基于直接数字合成技术超声电源控制器的研究

功率超声技术在国民经济各部门的日益广泛应用,越来越需要一种通用型智能化大功率超声电源。控制器是大功率超声电源的核心,它应具有根据大功率超声应用的具体情况自动跟踪振动系统的谐振频率和进行功率大小自动控制的功能。本文以现场可编程门阵列器件(FPGA)作为控制器核心,采用直接数字频率合成技术控制信号输出频率,用改变输出信号占空比的方式实现功率调整,用振动系统的电流和电压相位差信息自动跟踪频率。仿真结果表明,该控制器不仅对信号频率稳定性高,便于功率调整,而且易于实现频率自动跟踪。     

差动变量器桥式自动频率跟踪电路

本文阐述一种实用的自动频率跟踪方法——采用差动变量器的桥式目动频率跟踪电路。此方法的忧点是其对换能器电参数的补偿不只在一个频率上,而是在一个频段内。实验表明,自振系统跟踪良好;此外,文中还给出本方法在准D类开关模式功率超声振荡器中的一个应用实例。     

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。     

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。     

基于自寻最优模糊控制的自动频率跟踪

文章概述了在功率超中自动频率跟踪的基本原理，在分析自寻最优控制的方法和模糊控制方法的基础上，提出了一种自寻最优模糊控制方法，利用它来实现自动频跟踪，在超声吸引器上取得良好的应用效果。     

基于压电换能器谐振网络幅频特性的频率跟踪技术

本文分析了压电换能器谐振网络的幅频特性,介绍了利用该特性进行频率跟踪的实现方法,并对眼科白内障超声乳化仪中的超声手柄进行了频率跟踪实验。实验研究表明利用谐振网络的幅频特性,对超声振动系统进行频率跟踪是一种简单、有效、可行的方案。     

功率超声设备频率振幅自动控制研究

本文根据差动变量器桥式电路补偿电学臂的原理，采用锁相环（PLL）及模拟乘法器等技术，进行功率超声设备频率振幅自动控制，结果表明，这种控制方法具有频率跟踪范围宽，负载知应能力强及系统性能稳定等功效。     

激光多普勒差动检波装置的信号研究

研究了差动多普勒技术和锁相放大器的频率跟踪技术, 设计了一种精度高、动态范围大的激光多普勒差动检波系统.此系统结构紧凑, 安装调节方便, 可以充分利用激光光能.而且, 它把两束高斯光束的束腰聚焦在被测物体上, 获得了最小光斑和平面波的叠加, 提高了分辨力、信噪比和信号强度.采用频率自动跟踪技术来解决信号丢失问题, 抑制了各种噪声和干扰.模拟实验证明, 振幅测量精度为1％, 频率为0.6％; 分辨力为50 nm, 技术指标是令人满意的.     

光纤通信系统中偏振模色散自适应补偿实验研究

成功地研制了光纤通信系统偏振模色散的自适应补偿实验系统.实验中采用特定频率分量功率取样作为反馈信号,采用一种名为PSO(Particle Swarm Optimization)的优化方法作为反馈控制算法.偏振模色散的补偿量达30 ps,自动跟踪补偿时间为1～2 s,实现了准实时自动跟踪补偿.     

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。     

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。     

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。     

超声测距变结构控制系统的研究

本文在超声测距系统中采用了变结构控制理论，根据所测物体的反射界面和介质性质，自动调节超声波发射换能器的功率，建立了超声测距系统的数学模型，对系统方程进行了理论分析，研究了变结构控制系统的设计方法，并结合应用实例，对钻井法凿井用超声波测井仪中超声测距系统进行了计算机仿真，并在实验室进行了实验。     

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。     

光纤飞秒光学频率梳的研制及绝对光学频率测量

实验利用商品光纤飞秒激光器,自行构建了一套完整的光学频率梳系统,并获得了约30 dB信噪比的系统频移(f_ceo)信号.实现了光频梳重复频率(f_rep)信号及系统频移(f_ceo)信号的高稳定度锁定,并通过实验验证了光频梳锁定的跟踪精度.基于此稳定光频梳完成了对1064 nm碘稳频Nd:YAG固体激光器的绝对频率测量.实验结果表明,f_rep的跟踪精度在100 s取样时间时优于3.7×10^-14,测量得到的1064 nm激光器绝对频率为:281630111757362 Hz.这一测量结果与国际计量委员会(CIPM)给出的国际推荐值符合到不确定度之内. 关键词： 光纤光频梳 稳频 锁相技术 光学频率计量     

基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成技术

介绍了本课题组近年来在基于空间结构内部锁相的光纤激光相干合成方面的研究工作,给出了空间结构内部锁相相干合成的基本原理,搭建了七路低功率光纤激光阵列实验系统,结果表明在内部相位噪声校正基础之上,可以稳定补偿外部相位差进而实现激光阵列同相位输出,验证了内部锁相方法的可行性。进一步介绍了空间结构内部锁相技术在目标在回路相干合成、阵列光束光场调控等方面的拓展应用,通过实验论证了空间结构内部锁相技术能够有效提升目标在回路相干合成系统的相位控制带宽,并在远场有效生成轨道角动量光束阵列,其拓扑荷数可从-1到+1切换。     

互耦相对论返波管等同锁相和功率放大的粒子模拟

推导了两个互耦高功率微波振荡系统等同锁相后的锁定频率公式,并利用粒子模拟软件对两个互耦相对论返波管进行了数值仿真实验。模拟时将相同结构的两个相对论返波管并排放置在一起,在它们的慢波结构的第１个波谷处,用一条饼状狭缝将它们并联起来,分别输入不同的加速电压,让它们工作于不同的状态。粒子模拟的结果表明:这两个并联的互耦相对论返波管之间进行了等同锁相,它们的频率都被锁定在同一个特定的频率点上,且其注波能量转换效率都提高了,总输出功率比单独工作时的总功率增加了约10%,同时耦合之后功率输出更平稳。     

压电超声乳化装置

随着工业的发展,能源消耗与日俱增,环境污染日益严重,世界各国都在寻找节约燃油、减少环境污染的途径,燃油掺水燃烧是目前国内外正在积极研究的方法之一.为研究内燃机使用柴油掺水乳化液的经济效果、动力性能和排气污染,我们研制了Ⅰ型压电超声乳化器.它由压电换能器及变幅杆振动系统、乳化腔和自动频率跟踪超声频电源组成.其特点是体积小、重量轻、单机功率容量大,可以进行连续处理.     

JC-2型晶体管超声处理机及其应用

JC-2型超声处理机是一种在液体中进行超声处理的多用途超声设备。它由超声振动系统(包括换能器和变幅杆)和超声频电动率源两大部份组成。其特点是在被处理液体中的超声强度可以在较宽的范围内连续调节,具有频率自动跟踪特性,在不同负载条件下能使振动系统始终工作在最佳状态。设有定时处理装置及输出强度指示,使用方便。