随着人们日益增长的需要和科学技术的发展,无土栽培技术被广泛应用在瓜果蔬菜等这些需求量比较大的农产品的栽培中。无土栽培技术主要是通过人工模拟创造出植物根系所需要的生长环境用来代替天然的土壤环境,这一特点使农业生产不受自然环境的制约,让农业生产按照人的意志进行生产。雾培是无土栽培技术的一种,植物根系悬挂在培养箱内,将营养液雾化,植物根系从雾化空间吸取水和养分,是现阶段无土栽培技术最先进并应用最多的方法之一。雾培能够解决基质培的消毒、添加、更换等缺点,还能够改善水培植物根系因缺氧而腐烂的情况。目前,现有的雾化栽培都是将营养液雾化在培养箱内并没有直接喷向植物根系,这样会造成植物根系“外湿内干”的现象,因此本文设计了新型的超声雾化器,将营养液雾化并聚集,精准喷射到植物根系。本文主要的研究内容为:(1)超声雾化器结构设计。设计了两种超声雾化器:球壳聚焦超声雾化器和圆盘超声雾化器。首先,通过理论分析计算了两种超声雾化器的尺寸参数;其次,采用Ansys有限元分析软件对超声雾化器进行了模态分析,得到了雾化器的谐振频率和振型;最后,采用PV70A阻抗分析仪和MTI-2100光纤位移传感器对两种雾化器进行了阻抗测试和振幅测试,结果表明,仿真结果与实测结果一致。球壳聚焦超声雾化器是有由纵振驱动球面做弯曲振动,圆盘超声雾化器是由纵振驱动圆盘做弯曲振动。(2)超声雾化器性能分析。建立了两种超声雾化器的声场数学模型,仿真获得了超声雾化器的声场分布。对球壳聚焦超声雾化器和圆盘超声雾化器进行了雾化量测试,获得了两种超声雾化器的最大雾化量值。(3)超声雾培实验研究。搭建聚焦超声雾培系统实验平台,分别采用球壳聚焦超声雾化器和圆盘超声雾化器对生菜进行雾化栽培试验,研究了两种雾化方式对生菜根系的影响,通过湿度检测和根系增重的变化情况,确定适合植物根系进行雾培的雾化方式,对超声聚焦雾化的雾化量进行优化。试验结果表明,球壳雾化是适合植物根系进行聚焦雾培的雾化方式,且球壳聚焦超声雾化器的最佳雾化量为0.8ml/s。