超声功率测量现状及大功率超声测量研究进展

超声功率是超声设备的一项重要量化指标。本文首先介绍了目前国内外超声功率测量和国际比对现状，以及国内外有关大功率超声测量的研究水平。介绍新建立的大功率平面超声源和大功率聚焦超声源，测量并比较了几种吸收靶的吸声系数，利用研制的吸收靶对大功率平面超声源和大功率聚焦超声源进行了功率测量。实验表明，基于吸收靶的大功率超声测量是稳定的、可行的。     

微细超声工作台的设计与微振幅测量

微细超声工作台是微细超声加工机床与微细超声振动辅助加工机床的关键零部件,其振幅值直接影响加工精度与加工效率。传统的振幅测量方法很难准确的测出微细超声工作台的微振幅。基于精密微三维运动平台的高分辨率,提出了一种恒力控制的微振幅测量方法,成功的测量出能精确到0.1μm的微振幅。首先对微细超声工作台中的微细超声振动系统进行了理论设计,然后采用基于恒力控制的超声振幅测量方法,对不同功率作用下的微细超声振动系统的振幅值进行了测量。     

螺杆紧固郎之万型振子的大振幅特性

对设计大功率超声振动系统,振子的大振幅特性是极其重要的。由于缺乏测量方法和合适的可变机械负载,大振幅特性从未测量过。采用瓦特表法和作者提出的可变机械负载阻,测量了最为有效和广泛应用的螺杆紧固郎之万型振子的大振幅特性,证明测量是成功的。作为一例,一个螺杆紧固的振子的最大机械输出功率大于1.5KW,在最佳声负载阻时,其电声效率高达96%。 一、引言 在大功率超声应用中,振子的大振幅特性(LAC)对于振动系统的合理设计是极其重要的。在超声处理中,往往要求给出振速和超声输出功率。大振幅特性(LAC)系指: (1)有效机械阻与振速的关…     

一种大功率超声振动子的实验研究

本文给出了一种大功率超声振动子的基本结构,从波动方程出发推导了各分段的位移及应变的表达式,同时给出了频率方程。采用微机辅助设计可计算出各点的位移值,应变值和尺寸。在研制过程中作者对国内传统的结构设计和装配工作作了较大的改进,理论值和实测值非常接近。本文所述振动子完全可以代替进口振动子,某些性能指标还超过进口同类产品。     

大功率纵-弯超声振动系统的研究

本文研究了一种大功率纵－弯昨合模式超声振动系统。该系统由两个纵向大功率夹心式压电超声换能器及一个均匀截面直棒组成。文中给出了该振动系统的具体结构及其共振频率设计方程。根据均匀直棒的纵向及弯曲振动理论，导出了振动系统中纵向及弯曲振动同频共振的条件。     

无工频变压器准开关模式超声清洗机

本文介绍一种工作频率为４０ＫＨz的无工频变压器准开关模式超声清洗机。其电发生器为一内含桥式自动频率跟踪电路的闭环自振系统，功效部分设计在准开关状态，且省去了笨重的工频变压器，故有高效、节电、频率跟踪可靠等优点；对换能器振幅进行调制，进一步提高了清洗效果；清洗容器可与换能器分离，故更换清洗液容易，便于多工序操作。本机主要用于清洗几何形状复杂的小型精密物件，也可用于乳化、分散及杀菌、消毒处理等。     

功率超声振动系统研究进展

本文对国内外近几年来在功率超声振动系统方面的研究进展情况作简要介绍，内容包括大功率纵振系统，弯曲振动和扭转振动系统，复合振动系统，大尺寸振动系统，在空气中产生功率超声的振动系统以及某些特殊用途的超声振坳系统等６个部分。     

复频超声换能器的研究

研究了一种具有多个共振频率的功率超声换能器，即复频超声换能器。换能器由一个纵向振动夹心式压电超声振子和一个弯曲振动薄圆盘复合而成。给出了换能器的理论共振频率方程，对实际制作的换能器的共振频率，等效电阻抗及有效机电耦合系数进行了实验测试，并对换能器的大功率工作性能进行了定性的测量及观察。实验结果表明，给出的换能器可以在不同的振动模式上工作，因此具有许多共振频率，且对应换能器不同的共振频率，换能器的等     

大功率低频超声场测量研究进展

大功率低频超声场的主要特点是有空化产生，这给声场定量测量带来困难，而该类声场的测定是超声清洗、声化学等超声液体处理技术中的基本问题，掌握声场分布和空化强度的信息对于衡量超声系统的性能及其处理效果至关重要。文章综述了迄今用于测量大功率低频超声场的各种方法，将其分为直接测量方法和间接测量方法两大类进行阐述，介绍了每种测量方法的基本原理，并对各自的优缺点进行了对比分析。最后介绍了一些国内外的相关测量设备，结合大功率低频超声场测量领域目前的研究现状，探讨了今后该领域急需解决的问题及其发展方向。     

B4 用染色法记录液体中大功率超声场的分布

利用染料在纸上染色可以方便，快速地记录液体中大功率超声场的分布，本文给出这一套验研究的结果，表明该方法在声化学和超声清洗等大功率超声液体处理应用中，对于测量空化强度的空间分布是一种实用，可取的方法。     

一种基于DDS的三频点标准超声功率源的设计

结合理论方法研究和具体硬件的设计,提出一种基于铌酸锂单晶基片的三频点标准超声换能器,由单片机控制DDS芯片产生3种频率的正弦信号,经过高频运算放大器电路,对标准超声换能器激励输出标准超声功率,从而形成三频点标准超声功率源,可作为一种超声功率传递标准。三频点标准超声功率源实现了18.9MHz高频超声波的输出。和英国NPL测量比对的结果显示,3个频率点上的超声功率值误差均不大于±5%,验证了三频点标准超声功率源输出数据的有效性。     

Long-Term Stability of the NIST Standard Ultrasonic Source

The National Institute of Standards and Technology (NIST) Standard Ultrasonic Source (SUS) is a system comprising a transducer capable of output power levels up to 1 W at multiple frequencies between 1 MHz and 30 MHz, and an electrical impedance-matching network that allows the system to be driven by a conventional 50 Ω rf (radio-frequency) source. It is designed to allow interlaboratory replication of ultrasonic power levels with high accuracy using inexpensive readily available ancillary equipment.The SUS was offered for sale for 14 years (1985 to 1999). Each system was furnished with data for the set of calibration points (combinations of power level and frequency) specified by the customer. Of the systems that had been ordered with some calibration points in common, three were returned more than once to NIST for recalibration. Another system retained at NIST has been recalibrated periodically since 1984. The collective data for these systems comprise 9 calibration points and 102 measurements spanning a 17 year interval ending in 2001, the last year NIST ultrasonic power measurement services were available to the public.These data have been analyzed to compare variations in output power with frequency, power level, and time elapsed since the first calibration. The results verify the claim, made in the instruction sheet furnished with every SUS, that “long-term drift, if any, in the calibration of NIST Standard Sources is insignificant compared to the uncertainties associated with a single measurement of ultrasonic power by any method available at NIST.”     

桥式推挽结构超声激励电路性能分析

基于桥式推挽结构,设计了由两路正向单脉冲电压产生双极性电压效果的电路,提高了激励信号的能量,为超声无损检测激励电路的负向耐压低、供电电源复杂等问题提供了解决方案。该方案包括硬件实现和相关实验验证。脉冲回波检测实验结果证明:桥式推挽结构的超声激励可以提高回波的幅度,在相同实验条件下,回波幅度为单极性方波脉冲激励的两倍,等效于双极性方波脉冲激励的效果。该文方法可以提高超声激励电路的性能,为高性能便捷式超声激励系统的设计提供了理论和实验依据。     

用于大功率超声的电缆传输特征的实验研究

大功率超声电信号通过特种电缆传输时,其电流损耗比较大。为了解决该电信号的长距离传输问题,用4294A阻抗分析仪对单芯同轴电缆进行了有针对性的测试。通过改变电缆的负载电阻,获得了一系列电缆的输入阻抗随频率的变化曲线。当负载电阻比较小时,在一些特定的频率处,电缆的输入阻抗很大。这时,其电功率传输效率很低。当负载电阻比较大时,电缆的输入阻抗取极大值的频率位置发生改变。借助于电磁波在电缆负载端的反射和透射特征,分析了这些实验结果,探讨了这些实验结果对大功率超声电功率传输特征的影响,最后结合实验结果给出了大功率超声传输电缆的设计原则。     

聚合物多层微流控芯片超声波键合界面温度研究

针对聚合物多层微流控芯片键合,采用热辅助超声波键合方法实现了4层微流控芯片的键合,搭建了多界面温度测试装置,采用埋置热电偶的方法测试了三个被封接界面的温度场,研究了单独超声波作用和热辅助超声波键合法中各界面的温度并进行了比对.温度测试实验结果表明,在顶层热辅助温度70℃、6μm振幅、30kHz频率、100N超声波焊接压力和25s超声波作用时间下,基于热辅助的多层超声波键合方法可以使各键合界面的温度基本一致,从而实现多层微流控器件的多个界面键合质量一致.本文的研究为聚合物微流控器件的超声波多层键合机理研究提供了有益借鉴.     

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。     

基于超声波电机的移动焊接机器人焊枪精密定位控制系统研制

为了实现移动焊接机器人焊枪的精密定位控制,提出了焊枪跟踪控制时基于调整电机微步导通时间实现无位置传感器开环精密定位控制的控制系统设计方法.在控制系统设计中充分利用EDA和单片机技术各自的优点,采用CPLD和单片机相结合,实现了双行波超声波电机微步控制.实验证明该控制器可控精度高、可靠稳定、可维护性强,不需要高精度位移传感器就可控制焊枪达到很高的定位精度.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,在基于环形行波超声波电机驱动的XY平面精密定位控制中具有普遍的应用意义.     

微流控芯片微沟道的超声压印制作

作为一种新型聚合物微结构成形方法,超声波压印具有成形速度快和基片整体变形小的特点,但是微结构在较大面积成形时存在均匀性较差的问题．本文面向微流控芯片中微沟道的超声波压印成形,通过设计正交实验和有限元仿真研究的方法,分析了超声压印工艺参数对微流控芯片成形质量和均匀性的影响原因及规律．结果表明,可以通过优化超声波压印压力、振幅和超声波作用时间提高压印均匀性．其中超声波压印压力对成形精度和均匀性的影响最大．采用优化后的工艺参数进行实验,在48mm×32mm面积的PMMA微流控芯片基片上成形了微沟道,微沟道的复制精度优于95．6％．片上3点的均匀性为98．0％．     

医学超声内镜中同步编码激励技术的设计与实现

为了提高医学超声内镜系统中的探测深度、分辨率及成像质量,在超声内镜成像系统中采用编码激励技术,首次将普遍用于开关电源电路设计中的"半桥"电路引入超声内镜编码激励电路.在只有正电压电源供电的情况下产生正负高压激励脉冲,利用电机转动的编码信号,设计了基于CPLD的同步编码激励电路,在保证与超声内镜主机FPGA同步的基础上,简化了超声内镜系统内信号的传递.实验中,同步编码激励电路发射的编码激励信号与理论码型一致,通过人体体模实验,获得的回波波形幅度达1.0Vpp,噪声20×10-3VPP~30×10-3Vpp,信噪比高达34 dB,波形与仿真结果一致.