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。     

基于SPCE061A单片机的超声波清洗机设计

针对半导体器件、印制电路板等表面形状复杂且易损坏的器件,其表面污物难于清洗的状况,介绍了一种基于SPCE061A单片机控制的超声波清洗机.依据超声波清洗原理,分析了超声波清洗机的工作过程,对超声波清洗机的控制电路、驱动电路、频率自动跟踪技术、阻抗匹配及系统软件设计方法进行了详细介绍.该超声波清洗机可以实现频率自动跟踪、功率调节及定时等功能,另外有振荡、扫描两种工作方式可供选择.实验表明,该超声波清洗机工作可靠,清洗效果好.     

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%.     

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。     

超声波塑料焊机发生器研制的若干问题

本文从超声波塑料焊工艺特点和换能器特性出发，对发生器应具备的功能、技术关键进行了分析和研究。根据实际研究中出现的问题，设计了较为完善的频率自动跟踪电路，并对焊机的功率自动调节、电路匹配等技术关键进行了实验研究和探讨分析。     

超声果蔬清洗机匹配技术的研究

以160 kHz的超声果蔬清洗机为研究对象,设计了静态匹配电路。该电路由高频变压器实现阻抗匹配,串联电感实现调谐匹配。考虑到静态匹配只适合于换能器的一个谐振点,提出通过动态模拟换能器的工作状态来设计适合的匹配电感,使换能器在一定频率范围内,都可以维持在最佳状态。此外,为保证换能器参数变化后,仍能工作良好,设计了较实用的频率跟踪电路。     

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…     

基于STM32的频率和功率可调非接触供电超声电源设计

为解决接触式供电中漏电、磨损、电能传输不良以及超声电源在加工中谐振频率漂移、跟踪速度慢、输出功率不稳定等问题,文章以STM32单片机作为主控系统,设计了一种频率和功率可调的非接触供电超声电源。根据采样反馈电路采集的电压电流相位差和有效值信号,采用锁相环和模糊比例积分(Proportional Integral, PI)控制相结合的方法对频率进行跟踪,并用传统 PI 控制法控制输出功率。在 Matlab 软件中搭建电源仿真模型,利用附加电阻、附加电感和附加电容模拟加工过程中负载参数的突变,对有频率调节和功率控制子系统以及没有子系统的电源模型分别进行仿真。仿真结果表明,电源输出功率稳定在 248 W。当负载参数发生改变时,电源的谐振频率发生漂移,经过频率自动跟踪子系统的调节后,电源在 0.01 s 后重新回到谐振状态。此控制算法实现了频率快速跟踪和功率控制。     

超声点焊机的频率自动控制及其换能器

一、引言 超声波点焊工序(亦称超声波键合或超声压焊),是微电子工业不可少的工艺之一。在焊接中,如要获得可靠的焊点,除了微电子工业产品自身工艺质量外,超声波发生器的输出和换能器谐振频率的匹配就起着决定作用。但换能器的谐振频率不但取决于自身的几何形状,它还将随着温度变化及负载变化而变化。前者,是因换能器机电转换效率而形成的热积累、以及照明灯的热辐射和环境温度变化造成;后者,是换能器上劈刀安装位置不同及焊接时所加压力不同而形成的负载变化造成。如果当换能器工作的谐振频率发生微小变化时,整个系统的工作频率也能随之变化…     

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。     

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。     

超声波声压测试仪的研制

以驻极体传声器为超声波传感器,研制出超声波声压测试仪;实验表明,采用该测试仪测量水下超声波声压相对值,数据可靠;该测试仪主要应用于超声清洗设备清洗液中的声场分布的测量,以及超声波清洗设备制造时匹配电感的选取、超声发生器谐振频率调整过程中声场强度的测量。     

基于可编程片上系统的宽频带超声波电源系统设计

针对当前超声波处理装置的频率单一、专机专用等问题,提出了一种基于可编程片上系统(System-On-aProgrammable-Chip,SOPC)的新型宽频带超声波电源系统。该系统基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)可编程逻辑及数学运算等方面的优势,移植了NIOS II软核作为主控制器,移相脉宽调制(Phase-Shifted Pulse-Width-Modulation,PS-PWM)用于调频调功,正交相关电路检测输出电压与电流间的相位差。实验结果表明,该方案能在指定带宽范围内(20~40 k Hz)使超声波振子工作状态趋近于谐振状态。     

液面扫描式超声清洗效果分析

依据波的叠加原理及清洗槽内驻波场形成的特点,对在一个半波长行程内多次改变液面高度的超声清洗效果进行了实验研究。实验中用铝箔空化腐蚀法检验降低λ／4及三次降低λ／8液面高度的超声清洗效果,同时测量了液面高度变化对系统谐振频率的影响。结果表明,利用多次变液面的方法能获得比较均匀的超声清洗效果,且可以通过液面升降对物件进行“扫描”清洗;此外,结果还表明,在一个半波长行程中液面高度的变化对系统谐振频率影响不大,基本在换能器的频带内。     

基于力耦合的非谐振单元组成的超声变幅器设计

传统的超声振动系统全谐振设计方法要求组成超声振动系统的各个单元有相同的谐振频率,各个组成单元的结构尺寸由谐振频率确定,而超声珩齿系统中的齿轮结构尺寸是由它的使用要求决定,是非谐振单元,不能用全谐振理论设计,本文采用力耦合方法,将齿轮简化为环盘,将它和变幅杆组合并联合建立动力学方程,实现了非谐振单元组成的超声变幅器的设计。     

基于机械品质因数的全波压电超声换能器设计

针对全波压电超声换能器常规设计方法存在的尺寸参数较多、计算较复杂等问题,研究了一种利用机械品质因数设计全波压电超声换能器的方法.基于压电超声理论推导了全波压电超声换能器的频率方程,利用电学理论推导了全波压电超声换能器各组成部分的等效电路,利用等效电路求取了在任意等效截面处的等效机械阻抗,进而推导出全波压电超声换能器各部...     

声波测井压电换能器多频点阻抗匹配技术研究

针对声波测井压电换能器的多频点阻抗匹配技术展开研究,首先采用多模态等效电路精确描述了换能器的导纳特性;然后通过分析多模态阻抗匹配理论,设计电感-电容复合阻抗匹配网络,并结合换能器等效电路进行参数优化和电路仿真。实验表明,相比于换能器没有阻抗匹配的测试结果,该阻抗匹配技术可大幅提高换能器在谐振频率附近多个频率处的有功功率,频带内的有功功率平均提高了30倍,从而改善换能器的激励带宽和激励效率,提高测井仪器的适应性、探测深度和分辨率。     

稀土IV型弯张换能器研究

IV型弯张换能器低频发射时具有尺寸小、重量轻的特点,是一种常用的水下低频大功率声源。稀土超磁致伸缩材料相较于压电陶瓷拥有更大的应变量和能量密度,并且杨氏模量较小,可以有效降低换能器谐振频率。利用稀土超磁致伸缩材料作为激励材料,设计了一种低频IV型弯张换能器,对其静态磁场和动态磁场进行了分析,构建出双棒式磁路,并使用有限元分析软件进行了换能器的结构建模与计算。根据计算结果制作了稀土IV型弯张换能器样机,测试结果表明所设计的换能器与仿真结果吻合较好,水中谐振频率为370 Hz,最大声源级为196 d B,能够实现低频、大功率发射。     

The improvement of dynamic characteristics of ultrasonic therapeutic transducers using fine-grain PZT-based piezoceramics

Optimizing the dynamic resonant characteristics of ultrasonic therapeutic transducers depends most importantly on fine-grain piezoceramics with good resonant properties. In this paper, we prepare and compare modified Pb/sub 0.99/Sr/sub 0.01/[0.03(Mn/sub 1/3/Nb/sub 2/3/)-0.97(Zr/sub 0.51/Ti/sub 0.49/)]O/sub 3/ piezoceramics with 0.1 wt% CaCO/sub 3/ and 0.8 wt% PbO additives (PMZT3) synthesized by B-oxides precursor (BO) and conventional ceramic mixed-oxide methods (MO). Our experimental results show that the BO-type piezoceramics have better grain microstructure and better material properties [e.g., d/sub 33/= 340 pc/N, k/sub t/= 0.52, Q/sub m/= 1250, temperature coefficient of change rate of resonant frequency (TCF) = 0.01%/°C, and temperature coefficient of change rate of clamped capacitance (TCC) = 0.18%/°C]. We construct 1-MHz transducers using our BO and MO types of piezoceramics and examine their dynamic resonant characteristics as the transducers are driven by a power driver with open-loop control. Results show that the transducers with the BO-type piezoceramics have better dynamic characteristics, such as time stability (e.g., aging rate of resonant frequency at thickness mode = 0.26%/decade cycle, and aging rate of clamped capacitance = 0.55%/decade cycle) and temperature stability as BO-type piezoceramics. Furthermore, we observe that the clamped capacitance variation has more influence on the transducer dynamic characteristics than the resonant frequency variation, and we verify the observation from the partial derivative ratio of the transfer function derived by a simulated ultrasonic equivalent circuit system. It is concluded that the BO-type piezoceramics are better candidates than the MO-type samples for obtaining optimum dynamic resonant characteristics in ultrasonic therapeutic transducers.