超声波清洗技术是一种利用超声波在液体中产生的空化效应来对污渍进行去除的清洗手段，空化效应是指超声波在穿过液体时会周期性改变液体的密度，一部分液体密度变大的同时，另外一部分会变小直至产生空隙形成气泡，能否形成气泡取决于声波的振幅，振幅较大则容易形成气泡，利用气泡不断地产生和消失来冲击污渍，这样就可以使污渍脱离物体表面，达到清洗的效果。该方式对于物体表面污渍的清洗效率极高，能够达到98%以上，是目前清洗效率最高的方式。

在我国国内该技术通常用于以下几个方面。首先是需要较大清洗强度的形状不规则的工业金属器件，这些金属器件通常难以用常规清洗手段完全去污。其次某些精密的光学器件如滤光片、摄像机镜头、树脂镜片等，通过常规的清洗方式容易损伤这些器件，所以通常采用超声波清洗。此外在黄金首饰清洗方面，因首饰的特殊结构常规的清洗方式很难彻底清洗，采用超声波清洗则更为彻底。

在国外，超声波清洗设备种类非常多，除了上述介绍的可清洗方面，国外一些公司在相对技术较难的高频超声波清洗方面也已经有了比较完善的设备。对于某些精密的电子器件，由于空化效应的清洗力较强，所以用此种方式进行清洗极易损伤其中的电路及元件，此时则需用到高频超声波清洗。美国的 Verteq、Imtec、ProSys 公司研制的高频超声波清洗机可以用来清洗微小芯片，其清洗机可以把 0.15 纳米的污染物清洗掉。高频超声波技术并非是利用空化效应对污染物进行清洗，在0.7MHz到1MHz的高频超声波下对芯片进行清洗并不会产生空化效应，清洗的力量较小，但是对于精密芯片来说该方法不会损伤芯片结构，是一种十分安全高效的清洗方式。

目前我国民用超声波清洗仪器通常都是将被清洗的物件放入清洗槽中进行清洗，并且功率较大，这样整个机器就会比较庞大不方便移动，只能在固定场所使用。本次设计希望制作一款便携式的超声波清洗仪器，能对实验室常见的试管、烧瓶等简单的玻璃或金属仪器进行清洗。为便携则需要的功率较小并且不需自带清洗池，设计目标是将控制部分与超声波发射部分分离，使超声波发射部分可以手持放入任意水池进行清洗。如果将传统的超声波清洗仪比作洗衣机，则可将本设计的清洗仪看作是一把刷子。如同洗衣机一般，传统清洗仪可一次性清洗多台器件，而本次设计的清洗仪则功率小且便于携带，还可以针对物品较脏的区域进行重点清洗。

2. 研究的基本内容与方案

本次设计利用超声波的空化效应制作一便携式超声波清洗仪，该超声波清洗仪主要分为三个部分，首先是供电部分，用于给其余部分进行供电。然后是超声波发射部分，该部分由超声波振子和金属震板构成，振子用来发射超声波，震板则是将机械能传入水中从而产生空化效应，此外该部分电压较大并且需要放入水中所以需要做较好的防水措施。最后是控制部分，控制部分拟准备采用89c51单片机进行控制，主要是控制超声波发射的部分。

供电部分的技术方案主要取决于超声波振子所需的电压以及功率，因为给单片机供电只需USB供电即可，但是振子所需功率和电压较大，所以可能需要变压设备。超声发射部分的技术方案难点在于超声波振子的选择，振子的频率应当在20~40kHz。此外振子的功率也需要考虑，振子功率太小则无法产生大量气泡进行清洗，太大则会使供电部分复杂无法达到便携目的，此部分应当进行实验以期望在功率合适的情况下达到最好的清洁效率，主要是对振子的频率、电压以及金属震板的宽厚进行测试。控制部分则是用89c51单片机进行操控，控制超声发射部分开关以及频率、振幅大小。

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