洗技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用，利用超聲波空化作用可以有效的清除基體表面污垢。超聲波清洗具有清洗速度快、洗凈度高、且不受表面復(fù)雜程度的影響，即使是微小盲孔、細(xì)小狹縫等也都可以得到很好的清洗。但當(dāng)前開發(fā)的超聲波清洗機大多用于金屬零件、電路板等清洗，用于植物類清洗的超聲波清洗機器較少，用于植物根系清洗的更是少之又少。

申請?zhí)枮?01220688947.2的專利公開了一種超聲波土壤根系提取機，但該實用新型所設(shè)計的超聲波清洗機結(jié)構(gòu)功能過于單一，無頻率、功率調(diào)節(jié)和淤泥排放功能。如果在超聲波清洗過程中選擇的超聲波頻率和功率不合適，超聲波空化作用會導(dǎo)致植物根系組織細(xì)胞內(nèi)強烈空化、振動、膨脹、壓縮和崩潰閉合，使細(xì)胞破裂。這不利于后續(xù)根系生理指標(biāo)測量，因此植物類超聲波清洗機應(yīng)該具有合適的頻率和功率。進一步，由于清洗的植物根系有所不同相應(yīng)的頻率和功率也應(yīng)該有所差別，因此植物根系超聲波清洗機應(yīng)具有功率和頻率調(diào)節(jié)功能。由于根系所附著土壤量非常大，相比于其它植物清洗，在清洗過程中機器下方會沉淀大量淤泥，如果不設(shè)置沉積槽和排泥裝置，會給清洗機器帶來較大困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中清洗機的功率和頻率調(diào)節(jié)不可調(diào)節(jié)，而且排除機器底部淤泥和根系損傷的問題，本實用新型的目的是提供一種超聲波根系清洗機，其具有調(diào)節(jié)清洗機的功率和頻率以及避免機器底部淤泥和根系損傷的效果。

本實用新型的一種超聲波根系清洗機，包括機身，其上方固定連接有頂部蓋板，頂部蓋板下方連接有清洗籃，所述清洗籃用于存放需要清洗的植物根系；

所述機身內(nèi)部設(shè)置有清洗室，清洗室內(nèi)設(shè)有清洗液；所述清洗室包括主清洗室，其用于清洗植物根系；主清洗室下方設(shè)置有土壤沉降室，土壤沉降室下方設(shè)置有沉積室；沉積室內(nèi)設(shè)置有排污器，所述排污器與驅(qū)動機構(gòu)相連，所述驅(qū)動機構(gòu)與集成控制器相連；沉積室伸出機身部分的下方還設(shè)置有排污孔；

所述機身內(nèi)側(cè)分別相向安裝有超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ，超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ分別與集成控制器相連，集成控制器用于調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ的頻率和功率；

所述超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ分別與固定在主清洗室外側(cè)的超聲換能器Ⅰ和超聲換能器Ⅱ相連，其分別用于將超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ產(chǎn)生的超聲波信號轉(zhuǎn)化為高頻機械振動并傳入主清洗室內(nèi)，使主清洗室內(nèi)清洗液中出現(xiàn)空化作用，從而對植物根系進行超聲波清洗。

進一步的，所述土壤沉降室為倒置錐形，用于將從植物根系清洗掉的土壤沉降進入沉積室。

進一步的，所述主清洗室上設(shè)置有溫度傳感器，其用于實時檢測主清洗室內(nèi)的清洗液溫度并反饋至集成控制器。

進一步的，所述頂部蓋板上方固定連接有與集成控制器相連的加溫裝置；加溫裝置上固定連接有加溫管，所述加溫管伸入清洗室內(nèi)并對清洗室內(nèi)的清洗液進行升溫加熱。

本實用新型通過溫度傳感器實時檢測主清洗室內(nèi)的清洗液溫度并反饋至集成控制器，再由集成控制器控制加溫裝置來對清洗室內(nèi)的清洗液進行升溫加熱，能夠達到為超聲波清洗提供恒溫環(huán)境的目的，保證了植物根系對于溫度的需求，避免了清洗過程中對植物根系的損傷。

進一步的，所述頂部蓋板上方固定連接有氣泵，氣泵上方設(shè)置有與集成控制器相連的電磁流量閥，電磁流量閥上固定連接有氣管，氣管下方設(shè)置有出氣頭，由出氣頭排出的氣體在清洗液中產(chǎn)生氣泡來加強超聲波的空化作用。

進一步的，所述出氣頭出口傾斜向下排氣，用于避免土壤顆粒進入氣管內(nèi)造成堵塞。

進一步的，所述頂部蓋板上方設(shè)置有氣管支架Ⅰ，主清洗室內(nèi)側(cè)設(shè)置有氣管支架Ⅱ，氣管支架Ⅰ和氣管支架Ⅱ用于支撐氣管。

進一步的，所述清洗籃包括若干根清洗籃立柱，每根清洗籃立柱上方設(shè)置有一個清洗籃掛鉤，清洗籃掛鉤固定于頂部蓋板下方；清洗籃立柱下方連接清洗籃底網(wǎng)，任意兩根清洗籃立柱之間設(shè)置有一張清洗籃側(cè)網(wǎng)。本實用新型利用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的清洗籃來放置需要清洗的植物根系，這樣使得植物根系上的土壤顆粒在清洗過程中容易脫落和清洗，提高了整個清洗機的工作效率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型利用超聲換能器Ⅰ和超聲換能器Ⅱ分別將超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ產(chǎn)生的超聲波信號轉(zhuǎn)化為高頻機械振動并傳入主清洗室內(nèi)，使主清洗室內(nèi)清洗液中出現(xiàn)空化作用，從而對植物根系進行超聲波清洗；而且在超聲波清洗過程中，集成控制器還分別對超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ的頻率和功率進行調(diào)節(jié)以避免超聲波清洗過程中對植物根系造成損傷。

(2)本實用新型通過溫度傳感器實時檢測主清洗室內(nèi)的清洗液溫度并反饋至集成控制器，再由集成控制器控制加溫裝置來對清洗室內(nèi)的清洗液進行升溫加熱，能夠達到為超聲波清洗提供恒溫環(huán)境的目的，保證了植物根系對于溫度的需求，避免了清洗過程中對植物根系的損傷。

(3)本實用新型的集成控制器還控制氣泵工作，通過氣管的出氣頭向清洗液內(nèi)排氣體以產(chǎn)生氣泡來加強超聲波的空化作用。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1是該實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是該實施例的無清洗籃俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是該實施例清洗籃的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是該實施例清洗籃的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是該實施例排污結(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是該實施例清洗籃放置位置示意圖；

圖7是該實施例氣管局部放大示意圖；

圖8是該實施例控制系統(tǒng)框圖。

其中，1-機身，2-溫度傳感器，3-主清洗室，4-土壤沉降室，5-沉積室，6-超聲波發(fā)生器Ⅰ，7-超聲換能器Ⅰ，8-超聲波發(fā)生器Ⅱ，9-超聲換能器Ⅱ，10-頂部蓋板，11-集成控制器， 12-加溫裝置，13-加溫管，14-氣泵，15-電磁流量閥，16-氣管，17-氣管支架Ⅰ，18-氣管支架Ⅱ，19-清洗籃底網(wǎng)，20-排泥絞龍，21-清洗籃掛鉤，22-出線孔，23-連接塊，24-線槽Ⅰ，25- 線槽Ⅱ，26-排污孔，27-排污蓋，28-軸承端蓋Ⅰ，29-軸承Ⅰ，30-軸承Ⅱ，31-電機，32-聯(lián)軸器，33-電機支架，34-清洗籃立柱，35-清洗籃側(cè)網(wǎng)，36-輸入按鍵，37-顯示器，38-軸承端蓋Ⅱ，39-出氣頭。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

如圖1-7所示，機身1作為整機外殼并對各零部件起到支撐作用，機身1上方設(shè)置有頂部蓋板10，通過螺栓與機身1固定連接。機器內(nèi)部清洗室為整體結(jié)構(gòu)，由主清洗室3、土壤沉降室4和沉積室5組成，主清洗室3設(shè)置在最上方主要用于清洗植物根系，清洗室3下方設(shè)置有土壤沉降室4，土壤沉降室4為倒置錐形，有利于清洗掉的土壤沉降進入下方沉積室5 內(nèi)。主清洗室3上方設(shè)置有四個連接塊23，用于主清洗室3與頂部蓋板10的固定連接。

機身1內(nèi)側(cè)相向固定安裝有超聲發(fā)生器Ⅰ6和超聲波發(fā)生器Ⅱ8，用于產(chǎn)生超聲波信號，超聲發(fā)生器Ⅰ6和超聲波發(fā)生器Ⅱ8均帶有頻率調(diào)節(jié)模塊和功率調(diào)節(jié)模塊。超聲發(fā)生器Ⅰ6和超聲波發(fā)生器Ⅱ8分別與固定安裝在主清洗室3外側(cè)的超聲換能器Ⅰ7和超聲換能器Ⅱ9相連接。超聲換能器Ⅰ7和超聲換能器Ⅱ9將超聲波信號轉(zhuǎn)化為高頻機械振動并傳入主清洗室3內(nèi)，使主清洗室3內(nèi)的清洗液中出現(xiàn)空化作用，從而對植物根系進行超聲波清洗。

主清洗室3上設(shè)置有溫度傳感器2，溫度傳感器檢測端位于主清洗室3內(nèi)部，接線端位于主清洗室3外側(cè)，溫度傳感器2用于檢測反饋清洗液溫度。頂部蓋板10上方固定連接有集成控制器11，集成控制器11上方設(shè)置有輸入按鍵36和顯示器37。頂部蓋板10上方固定連接有加溫裝置12，加溫裝置12上固定連接有加溫管13，加溫管13在下部水平方向分成兩根，加溫管13用于對清洗室內(nèi)的清洗液進行升溫加熱。

頂部蓋板10上方固定連接有氣泵14，氣泵14上方設(shè)置有電磁流量閥15，電磁流量閥 15用于控制氣體流量。電磁流量閥15上固定連接有氣管16，氣管16下方設(shè)置有出氣頭39，出氣頭39出口傾斜向下排氣，可以避免上方清洗掉的土壤顆粒進入氣管16內(nèi)造成堵塞。出氣頭39排出的氣體可以在清洗液中產(chǎn)生氣泡，氣泡能夠在清洗過程中加強超聲波的空化作用。頂部蓋板10上方設(shè)置有氣管支架Ⅰ17，主清洗室3內(nèi)側(cè)設(shè)置有氣管支架Ⅱ18，氣管支架Ⅰ17和氣管支架Ⅱ18用于支撐氣管16。

清洗籃由清洗籃底網(wǎng)19、清洗籃立柱34、清洗籃側(cè)網(wǎng)35和清洗籃掛鉤21組成，用于存放需要清洗的植物根系。清洗籃立柱34有四根，四根清洗籃立柱34下方設(shè)置有清洗籃底網(wǎng) 19，四根清洗籃立柱34之間設(shè)置有四張清洗籃側(cè)網(wǎng)35，四根清洗籃立柱34上方設(shè)置有四個清洗籃掛鉤21，清洗籃掛鉤21可掛放在頂部蓋板10上。

其中，清洗籃可以采用其他結(jié)構(gòu)，比如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的編制袋或是鏤空網(wǎng)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的其他能夠盛放需要清洗植物根系的容器。

在本實施例中，排污器采用排泥絞龍來實現(xiàn)，也可以采用其他現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，此處將不再累述。而且本實用新型中的驅(qū)動機構(gòu)采用電機來實現(xiàn)，也可以采用其他傳動機構(gòu)比如液壓控制機構(gòu)來進行驅(qū)動排污器工作。

在本實施例中，沉積室5內(nèi)設(shè)置有排泥絞龍20，沉積室5兩端設(shè)置有軸承端蓋Ⅰ28和軸承端蓋Ⅱ38。軸承端蓋Ⅰ28和軸承端蓋Ⅱ38內(nèi)分別設(shè)置有軸承Ⅰ29和軸承Ⅱ30，用于支撐排泥絞龍20。機身1內(nèi)部設(shè)置有電機31，電機31通過電機支架33與機身1底部固定連接。電機31通過聯(lián)軸器32與排泥絞龍20連接，從而為排泥絞龍20提供動力。

沉積室5伸出機身1部分的下方設(shè)置有排污孔26，排污孔26利用排污蓋27蓋住。頂部蓋板10上方設(shè)置有出線孔22，超聲波發(fā)生器Ⅰ6、超聲波發(fā)生器Ⅱ8、溫度傳感器2及電機 31的電源線和控制線，可以通過出線孔22穿出機身1，從而與集成控制器11和外部電源連接。頂部蓋板10上方設(shè)置有線槽Ⅰ24，用于放置氣泵14和電磁流量閥15的控制線和電源線。頂部蓋板10上方設(shè)置有線槽Ⅱ25，用于放置加溫裝置12的控制線和電源線。

由圖8可知，集成控制器11為控制系統(tǒng)核心組成部分，集成控制器11可以通過輸入按鍵36和顯示器37和操作人員進行信息交互。溫度傳感器2檢測溫度后將電信號傳輸?shù)郊煽刂破?1進行識別處理，集成控制器11進一步控制加溫裝置12進行加溫工作或停止加溫工作。集成控制器11可以調(diào)節(jié)電磁流量閥15，從而控制出氣頭39的出氣量。集成控制器11 能夠與頻率調(diào)節(jié)模塊和功率調(diào)節(jié)模塊進行信息交互，從而實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)，并進行實時跟蹤。超聲波頻率信號由集成控制器11的PWM口輸出，經(jīng)功率放大和阻抗匹配后驅(qū)動超聲換能器Ⅰ7和超聲換能器Ⅱ9激發(fā)超聲波進行清洗工作。集成控制器11根據(jù)反饋信號進行頻率和功率的跟蹤調(diào)節(jié)。

本實施例利用超聲換能器Ⅰ和超聲換能器Ⅱ分別將超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ產(chǎn)生的超聲波信號轉(zhuǎn)化為高頻機械振動并傳入主清洗室內(nèi)，使主清洗室內(nèi)清洗液中出現(xiàn)空化作用，從而對植物根系進行超聲波清洗；而且在超聲波清洗過程中，集成控制器還分別對超聲波發(fā)生器Ⅰ和超聲波發(fā)生器Ⅱ的頻率和功率進行調(diào)節(jié)以避免超聲波清洗過程中對植物根系造成損傷。

本實施例的具體工作過程如下：

開始工作前將排污孔26下方的排污蓋27蓋好，防止加入的清洗液泄露。向清洗室內(nèi)添加清洗液。將需要清洗的植物根系放入到清洗籃中，并利用清洗籃掛鉤21將清洗籃掛放在頂部蓋板10上。接通外部電源，并為集成控制器11供電開機。

打開氣泵并利用集成控制器11調(diào)節(jié)電磁流量閥15，為清洗過程提供氣泡輔助強化超聲波空化作用。開啟溫度傳感器2和加溫裝置12，監(jiān)控主清洗室3內(nèi)清洗液溫度并進行加熱升溫，當(dāng)溫度達到要求后停止升溫。溫度升高清洗液的粘滯系數(shù)及表面張力系數(shù)會下降，空化作用閾值也相應(yīng)下降，有利于空化作用產(chǎn)生。

但溫度升高時清洗液產(chǎn)生的蒸汽壓同時增大，會降低空化作用強度。因此實際應(yīng)用中要兼顧溫度對兩方面的影響，綜合考慮植物根系的生理特性，系統(tǒng)溫度應(yīng)控制在25-50℃之間。在加工過程中若主清洗室3內(nèi)溫度降低，溫度傳感器2將溫度信號反饋給集成控制器11，集成控制器11控制加溫裝置12開啟，為清洗液加溫，保證整個清洗過程處于恒溫狀態(tài)。當(dāng)主清洗室3升溫結(jié)束后，集成控制器11控制超聲發(fā)生器Ⅰ6和超聲波發(fā)生器Ⅱ8開始工作。

根據(jù)不同根系清洗的實際經(jīng)驗，調(diào)節(jié)超聲發(fā)生器Ⅰ6和超聲波發(fā)生器Ⅱ8功率和頻率，頻率可調(diào)范圍在24-38KHz之間，當(dāng)頻率低于24KHz時植物根系在空化作用下易發(fā)生損傷，造成生理成分流失，不利于后續(xù)實驗指標(biāo)測量。當(dāng)頻率高于38KHz時，植物根系清洗不徹底，容易有土壤殘留。功率可調(diào)范圍在0-800W之間，當(dāng)功率低于380W時超聲波對植物根系清洗不徹底，易有土壤殘留。

當(dāng)功率超過550W時植物根系在超聲波空化作用下易發(fā)生損傷，造成生理成分流失，不利于后續(xù)實驗指標(biāo)測量。因此根據(jù)清洗植物根系種類的不同，超聲波功率選擇在380-550W 之間為宜。集成控制器11可以對超聲發(fā)生器Ⅰ6和超聲波發(fā)生器Ⅱ8進行單獨控制，兩者可以選擇不同的頻率，當(dāng)兩者頻率是兩者不同時，兩者之間會產(chǎn)生協(xié)同作用，對于超聲波清洗可以起到進一步強化作用。清洗完成或淤泥量超過沉積室5高度時，應(yīng)對機器內(nèi)的清洗液和淤泥進行排空。將排污蓋27打開，通過集成控制器11控制電機31帶動排泥絞龍20將淤泥和清洗液排出機器。

上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。