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。     

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。     

基于电流和相位差的超声换能器频率自动跟踪

为了提高超声换能器频率跟踪的稳定性,通过对最小电流法和相位差法的原理和应用范围进行分析,提出了基于最小电流和相位差法相结合的并联谐振频率跟踪策略,该策略主要思想是将最小电流法运用于换能器空载阶段,相位差法运用于带载阶段,并且带载时的起始驱动频率取为空载阶段跟踪到的并联谐振频率。由此对最小电流法和相位差法这两种跟踪方法进行取长补短。基于该跟踪策略对换能器在不同负载下进行了实验,结果表明该策略可以快速地跟踪到换能器的并联谐振频率,并且工作稳定。     

R对RLC串联谐振测量方法的影响

RLC串联谐振电路实验是《大学物理实验》中的一个重要内容。一般教材采取通过测量电阻两端电压的谐振曲线来确定谐振频率,但发现此时U_r/U通常小于1,从而会感到疑惑。本论文分别从实验和理论的角度验证了通过测量电感和电容两端电压的谐振曲线来确定谐振频率的可行性。     

用锁相环电路跟踪压电换能器并联谐振频率区

本在介绍用PLL（Phase-Locked Loop锁相环）电路进行频率跟踪的原理和实质的基础上,给出一种够跟踪压电换能器并联频率fP区间的具体电路,并通过实验研究了匹配电感和负载等对电路跟踪性能的影响,结果表明,这个电路具有很好的频跟踪和功率自动调节性能。     

外接LC电路的可调压电换能器的频率特性

压电换能器往往因受到温度与负载的影响,导致其谐振频率、反谐振频率和机械品质因数等特征参数发生变化。通过在压电换能器中设计用于调节的压电陶瓷片,并在调节压电陶瓷片两端外接电负载,可以实现压电换能器的频率调节,修正由于温度和负载导致的频率漂移。基于压电换能器的Mason等效电路,建立外接LC调节电路的压电换能器的谐振频率、反谐振频率模型,分析LC调节电路中调节电感对频率调节特性的影响;通过实验研究外接LC调节电路对可调压电换能器机械品质因数的影响,并验证调节电感对频率调节特性的影响。理论分析和实验研究的结果表明:随着调节电感的增大,调节电容对频率的调节灵敏度提高,可调压电换能器的频率调节宽度拓宽,但也会使压电换能器的机械品质因数降低。合理选择调节电感和调节电容能兼顾频率调节宽度和机械品质因数的要求。此研究可为后续自适应压电换能器的频率调节系统设计提供指导。      

RLC串联谐振电路实验方法改进探究

针对传统实验方法存在操作繁琐、谐振点附近电压变化缓慢等问题,提出了改进实验测量的方法,通过测量电容电感两端合电压与信号源输出电压的比值随频率变化曲线来测定谐振频率。与传统实验方法对比表明,该实验方法不仅能达到与传统实验方法相同的实验结果,而且能改进实验操作,并加深学生从不同角度对电路谐振特性的理解。为RLC串联电路谐振频率的测量提供了新的思路和切实可行的实验方案。     

RLC串联电路谐振时电感和电容上的电压不是极大值

本文证明,RLC串联电路处于谐振状态时,电感和电容两端的电压(有效值)并不是极大值。并对“RLC串联电路”实验提出改进意见。把正弦信号源接在RLC串联电路上,如图1所示,保持信号源输出电压U(有效     

RL-C并联电路阻抗最大值的讨论

讨论了RL-C并联电路阻抗值随电感、电容,以及电源频率变化的关系,给出了3种情况下最大阻抗值和谐振时的阻抗值,论证了调节电源频率或电感达到谐振时,其阻抗模并非最大值.     

R.L.C串联电路谐振点测试的新方法

本文说明用测量电容与电感上的和电压寻找谐振点,比测量电阻上的电压寻找谐振点的方法能够取得较为准确的测试结果。做R、L、C串联谐振电路的实验,找准谐振点,是测试出曲线的一个关键问题。现在流行的教材,大都是以测试电阻两端电压U_R为依据,并以U_R最大时的频率值作为谐振点,用描点法作出幅频特性曲线。实验中,R的接入使回路的Q值减小,特性曲线平坦,如下图所示,在f_0附近的     

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。     

超声焊接全状态频率跟踪算法*

与超声塑料焊接相比，超声金属焊接负载重且变化剧烈，容易导致换能器出现无阻性点状态或者频率误跟踪。现有的频率跟踪方法往往只能在换能器有阻性点的状态下正常工作，在出现误跟踪时也无法自动复位。针对上述问题，本文基于梅森等效电路，推导出一种能够同时适配于谐振频率与反谐振频率，能够自行判断是否误跟踪频率跟踪算法。当换能器处于无阻性点状态时，算法将自动把跟踪目标变为相位差最小点，实现全状态频率跟踪。算法利用三个不同频率及其发波时换能器的电压电流相位进行计算，以此算出理想的频率跟踪步长和方向。最后通过MATLAB对算法进行仿真，验证算法在目标频率发生非线性变化时频率跟踪的效果。结果表明，新算法能够实现误跟踪的自复位和全状态频率跟踪，同时能在启动后10ms以内完成频率跟踪，跟踪精度达0.1hz。     

基于单片机的超声冲击装置频率跟踪控制和恒幅控制

对超声波冲击以提高焊接接头疲劳强度的装置进行了研究，研制出一台可用于实际冲击处理的样机。该样机以单片机为核心，采用自适应带通滤波器提取超声换能器工作的基波信号，在此基础上获得电流和电压的相位差，根据相位差用模糊控制方法来实现自动频率跟踪；通过电流控制执行机构的输出端振幅，使之恒定不变，对超声冲击处理的质量进行控制。该装置能够适应超声冲击这种负载变化十分剧烈的场合，并可实现准确的频率跟踪和保证冲击处理的质量及效率。     

Inductance–capacitance resonance effect in the magnetoelectric composites characterization system

This paper presents the inductance–capacitance (LC) resonance effect in the magnetoelectric (ME) composites characterization system. The measured magnetoelectric voltage coefficient is significantly affected by the LC resonance at the electromechanical resonant frequency, but not at 1 kHz, typically reported in the literature. Decreasing the measuring circuit inductance and/or capacitance helps to reduce the LC resonance effect. While it is impossible to completely eliminate the coil inductance and capacitance, they should be accounted for by proper circuit balancing. One can accurately calculate the sample intrinsic ME voltage coefficient knowing L and C of the measuring circuit. This study is helpful for designing and building the ME characterization systems.     

L-C耦合电路对散粒噪声探测器电子学噪声的影响

通过分析基于L-C耦合跨阻运放电路的散粒噪声探测器噪声来源,提出了电感的寄生电容对电子学噪声影响的分析模型,并进行了实验验证.研究表明,电感的寄生电容会增大跨阻运放的输入电压噪声增益,从而增加探测器的电子学噪声.当总电感值为1mH时,选用两个0.5mH的电感串联结构相比选用单个1mH的电感,探测器电子学噪声明显降低.由于电感的自共振频率越低,寄生电容越大,选用高自共振频率的电感有助于进一步降低电子学噪声.实验测量得到,在2.5 MHz分析频率处,选用两个0.5mH、自共振频率为6 MHz的电感串联相比选用单个1mH、自共振频率为1.6 MHz的电感,电子学噪声的降低了3dB.在相同入射激光条件下,该改进模型可以有效提高探测器的信噪比.     

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。