基于级联9电平技术的大功率超声波电源*

为了提高超声波电源的输出功率,该文提出了一种基于级联9电平技术的大功率超声波电源。电源逆变部分由两个H桥单元级联组成,经过一定的控制策略实现输出电压为9电平波形,可以显著提高超声波电源的输出功率,改善输出电压的波形质量。提出一种电压差法跟踪换能器的谐振频率,只需采样3个电压,根据3个电压之间的数值差调节输出频率。通过分析该超声波电源的系统结构、工作原理及控制策略,并进行仿真实验,验证了该方案的可行性和有效性。     

频率自动跟踪超声波电源设计

针对超声波电源工作时负载状态改变,换能系统产生谐振漂移的问题,提出了一种基于STM32的频率自动跟踪超声波电源的设计。电源逆变电路采用带辅助网络的全桥结构,阻抗匹配电路选择了一种改进型的T型匹配网络,应用PWM移相调功技术控制电源的输出功率,通过数字鉴相技术得到电压电流的相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32主控制器进行PI控制,调节PWM波的输出频率使电路始终工作于谐振状态,实现了谐振频率的自动跟踪。最后基于该设计方案,实际制作了一款应用于超声波清洗仪的电源,并通过实验验证了该电源具有输出功率稳定,负载适应性强,输出频率自动跟踪等特点。     

基于改进PSO的超声雾化电源频率跟踪研究*

超声波雾化技术由于其良好的雾化效果获得了广泛关注，具有极大的研究价值和应用前景。但是在超声雾化的过程中，由于换能器的温度变化、刚度变化以及在水中的负载变化等因素，会产生谐振频率漂移的现象。当工作频率偏移谐振频率时，将造成换能器的工作效率降低和元器件损坏等问题。针对此问题，设计了基于改进粒子群算法优化PID参数的超声雾化电源频率跟踪算法，并对该算法进行频率跟踪的仿真验证和实验对比，在频率跟踪上实现了更好的效果，使换能器能够稳定工作在谐振状态，提高了电源的利用率。     

超声振动系统频率自动跟踪的模糊控制算法研究

针对大功率超声应用中,工作频带窄、频率跟踪速度要求快的特点,提出将模糊控制智能算法（Fuzzy Control）和数字频率直接合成技术（DDS）相结合的频率自动跟踪方案,依据经验归纳制定模糊控制器来快速跟踪工作频率,将驱动频率调节至谐振频率附近;随后只采用DDS进行频率的微调节,使得电源频率工作在超声换能器的谐振频率点上。最后,通过在MATLAB软件中对控制算法进行验证,表明本文算法具有可行性,能够实现对大功率超声波电源的频率自动跟踪。     

基于最小电压法的超声换能器谐振频率自动跟踪*

首先分析了最大电流法跟踪超声换能器谐振频率的原理及应用范围。研究了基于由串联电感和并联电容匹配电路下,不同频率时换能器两端电压电流的变化规律。研究表明在串联电感和并联电容匹配电路下发生谐振时,换能器两端的电压最小而电流并非最大。由此形成了采用最小电压法跟踪谐振频率的自动跟踪策略,并给出了该方法的具体实施步骤。论文研究结果为换能器谐振频率的自动跟踪方法提供了新的选择。     

超声电源频率自动跟踪的模糊控制算法研究

针对大功率超声应用中工作频带窄、频率跟踪速度要求快的特点,提出将模糊控制智能算法和直接数字频率合成技术相结合的频率自动跟踪方案。依据经验归纳制定模糊控制器来快速跟踪工作频率,将驱动频率调节至谐振频率附近。随后只采用直接数字频率合成技术进行频率的微调节,使得电源频率工作在超声换能器的谐振频率点上。最后,通过在MATLAB软件以及实验测试对控制算法进行验证,表明本文算法具有可行性,能够实现对大功率超声波电源的频率自动跟踪。     

超声波电源中数字鉴相器设计

超声波电源系统中电压电流相位差测量精度影响着换能器振幅稳定性以及系统工作效率。目前基于异或门原理,采用分立数字芯片实现鉴相的方案,存在信号调理电路复杂、线性范围小、精度低等问题。为提高电压电流鉴相精度,该文提出了一种数字鉴相器设计。该数字鉴相器采用正交解调原理鉴相,并使用坐标旋转数字算法在FPGA上实现了鉴相器的设计,简化了电路,减少了杂散信号的干扰。经过Modelsim仿真测试表明在30 dB信噪比条件下鉴相误差为0.21°,最后经过实验测试,数字鉴相器鉴相最大误差绝对值为0.256°,提高了测量精度。     

超声波管道防垢除垢器

超声波管道防垢除垢器该装置由超声波电源、传输线及超声换能器三部分组成。其防垢机理为“空化效应”。工作过程为：超声波电源通过传输线将２２０伏、５０赫交流电的电信号加在换能器上，换能器的压电振子由此产生压电效应，将电信号转换为机械振动，在每秒２０～３０Ｋ...     

测试大功率超声清洗机功率和效率的简易方法

从大功率超声清洗机电源输入到换能器的电流、电压波形皆非正弦波形。采用本文介绍的求和近似法,可以测试电流、电压的有效值以及平均功率。我们用求和近似法对大功率超声清洗机电源的电流、电压、电功率以及输入到超声换能器的电流、电压、电功率进行了测试,并用量热法对清洗槽获得的声功率也进行了测试。由测试结果计算出电源和超声换能器的效率。与已发表的结果比较接近。该方法可靠、直观、而且成本低,适合于生产厂家在现场进行测试与实验。     

复合频率超声波清洗声场均匀性研究

采用计算机摸拟技术,设计加工了一种复合频率超声波清洗槽,在同一个声波发射面(槽底)上,粘接3组不同频率的超声波换能器振子。在大功率实用状态下,研究测试了清洗槽内各单一频率及复合频率时声场电压的相对分布情况,并在染料水溶液中用铜版纸真实记录了单一频率及复合频率的声场分布情况。结果表明,复合频率的超声波清洗比传统的单频超声波清洗效果更好,充分发挥了不同频率的声波特性,消除了驻波场,使声场更加均匀。     

基于NI ELVIS的超声换能器参数测量系统设计

为了满足超声换能器快速筛选的要求,在对超声换能器参数导纳圆法测量原理进行分析的基础上,利用NI ELVIS平台搭建了一种结构简单的超声换能器参数测量系统。采用点频法实现高精度、快速的导纳测量,采用最小二乘法拟合得到导纳圆,进而完成超声换能器诸参数的计算。基于LabVIEW软件平台编写了相应的软件系统。针对40 kHz超声换能器的测试表明,所设计的超声换能器参数测量系统精度高、处理速度快,且结构简单、便于使用。     

非线性工作状态压电换能器匹配技术

针对压电换能器在大功率下存在复杂非线性而导致匹配参数难以优化的问题,以大功率超声金属焊接为例,通过采集测试焊接过程换能器两端电压的幅值与频率,建立换能器反谐振电阻与驱动电压有效值、频率之间的数学模型;提出基于反谐振电阻模型的最优功率匹配方法,推导了匹配电感电容的计算公式。最后实验验证了数学模型的准确性,且当换能器输入功率在最优功率附近时,匹配网络电能传输效率最高。     

功率超声换能器辐射声功率的激光干涉测量

利用激光干涉仪,绝对测定超声换能器表面的振动位移并由此而确定超声换能器的辐射声功率,对一增幅杆型的超声换能器辐射声功率测量的实验结果表明,在本文的声功率测量范围内,空化对换能器表面的振运移测量影响不大,而且该换能器的电声功率转换效率经实验测定可达到０．４０。     

一种基于互易原理的超声功率新测量方法

本文从换能器的互易原理出发，利用平面波自易校准法获得换能器的自由场发送电流响应．根据平面活塞型换能器的衍射规律，推导出发射声功率的表达式．由此计算互易换能器在给定驱动电流（或电压）作用下的辐射超声功率．基于上述原理，使用自易校准装置测量了互易换能器的声功率一频率曲线．估计的测量不确定优于±20％．     

超声换能器并联谐振频率的复合式跟踪方法研究

为了使超声换能器适应变化比较剧烈的负载,本文通过分析超声换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性和实际需求特点,利用变压器初级匹配方法得到了更好的频率特性,并对比了换能器空载和带负荷情况下的阻抗特性曲线,提出了复合式自动频率跟踪方法,空载时找到超声换能器最小电流的对应的频率点,加载过程中利用比例积分微分算法实现频率的快速跟踪。并对超声换能器在不同负载时的功率输出进行了实验,结果表明,复合式频率跟踪方法可以稳定地跟踪到超声换能器的并联谐振频率,能实现超声换能器的功率自调节,对提高换能器的工作效率和负荷适应能力具有实际的指导意义和应用价值。     

Microwave technology used to develop a solid state high power generator for ultrasonics

Conventional power generators for ultrasonic applications make use of design principles based upon audio and low frequency techniques. Using power combination technology originally developed for microwave and communication amplifiers, large amounts of power can be generated by combining the outputs of a number of low power transistors. The theory of hybrid transistor combining is explained and its application to ultrasonic power generators is illustrated. Matching an ultrasonic transducer to a transistor generator with the aid of a directional wattmeter is explained and a detailed example involving a piezoelectric transducer is given.