变频式超声波发生器的高速锁相研究

用于超声键合工艺的超声波发生器是引线键合封装设备的主要装置,其核心与关键是频率自动跟踪与锁相速度。文中构建了一种变频式超声波发生器,并对其中的高速锁相进行分析。通过换能器的电流反馈,采用基于嵌入式的数字式真有效值试探算法,超声波发生器锁相速度比传统速度提高数十倍,达到高速锁相的要求,满足了换能系统工作时的高速谐振需求。     

一种频率可调超声波发生器设计

不同清洗物所需的清洗频段不同,需要接入的超声波换能器也不同。为了提高超声波发生器对不同频段换能器的适应性,设计了一种由上位机进行频率给定、锁相环电路进行频率跟踪的闭环控制系统。整个系统由STM32主控制器产生脉冲宽度调制(PWM)脉冲信号,控制EXB841优化驱动电路,驱动高频全桥逆变电路;通过阻抗匹配和输出电流的检测,保证作用于换能器输出的功率值最大。同时对于不同频段的超声波换能器,需要调整给定输入,保持发生器在频率基准值的一定范围内进行频率跟踪。超声波换能器测试样机工作频率点为28.8 kHz,最大功率1 500 W,将本系统接入后谐振频率保持在28.8 kHz左右,输出功率近似为最大值。经测试,该系统对于工作频率点为20~40 kHz的超声波换能器都具有较好的适应性。     

一种换能器频率跟踪与振幅稳定方法的研究

针对超声波换能器工作过程中换能器的谐振频率漂移及其振幅不稳定问题,对一种同时实现振幅稳定和频率跟踪的方法进行了研究。通过正交相关法对换能器匹配网络的复阻抗幅值与相位进行分析。通过比例-积分-微分(PID)控制算法对超声波发生器输出电压的频率和幅值进行调节,从而实现换能器频率的跟踪和振幅稳定。对频率28kHz的换能器进行了实验,实验表明,正交相关法和PID控制算法的结合能实现换能器的谐振频率跟踪和振幅稳定。     

高效率压电陶瓷超声推挤加工装置研究

针对波导管内壁的加工,提出了波导内腔超声推挤原理和装置,采用了具有频率自动跟踪系统的超声波发生器,自行设计了用于波导内腔超声推挤的压电陶瓷换能器,并设计给出了变幅杆--推刀振动子系统的谐振频率、位移节点、放大倍数等计算公式,测出了声学系统的电导--电纳特性,并进行了工艺试验,探讨了超声推挤过程.     

基于频率搜索和跟踪的压电超声电源设计

针对洁牙机的超声电源在工作时难以快速搜索到压电陶瓷换能器谐振点,长时间工作引起大功率器件发热量过大致使系统产生谐振漂移、不能稳定工作的问题,提出了一种基于频率自动搜索与跟踪的超声洁牙机驱动电源设计。该设计通过STM32单片机控制输出步进PWM,基于最大反馈电流设计变步长法快速搜索谐振频率;再利用相位检测技术将换能器输出的电压电流相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32单片机进行PID控制,改变PWM占空比调节电路的振荡频率使系统始终工作于谐振状态,实现谐振频率的自动跟踪,并基于此设计出超声电源电路与控制软件。实验结果表明,该超声电源能快速搜索到换能器的谐振频率,并对谐振频率自动跟踪,使系统能稳定、长时间地工作。     

基于LabVIEW的超声波换能器谐振跟踪系统

在超声换能器的工业应用中,谐振频移和阻抗变化是常见的现象,他们将导致换能器的效率变低和振幅不稳定。为了解决这一问题,文中开发一个驱动和测量系统来跟踪超声波换能器的谐振,它具有实时监视超声波换能器各性能参数的能力。Lab VIEW中使用PI控制算法来实现谐振跟踪。另外,该系统可以方便地运用于不同的换能器和负载条件。通过实验,验证了该系统的可行性与适用性。     

基于FPGA的引线键合超声电源的研究

为进一步提高热超声引线键合超声电源的自动频率跟踪速度及精度,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的超声电源设计方案.利用FPGA并行执行的特点,移位乘法器的流水线功能及数字增量式比例、积分及微分(PID)控制算法,缩短了回路控制时间,提高了自动频率跟踪的速度.采用高精度的直接数字频率合成(DDS)和数字锁相环技术,实现了高频率跟踪精度.实验表明,在空载及给定负载状态下,超声变幅杆从失谐状态到谐振状态仅需0.6～1.1 ms;频率跟踪误差不超过士50 Hz.     

基PSO-PID的超声电源频率跟踪系统设计

针对多数超声波电源存在频率漂移、跟踪性能差、易失谐,造成能量转换效率低、甚至设备损坏等诸多问题,设计了一种基于数字控制、可实现快速频率跟踪的超声波电源。将改进的粒子群算法(PSO)结合比例积分微分(PID)控制应用于频率控制过程,实现了启动瞬间及工作过程均能快速检测超声波换能器的谐振频率,并调整对应输出脉冲频率,使换能器工作于谐振状态,高效地将电能转换成声能。     

基于DSP的超声换能器频率跟踪系统

频率自动跟踪技术是超声波电源的一个重要特性。针对传统的超声电源频率自动跟踪系统的不足,如频率跟踪范围太窄,失锁相及频率误跟踪等问题,提出了一种基于模糊控制和直接数字频率合成(DDS)相结合的混合控制策略。即通过模糊控制器实现频率的粗调,结合数字信号处理(DSP)技术实现模糊控制,通过硬件使用DDS实现频率精确跟踪。试验结果表明,研制的超声波电源具有频率跟踪速度快、准确的优点,并能实现系统的稳定、高效运行。     

超声波电机的频率自动跟踪

随着超声波电机运行时间的增加,其谐振频率会下降,进而使电机速度降低。为保持电机速度的稳定性,该文提出了一种具有新颖的频率自动跟踪功能的超声波电机驱动源。它使用窗口比较器、可逆计数器、D／A转换器和压控振荡器实现频率跟踪功能。结合理论分析和LC谐振曲线,阐明了跟踪器的工作原理。实验结果表明这个方案是可行的。     

Ultrasonic motors

Ultrasonic motors represent an alternative to the conventional electromagnetic motor principle. They comprise a stationary resonator, which is excited to produce mechanical oscillations in the ultrasonic frequency range, and a passive rotor. The oscillating end of the resonator drives the rotor via a friction contact. Two newly-developed operating principles for ultrasonic motors based on rod-shaped resonators will be discussed. A single-mode drive utilizes the longitudinal oscillation of a tapered rod-shaped resonator, resulting in an ultrasonic motor with a single direction of rotation. The bimodal motor uses superimposed longitudinal and flexural oscillations and can easily be electronically driven in both directions. Ultrasonic motors are distinguished by high torques at low speed, a large holding torque when switched off and the absence of a magnetic field.     

Ultrasonic gas densitometer

The need for a compact device to monitor density of gases gave rise to an R&D project to look into the possibilities of using ultrasonic probes to measure density of gases. Through measurements of ultrasonic transducer impedance around the resonant frequency, it is shown experimentally and through simple theoretical considerations that the density of gases can be monitored using equivalent impedance of ultrasonic transducers placed in the medium to be monitored. The simple theory behind the principle and experimental results are presented in this paper. The promising results indicate that the technique can be combined with ultrasonic volumetric flowmeters to give mass flow without resorting to a separate density meter, as is the practice nowadays. The preliminary results obtained using nitrogen are presented here.<>     

低频超声清洗声场强度的测量

本文阐述了用于测量低频超声清洗声场强度的几种实用方法，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，最后介绍了国内外一些相关的测量设备。结合目前低频超声清洗声场测量方面的研究现状，探讨了今后该领域急需解决的问题。     

超声波在换能器接触界面传播的特性研究

在研究超声换能系统的过程中发现,系统存在非线性特性.引起超声波非线性的主要因素是换能器子结构接触界面上传递的不连续造成的.该文对超声波在超声键合换能器中的传播为研究对象,建立了超声波在单一均质材料和两种材料接触界面传递的一维数学模型,并采用机械动力学软件进行了仿真,推导出界面预紧力和超声波传播的关系,并试验测试了超声换能器在不同预紧力条件下,换能器换能杆末端振动速度和键合强度的变化规律.为超声键合换能器系统的设计、安装和维护提供了可靠依据.     

Ultrasonic two-axis rotation detector

A two-axis rotation monitor is described which determines the relative displacement between a pair of ultrasonic detectors using the phase difference of a continuous ultrasound wave generated by a single, distant source. The monitor has been used to measure head rotations around the vertical and horizontal axes, but can easily be adopted to other body segment rotations or translations. The device produces high sensitivity recordings of wide spatial and dynamic range. Although the device is quite linear with good isolation between channels, a computer-based linearization/calibration routine is described which further increases linearity and reduces crosstalk. The device is unobtrusive, inexpensive, and has proven reliable and easy to use.     

超声振动器件的内耗发热

采用红外线成像技术，对几种金属材料制成的超声振动器件的内耗发热进行了分析。发现45^#钢材供应状态试件内耗发热温升较快。钛合金和铝合金试件的内耗发热温升较慢，其最高温度约为45^#钢试件的1／18。合金钢试件经淬火热处理后，其内耗发热最高温度约为供应状态试件的1／4。     

超声波液位测量装置

在很多自动化工业生产系统中,需要对系统进行实时液位监测,而超声波具有指向性强、能量消耗缓慢、与被测物无需直接接触等优点,因此较为广泛地应用于液位测量之中.该文提出了一种超声波液位监测报警系统的设计与制作方法.系统以STC89C52单片机为核心,设计了超声波传感器测距、温度补偿、串口通信、Matlab图形编辑界面等硬件电路与系统软件部分,可以模拟出形象直观的液位动态变化图.测试表明:系统测量误差小于0.5cm,可以较为精确地进行液位测量,并且能够较为灵敏地反映液面的变化情况,具有一定的应用价值.     

基于STC89C52RC的超声波测距系统设计

本文介绍了一种基于STC89C52RC的超声波测距系统的工作原理及其硬件组成和相应的软件流程。硬件系统由脉冲发射电路、接收电路、温度补偿电路和相应的控制电路组成。软件部分采用单片机C语言程序编程,主要由键盘扫描、定时器/计数器初始化、超声波发射子程序、中断服务子程序和LED动态显示子程序构成。同时,为了提高超声波测距精度,采用温度传感器进行环境温度检测,对超声波的传播速度进行校正。实测证明,系统具有较高的测量精度和较强的适应性。     

换能器式直线超声马达

提出了一种仿行波双向超声波直线马达。该马达具有结构和驱动简单,可方便地实现正反向中运动等优点。在分析了该马达基本原理的基础上,研制了试验样机。样机的性能参数为：激励频率21．46kHz,预紧力3．2N时对应的最大移动速度为400mms/,预紧力1．6N时对应最大推力为2．1N.