压电超声换能器电端匹配下的电流反馈式频率跟踪

介绍了具有电流反馈式频率跟踪功能的超发生器的系统结构;详细阐述了电流反馈式频率跟踪的原理;在分析了匹配电路对压电超声换能器谐振频率影响的基础上,指出匹配条件下对压电换能器进行电流反馈式频率跟踪可能会误跟踪到非谐振频率点;进行条件下的电流反馈式频率自动跟踪方法的研究,进一步完善了电流反馈式频率自动跟踪方法。     

功率超声电源的频率跟踪电路

功率超声技术广泛使用在许多领域。由于其核心器件换能器的谐振频率在长时间工作情况下会漂移,就需要超声电源能够跟踪谐振频率的变化。提出一种基于锁相环的频率跟踪技术,设计了频率跟踪电路,详细说明电路参数的计算,利用仿真验证了设计的可行性,为实现频率跟踪提供了依据。     

一种超声清洗电源频率跟踪技术

针对超声清洗过程中超卢换能器谐振频率发牛漂移的问题,设计了一种由D触发器、单片机、数字电位器和压控振荡器组成的频率跟踪系统。该系统利用单片机检测超声清洗电源负载的电压、电流的相位差,并通过数字电位器来改变压控振荡器的输山频率。与其它频率跟踪方法梢比,该系统降低了程序编写的复杂性,电路简单且易于实现。     

功率超声加工中超声波发生器频率自动跟踪

为了解决超声振动系统谐振频带窄与振动系统频率漂移范围宽的矛盾,提出了PC机和单片机组成的频率跟踪系统.在此基础上将频率跟踪系统应用于功率超声珩磨加工,结果表明:此频率跟踪系统能稳定、实时地对振动系统的频率进行跟踪,使振动系统总工作在最佳的谐振状态,更好地实现了功率超声加工的工艺效果.     

电流反馈式超声发生器的频率跟踪研究

根据反馈电流，由单片机控制实现超声发生器的频率自动跟踪，试验分析了压电陶瓷换能器超声振动系统的频率与电流和振幅的关系。研究了电流反馈单片机控制频率的自动调正方法，提出了搜索电流最大值的变步长频率跟踪技术，以及保证稳定频率自动跟踪应考虑的问题，实现瞬间频率跟踪范围１６０Ｈｚ。     

超声压电换能器工作频率的温度自动补偿系统研究

超声压电换能器是中小口径超声波流量计的核心部件,工作环境温度会直接影响超声压电换能器的最佳工作频率,导致流量计计量不准确。以双通道超声波流量计为平台,设计了一个超声压电换能器工作频率的温度自动补偿系统。通过实验获取不同工作环境温度下的超声压电换能器最佳工作频率,并以性能最接近的两对超声压电换能器最佳工作频率的均值作为激励发射频率;设计了一个激励脉冲信号发射系统,根据工作环境温度通过查表法获取超声压电换能器的激励发射频率,自动完成超声压电换能器工作频率的温度补偿。通过实验分析了温度补偿系统对流量计渡越时间和流量标定的影响,结果表明:该系统能够实现超声压电换能器温度自动补偿;经过温度补偿的超声波流量计引用误差控制在1.5%之内,达到二级精度仪表标准。     

功率超声换能器夹持电容的在线检测的研究

为了解决大功率超声应用的换能器电端匹配问题,分析了超声波换能器在谐振频率三次谐波下的阻抗特性,给出了超声换能器三次谐波下的阻抗电路模型,并根据阻抗电路模型建立了对超声换能器的夹持电容实现在线检测简单、可靠性高的方法,实验证明该方法有效的,该方法可以在换能器工作 过程中随时检测夹持电容的变化,根据检测结果对匹配电感进行动态调整,实现真正意义上的换能器电端的动态,而大大改善匹配质量,提高系统的工作性能。     

串联谐振式电晕机高压电源的研制

为使该高压电源输出功率最大，提出了串联谐振式电晕机高压电源的研制方法．该方法采用频率跟踪的方法，有效克服了因不同负载给负载电流造成的影响，使高压电源始终工作在准谐振状态，使主功率开关器件始终工作在准零电流开通关断状态，实验结果验证了该方案的可行性．     

超声波钻谐振控制算法设计及试验验证

为解决小天体表面引力小及温差变化大难以实现锚固的问题,提出以超声波钻作为锚固工具并采用模糊控制和恒流控制相结合的策略,实现了低钻压力和高低温环境条件下的超声波钻钻进锚固。压电驱动的超声波钻将高频电能转化为高频机械振动,驱动钻具高频破碎岩石,具有极低钻压力的显著优势,尤其适用于弱引力小天体的钻进锚固作业。针对超声波钻的驱动,对超声波钻的谐振控制算法进行研究。首先,建立超声波钻换能器的等效电路模型,在等效模型基础上研究换能器的阻抗特性、负载特性、温度特性和滞后特性。其次,根据超声波钻的工作特性研究谐振频率识别算法、谐振频率跟踪算法和恒电流控制算法,针对谐振频率跟踪算法研究了基于递归最小二乘估计的频率跟踪算法和基于模糊控制的频率跟踪算法,并对实际控制效果进行对比分析。最后,进行常温常压和高低温环境下钻进试验,试验结果表明,在不同温度环境和不同的钻进对象条件下,所设计的谐振控制算法能够实现对超声波钻的稳定驱动。研究结果表明,所提出的模糊控制和恒流控制能够有效的在低钻压力以及不同温度下实现有效钻进。     

中功率数字超声波电源研究与设计

根据实际的需求设计了一款额定功率为2 000W的数字超声波电源。采用STM32F767作为该智能数字超声波电源的主控制器,完成整个电源的控制与处理。根据换能器的特性设计了一种LC串联型匹配电路,实现换能器的谐振匹配;根据阻抗匹配的要求设计了高频变压器,实现逆变器输出阻抗的匹配。为了解决在频率跟踪过程中,跟踪方向自动调节的难题,设计了一种方向自适应变步长频率跟踪算法,实现频率跟踪方向的自动调节;采用“开环+闭环”的复合功率控制算法对输出功率进行有效的调节。实际测试结果表明该智能数字超声波电源达到设计要求,且性能稳定。     

基于相控技术的钢板电磁超声检测方法

为了提高钢板中电磁超声回波信号,提出了一种基于相控技术的钢板电磁超声检测方法.研究了相控聚焦技术和钢板中电磁超声换能器的换能机理,通过多阵元组成激发换能器阵列,运用延时法使超声波在目标区等相位叠加,实现超声波聚焦,并在Q235钢板上采用分立式结构进行实验验证.结果表明:该方法有效弥补了收发换能器间声程差引起的相位偏移,激励电压一致时,658 mm处接收的回波信号幅值提高为中心换能器单独激发时的2倍;采用三阵元激励换能器阵列检测方法可实现缺陷处的超声波聚焦,520 mm处缺陷回波幅值提高为中心换能器单独激发时的1.83倍.     

大直径缸套功率超声振动珩磨装置的研制

介绍了功率超声振动珩磨装置,它是机、电、声一体化高新技术产品,是一种提高发动机缸套表面质量的新型加工设备,这种高新技术产品的组成及结构,可以广泛应用于机动车辆行业,详细地介绍了超声波发生器、换能器、变幅杆、弯曲振动圆盘、声振系统等各组成部分的工作原理及具体的设计和应用,最后,介绍它的优点,以便引起同行的重视,使这一高新技术产品尽快实现产业化并得到广泛的应用以便促进我国的民族产业的发展,适应加入WTO的需求,增加国际竞争力.     

新型换能器式大力矩超声波马达的研究

提出了一种新型换能器式大扭矩超声波马达，以四套频率特性一致的夹芯式压电超声波换能器在一弹性体圆环中激励弯曲行波，打破了传统行波超声波马达压电换能方式的功率限制，从而可以大幅度提高超声波马达的输出功率，从理论上研究了这种马达的工作原理及设计方法，由实验验证了这种原理超声波马达的可行性。     

压电超声换能器初级串联匹配新方法

在分析超声电源输出变压器的非理想性给压电超声换能器电端匹配带来不良影响的基础上,根据空芯变压器模型理论,提出了一种新型的压电超声换能器初级串联匹配法:取消常规的次级匹配电感,若由输出变压器和换能器所构成的整体负载在换能器机械谐振频率处呈感性,则可通过在输出变压器初级串接一个合适的电容实现功放电路和其负载间的共轭匹配,反之则串联一个合适的电感。性能对比实验表明,该匹配法较传统的次级串联电感匹配法进一步提高了匹配的准确度,能量的传递效果也得到改善。     

基于DDS技术的超声电源系统的设计

针对超声电源系统出现的频率跟踪慢、精确度低、振动系统失谐等问题,且为了克服传统PWM专用芯片产生频率漂移大的缺点,采用了直接频率合成技术(DDS)来产生高频信号,实现具有高稳定性、高精度性的大功率超声电源.为提高振动系统的功率因数,对超声换能器进行电感调谐匹配,并根据匹配端采样得到的电压、电流信号,提出了利用锁相控制技术来实现频率自动跟踪的方法.     

改善超声清洗中声场均匀性的研究进展

超声清洗是功率超声最为广泛的应用之一,清洗效果受各种条件影响。为了改善驻波声场对清洗效果的影响,分析了声场分布在超声清洗中的影响作用,综述了近年消除驻波、改善声场均匀性的超声清洗新技术,对超声清洗技术的发展作出了展望。     

Ultrasonic power features of wire bonding and thermosonic flip chip bonding in microelectronics packaging

The driving voltage and current signals of piezoeeramie transducer (PZT) were measured directly by designing circuits from ultrasonic generator and using a data acquisition software system. The input impedance and power of PZT were investigated by using root mean square (RMS) calculation. The vibration driven by high frequency was tested by laser Doppler vibrometer (PSV-400-M2). And the thermosonic bonding features were observed by scanning electron microscope (JSM-6360LV). The results show that the input power of bonding is lower than that of no load. The input impedance of bonding is greater than that of no load.Nonlinear phase, plastic flow and expansion period, and strengthening bonding process are shown in the impedance and power curves. The ultrasonic power is in direct proportion to the vibration displacement driven by the power, and greater displacements driven by high power (5W) result in welding failure phenomena, such as crack, break, and peeling off in wedge bonding. For thermosonic flip chip bonding, the high power decreases position precision of bonding or results in slippage and rotation phenomena of bumps. To improve reliability and precision of thermosonic bonding, the low ultrasonic power (about 1-5W) should be chosen.