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。     

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。     

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。     

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。     

HL-2M 装置的 300MVA 发电机组保护装置

为保证 HL-2M 装置的 300MVA 立式发电机组的安全运行，需要对其设置保护装置。针对机组自身 特性，保护装置为发电机的多分支绕组采用了完全裂相横差保护、完全纵差保护和零序电流型横差保护。基于机 组脉冲工作模式，保护装置采用了快速频率跟踪算法实现频率变化时对发电机组的电压电流快速跟踪测量。实验 证明该保护装置满足机组的安全运行要求。      

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。     

脉冲调制射频功率测量中的标定及FFT分析方法研究

利用电压/电流探头和数字示波器实现了脉冲调制射频功率测量。电压/电流探头输出的电压、电流信号由数字示波器采集存储,电压、电流的幅值及相位差由FFT分析得到。在不同频率下,对电压、电流幅值及相位差进行标定,获得计算射频功率的标定参数。分析表明电压、电流相位差是影响标定系数的主要因素,FFT方法处理非稳态调幅电压、电流时存在问题,只有在零无功功率处才能获得可信的吸收功率。     

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。     

超声动态测距的一种直接数字解调处理方法

为了减少传统的相位差超声动态测距的复杂性,提出了一种基于直接数字解调的信号处理方法。运用STM32内部两路A/D同步采集超声测量信号与参考信号,对这两组信号数据通过最小二乘椭圆拟合方法,计算[-π,π]单周期范围内的实时相位差。在此基础上,对实时相位差进行解包裹运算,得到绝对相位差。最后,通过绝对相位差的变化量与距离变化量成正比的关系,计算出实时的动态变化距离值。实验结果表明:当目标速度不超过2.5 m/s时,该方法能够准确地将距离值直接解调出来,满足动态变化条件下跟踪测距要求。     

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。     

压电振子阵列型超声喷丸强化*

为了提高超声喷丸强化加工的面积、效率及加工质量,对传统单振子超声喷丸强化技术进行了改进,提出了压电振子阵列型超声喷丸强化加工方法。分析了超声喷丸强化的机理,进行了压电振子的优化设计,分析了激振片的谐振响应,实验测试了系统样机在不同超声电源功率下弹丸撞击工件的区域分布;探究了超声电源功率、喷丸距离、弹丸直径和喷丸时间对加工样件显微硬度的影响,结果表明：以超声电源功率作为唯一变量,弹丸冲击工件表面的区域面积随超声电源功率增大而增大;7075铝合金样件的表面显微硬度及其提高率,随超声电源功率的增大、喷丸时间的增加、喷丸距离的减小及弹丸直径的增大而增大;超声电源功率为50W、喷丸时间为20min、喷丸距离为5mm、弹丸直径为1.5mm时喷丸效果最好,此时工件表面显微硬度增加量为65.1HV,表面显微硬度提高率为36.7%。压电振子阵列型超声喷丸强化技术可以有效增加喷丸冲击工件的面积,提高工件的表面显微硬度和加工效率。     

阵列式压电振子超声复合喷丸强化*

为了进一步改善超声喷丸强化质量,提升工件表面残余应力和显微硬度的均匀性,对压电振子阵列型超声喷丸强化加工系统进行了改进,提出了在强化加工过程中辅助工件往复运动的方法。对改进后的压电振子阵列型超声喷丸强化加工原理进行了阐述,分析了激振片的振动特性并进行了结构尺寸优化,应用Abaqus对工件往复运动下超声喷丸强化过程进行了仿真研究,分析了在不同的工件往复运动频率下,工件表面残余应力分布情况。实验测试了在不同喷丸强化时间及工件往复运动频率下超声喷丸强化加工质量,探究了喷丸时间和工件往复运动频率对工件表面显微硬度的影响。结果表明：在压电振子阵列型超声喷丸强化过程中辅助工件往返运动,可以有效提高工件表面残余应力和显微硬度分布的均匀性,工件表面强化质量得到提升。     

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。     

功率超声治疗的机理及其频率问题

由于超声治疗的对象,目的不同,所应用的超声生物物理性－治疗机理也不同,不同的物理特性与工作频率有着密切关系,因此,必须正确地选择工作频率,解决好频率自动跟踪中遇到的一系列有关频率问题,才能使超声治疗设备安全,可靠地运行。     

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。     

平面波经颅超声成像相位校正及散斑跟踪

准确的脑血流成像对脑功能监测和脑疾病的快速诊断具有重要意义,然而颅骨对超声传播的影响会导致成像质量下降、速度或位移估计不准确等问题.论文采用平面波相干复合结合散斑跟踪方法进行颅内散射目标成像和速度估计,以实现脑血流速度矢量检测;针对颅骨存在导致的超声相位畸变,利用数值仿真和体模实验研究了其对成像及散斑跟踪效果的影响,并...     

High power resonant tracking amplifier using admittance locking.

A high power resonance tracking ultrasonic amplifier is described. The amplifier is a class D type inverter, configured as a half-bridge in which the output MOSFETs are driven into saturation when on. The resonance tracking system makes use of a new method of frequency locking; admittance locking is used to track the optimum power conversion frequency for the transducer. This new arrangement offers some advantages over phase locking and motional feedback methods. The system is capable of delivering up to 3 kW at up to 25 kHz in resonance tracking operation.     

Investigation of surface acoustic waves in laser shock peened metals

Laser shock peening is a well-known method for extending the fatigue life of metal components by introducing near-surface compressive residual stress. The surface acoustic waves (SAWs) are dispersive when the near-surface properties of materials are changed. So the near-surface properties (such as the thickness of hardened layers, elastic properties, residual stresses, etc.) can be analyzed by the phase velocity dispersion. To study the propagation of SAWs in metal samples after peening, a more reasonable experimental method of broadband excitation and reception is introduced. The ultrasonic signals are excited by laser and received by polyvinylindene fluoride (PVDF) transducer. The SAW signals in aluminum alloy materials with different impact times by laser shock peening are detected. Signal spectrum and phase velocity dispersion curves of SAWs are analyzed. Moreover, reasons for dispersion are discussed.