超声波电源频率跟踪系统的研究

当超声波换能器在长时间工作时,受发热的影响,谐振频率会发生漂移。为了保证超声波换能器一直工作在最佳谐振状态,本文提出了一种自动频率跟踪系统。该系统通过鉴相电路检测超声波换能器电压与电流的相位和方向,将PI调节频率变化大小与相位关系调节频率方向相结合来实现精确的频率跟踪。经过试验验证,该方法能够精确锁定最佳谐振频率并跟踪上超声波换能器的动态变化。     

一种确定换能器参数的方法

一、前言 大家知道,换能器工作在谐振频率时,可以用集总参数来表示换能器等效线路中的各元件。这对于分析换能器在谐振点的性能是有用的。但仅仅知道谐振点的等效线路是不够的。如果能够在谐振频率以外的其他频率也用等效线路的方法来描述换能器,这对于分析换能器和换能器阵的性能是很有用的。这样做的前提是承认等效线路的各参数是频率的函数,并且能够确定在各个频率下的等效线路的参数。知道了不同频率下各参数的值,就可分析和计算换能器的带宽,不同频率工作时的效率,换能器的相位变化、互辐射阻抗的大小和随频率的变化、互辐射对换能器和…     

基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子调谐研究

为减小超声波振子外接负载时其谐振频率漂移的幅度,使用机电等效电路法和COMSOL Multiphysics 5.3有限元仿真软件设计制造了一种基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子。对该超声波振子的谐振频率进行有限元仿真和现场测试。以超声清洗机为例,搭建与其原理相似的试验装置,以不同液面高度的水作为变幅杆的外接负载,探究在不同外接负载情况下,调节连接在变幅杆处压电晶堆的调谐电感对解决超声波振子谐振频率漂移问题的有效性。试验结果表明：随着水杯中液面高度的增加,超声波振子的谐振频率整体呈上升趋势;通过在变幅杆的压电晶堆处外接调谐电感,超声波振子的谐振频率会得到一定的补偿,可重新回归到原始设定的谐振频率值附近。研究表明在使用超声波振子进行超声辅助加工时,该超声波振子对减小外接负载引起的谐振频率漂移幅度具有一定作用。研究结果可为超声波振子的调谐提供新思路和新方法。     

基于单片机控制的超声换能器频率跟踪

根据超声波压电换能器在谐振状态下工作电流最大的特点,针对因负载变化或扰动导致超声压电换能器工作频率偏离固有频率的问题,设计了由单片机组成的A/D转换器及其输入输出电路组成的共振频率单闭环跟踪系统.在软件的支持下,改变单片机输出给超声功率电源的PWM波的频率,使A/D转换采集到换能器的负载电流的分流值达到最大,从而保证了超声换能器工作在最佳谐振状态.该文对设计方案的硬件和软件部分作了较为详细的分析,并给出部分硬件原理图.设计方案应用在超声乳化装置上时,实测误差低于0.5%.     

超声波大功率清洗机

介绍一种基于AVR单片机控制的超声波大功率清洗设备。详细地阐述了超声波清洗及换能器、控制器的工作原理及结构,给出了系统及结构的设计、单片机控制电路和功率放大电路的设计。为了使换能器的固有机械谐振频率与电路的谐振频率保持一致,工作时电路要时刻对换能器进行频率自动跟踪。经多年制造、使用经验证明,整个系统具有频率跟踪功能,恒功率清洗功能,且可以方便调节功率,满足工业清洗要求。     

一种有效减小换能器温飘的反声材料

由于受水温变化影响，换能器的谐振频率、电导等会产生飘移。这主要是由于换能器中使用的无源高分子材料受温度变化的影响，引起材料的弹性模量和密度变化，导致了材料的特性阻抗等声学性能发生变化而造成的。因此，减小无源高分子材料对温度的敏感性是解决换能器温飘问题的关键方法之一。本文通过分析水声换能器温飘主要产生的原因，对橡胶、纤维素质(软木)材料特性分析，软木复合材料电声性能测试以及两种材料制作的换能器在不同水温下谐振频率、电导性能试验对比，说明软木复合反声材料在减小换能器温飘、提高换能器性能稳定性方面有明显效果。     

三叠片压电复合换能器弯曲振动的比较研究

用瑞利法对三叠片弯振圆盘换能器在三种不同边界条件下的振动特性进行理论研究,推导了谐振频率及有效机电耦合系数的表达式,通过数值计算分析了复合换能器的谐振频率及有效机电耦合系数随换能器各结构参数的变化规律并进行比较研究,同时将计算结果与有限元模拟结果比较,结果表明不同边界条件下换能器的结构参数对谐振频率和有效机电耦合系数影响不同:在换能器结构参数一定时,自由边界条件下谐振频率最大,简支边界条件下最小,固定边界条件下次之;有效机电耦合系数随着金属片厚度、陶瓷片厚度和陶瓷片半径变化时,分别有一个最大值;其他参数一定时,有效机电耦合系数在简支边界条件下最大,自由边界条件下的值稍大于固定边界条件下的值。上述研究结果可为三叠片弯曲振动换能器的设计和实际应用提供一定的理论支持。     

Cymbal压电发电换能器有限元分析

通过建立Cymbal压电发电换能器的机电耦合有限元分析模型,计算分析了换能器结构参数对输出电压和谐振频率的影响以及外接负载对Cymbal换能器输出电压和输出功率的影响。研究表明,为了降低换能器的工作频率和提高换能器的输出电压,应增大换能器的空腔底部直径和减小换能器的空腔高度;在选择金属端冒和压电陶瓷厚度等参数时,应综合考虑换能器系统的刚度和外界振动源的频率特性和加速度特性;在任意一个频率点上,Cymbal换能器均存在一个最佳的外接负载,使得换能器的输出功率最大,而这个最佳的负载阻抗就等于Cymbal换能器在这个工作频率点上的输出阻抗。文中还提出并分析了基于外加预应力的多振子级联方式Cymbal压电发电换能器系统的结构。     

数字化超声波电源的设计与研究

超声波电源谐振状态的工作效率主要取决于超声波电源的匹配电路,当匹配电路达到谐振状态时,其功率越大、效率越高。为了使匹配电路与换能器工作时达到最大效率,减少因匹配电路没达到谐振状态所造成的效率降低的现象,该文设计了一款数字化超声波电源,对谐振状态下的超声波电源进行研究,采用Matlab/SIMULINK进行仿真,设计出相应的电路系统,并在自制超声波电源上进行实验测量。     

超声同步检波报警器

一、引言 超声同步检波报警器就是利用同步检波原理做成的一种超声报警器。其原理如方块图1所示,这是一种适合於密闭仓室内使用的高灵敏度入侵报警器。它由单频信号发生器、发射换能器、接收换能器、选频接收机、同步检波电路、高通滤波以及报警电路构成。 发射换能器既可用作把信号转换为声信号向仓室发射超声波,又可作为单频信号发生器的振荡元件,使发射的频率始终跟踪着换能器的谐振频率。 接收换能器的谐振频率完全与发射换能器一致。它把接收到的超声波转换成电信号送入选频接收机。此时,接收到的信号有仓室内的静目标回波、宽带的环境…     

纵弯转换超声振动雾化系统的振动特性与设计研究

提出了由纵向振动系统与弯曲振动圆盘组成的纵弯转换超声振动雾化系统的新型结构。通过理论分析和有限元分析,揭示了由换能器、变幅杆与工具组成的振动系统的各种谐振状态特性, 研究了系统的谐振设计方法。分析表明：新型雾化振动系统工作于负载谐振模式,其谐振频率主要取决于纵振动系统的结构,弯曲振动薄圆盘相当于系统的负载。当弯曲振动圆盘谐振频率与系统的谐振频率越接近时,系统的输出振幅越大。通过实验证明了理论研究正确性。     

小型高灵敏度气介超声换能器的工艺控制

一、前言 以空气为辐射媒质的气介式超声换能器,以往大都采用圆管式、夹心式、弯曲式等几种形式。其中弯曲式换能器由于具有较低的辐射阻抗,容易向气体中辐射超声波,因而常被优先考虑使用。在弯曲式换能器中,由于结构方式及支撑条件的不同,灵敏度的差异相差甚大。结构简单,制作方便的换能器,一般灵敏度不高,而高灵敏度的换能器,则结构工艺、支撑条件不易控制及制作。本文叙述用于超声控制器的一种小型气介换能器,在使用频率为40千赫左右时,其灵敏度比其它形式的换能器都高,而结构合理、工艺简单。适当控制工艺条件,换能器一致性较好。 二、…     

CTX-2型超声波搪锡器

一、概述 CTX-2型超声波搪锡器是小型台式搪锡器。超声波发生器与锡缸分体组合结构,整机热分布比较合理。由于本设备小型化、低能耗,所以特别适用于小型零件如电阻、电容、晶体管等元器件的引脚搪锡。 由于CTX-2型超声波搪锡器采用了自动频率跟踪技术,所以整机工作时,可始终处于最佳状态。 二、工作原理 本设备由电源、超声控制、功放、换能器、锡缸、温控及电热圈等部份组成。各部份的电气连接如下图所示。 振荡信号经放大后输出至换能器,调节振荡频率使换能器谐振,这就是调谐工作方式。亦可由换能器在接通电源的瞬间所产生的振动,经采…     

铁电驻极体空气耦合声换能器的研制

基于多孔聚丙烯铁电驻极体薄膜系统研制了平面型和球型聚焦空气耦合超声波换能器。平面型换能器孔径为20mm,两个球型聚焦换能器的孔径和焦距分别为20mm和35mm、30mm和40mm。使用激光干涉仪测得了三个换能器作为发射器工作时的带宽和谐振频率,并且将在脉冲回波模式下测得的换能器作为接收机工作时的响应与激光干涉仪测试结果进行比较。最后选择孔径为20mm的球型聚焦换能器,在脉冲回波模式下对不同直径孔的聚乙烯阶梯楔进行扫描成像。     

力负载对超声切割声学系统谐振频率及谐振阻抗的影响

针对在蜂窝复合材料超声波切割加工中,超声切割系统在受力之后会出现系统失谐,振幅不足甚至停振的现象,对声学系统受力之后的阻抗值以及谐振频率进行研究。利用四端网络法,通过分析变幅杆、压电陶瓷以及端盖等组成声学系统各部分输入输出特性,提出了声学系统的整体设计方程,得出了声学系统的阻抗值和频率方程以及负载﹑电流与振幅的关系式,并对超声切割系统的受力模型进行分析;通过对超声切割声学系统施加单向力,分析受力之后的声学系统阻抗值和谐振频率,得出声学系统受力对系统阻抗值和谐振频率的影响规律。实验结果表明:增加三个方向力之后,系统的阻抗值和谐振频率都会上升;随着力负载的增加,Y、Z方向施加力负载时的系统阻抗值比X方向施加力负载时增加得更快,而在系统谐振频率方面,X、Z方向施加力负载时谐振频率的增量比Y方向施加力负载时更大,在实际应用中应减小敏感方向的力;研究成果可为实际加工蜂窝复合材料提供理论指导。     

超声波在岩石中传播特性的初步探究

通过ZKY—SS声速测定试验仪、DS1042C数字示波器测定超声波通过岩石的频率，分析了超声波通过不同种类岩石的谐振频率、传播时间及速度。实验结果说明，超声波通过岩石的谐振频率趋于一致，在样品中，谐振频率最小的是含铁较多的粉砂岩，谐振频率最大的是普通的粉砂岩：超声波通过岩石的速度有较大的差别，分析认为这与岩石的密度和结构成分有关。     

VII型低频弯张稀土换能器研究

为了进一步提高VII型弯张换能器的工作性能,本文对VII型低频弯张稀土换能器课题研究作了总结:研究了弯张换能器各方向尺寸与其同相振动谐振频率之间的关系;计算了VII型弯张换能器壳体给驱动元件施加一定预应力时,壳体所需的装配位移的大小,并作了相应的实验验证;对研制出的换能器弯张壳体及换能器的振动模态进行了测试,与理论计算相符;测试了VII型弯张换能器的声学性能-水中呼吸模态对应谐振频率为1.16kHz,带宽为680Hz,机械品质因数Qm为1.71,单位电流发射响应在谐振频率处达到186.1dB,电声效率为13.1%;弯张换能器随入水深度的不同, 驱动元件两端所受到的总的预应力是不同的,计算了换能器入水深度与预应力的关系;利用赫姆霍茨积分方程—有限元结合方法,计算出了换能器辐射声场指向性。在本文最后,指出了今后改进该型换能器性能的方向。     

300MHz-500MHz和500MHz～700MHz声测用微波谐振腔的研制

研究单晶材料的声学性能所使用的超声波,较适合的频率为数百兆赫到数十京赫。在这样高的频率下,把压电换能器粘接在样品上来激发和接收声场的方法已不适用,需代之以表面激发技术。声表面激发的腔体有谐振式和非谐振式两类。非谐振式腔体频带宽、结构简单、制作方便,但激发效率低,而且其中心电极贴近样品的一个端面,在低温测量中容易在样品内部形成温度梯度,影响测量结果。     

超声微粒检测换能器的分析与设计

利用超声波在传播过程中遇障碍物会产生散射信号的特性进行微粒检测时,超声换能器的设计非常关键.通过对平面圆形活塞声源和凹球面聚焦声源的轴向声场分布比较分析,完成了超声微粒换能器的选型;基于一个假设的应用实例,对影响换能器性能的三个重要参数(焦距 D、晶片半径 a、和谐振频率 f)的确定原则进行了理论研究和仿真分析,给出了...     

全数字控制超声波金属焊接电源的设计

针对超声波金属焊接工艺的需求,设计了一种全数字控制的超声波焊接电源。该电源采用ARM嵌入式处理器,WINCE多任务操作系统,具有能量、时间及峰值功率控制模式。主电路采用移相方式控制全桥变换器,提出了一种新型的电流有效值偏差频率自动跟踪方法。电源同时具有自动谐振频率点搜索与存储、可编程的缓启动、可编程的幅度阶梯输出控制、可编程次品检测控制、基于ModBus协议的RS232/RS485通信接口等功能。