超聲波發(fā)聲器和換能器簡(jiǎn)介.PPT

1、1,超聲波發(fā)生器,超聲波發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)功率發(fā)生器，它產(chǎn)生一定頻率的正弦信號(hào)，通過(guò)電纜聯(lián)結(jié)線傳導(dǎo)給換能器，換能器再將超聲波發(fā)生器提供的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng),2,超聲波發(fā)生器是一種用于產(chǎn)生并向超聲換能器提供超聲能量使之工作于諧振頻率的裝置，根據(jù)其激勵(lì)方式可分為兩種：一種是他激式，一種是自激式。 他激式超聲發(fā)生器主要包括兩個(gè)部分：前級(jí)是信號(hào)發(fā)生器，后級(jí)是功率放大器，一般通過(guò)輸出變壓器耦合，將超聲能量加到換能器上。自激式超聲發(fā)生器則將信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、輸出變壓器及換能器連成一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)回路，使整個(gè)發(fā)生器通過(guò)幅度、相位反饋，產(chǎn)生足夠的功率，使換能器自動(dòng)保持諧振在機(jī)械共振頻率上,3,超

2、聲波發(fā)生器原理圖如下,4,工作過(guò)程如下：先由信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的脈沖信號(hào)，這個(gè)特定頻率就是換能器的自身的機(jī)械諧振頻率，一般在超聲波設(shè)備中使用到的超聲波頻率為25kHz至100kHz，這個(gè)頻率信號(hào)必須經(jīng)過(guò)功率放大器進(jìn)行功率放大，然后通過(guò)阻抗匹配電路，有助于換能器將電信號(hào)高效率地轉(zhuǎn)化為機(jī)械震動(dòng)。而反饋電路的存在不僅保證了換能器始終工作在一個(gè)合適的頻率范圍內(nèi)，讓發(fā)生器工作在最佳狀態(tài)，也保障了電路的安全,5,完善的超聲波發(fā)生器還應(yīng)有反饋環(huán)節(jié)，主要提供二個(gè)方面的反饋信號(hào)： 第一個(gè)是提供輸出功率信號(hào) 。供電電壓發(fā)生變化時(shí)。發(fā)生器的輸出功率也會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)反映在換能器上就是機(jī)械振動(dòng)忽大忽小。 第

3、二個(gè)是提供頻率跟蹤信號(hào)。當(dāng)換能器工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)其效率最高，工作最穩(wěn)定，而換能器的諧振頻率點(diǎn)會(huì)由于裝配原因和工作老化后改變,6,超聲發(fā)生器的發(fā)展有如下趨勢(shì)： 深化對(duì)加工對(duì)象數(shù)學(xué)模型的研究，為閉環(huán)控制方案的設(shè)計(jì)提供有利的理論依據(jù)。 加強(qiáng)對(duì)頻率自動(dòng)跟蹤的閉環(huán)控制研究，結(jié)合現(xiàn)代的控制理論，使用自適應(yīng)模糊控制、自尋最優(yōu)控制等方案，實(shí)現(xiàn)更便捷，更有效的控制方式，提高發(fā)生器穩(wěn)定性、可靠性和自動(dòng)化程度。 利用現(xiàn)代的工具手段，開(kāi)發(fā)以單片機(jī)、DSP等為控制核心的頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),7,超聲波換能器,超聲波換能器是實(shí)現(xiàn)聲能和電能轉(zhuǎn)換的器件，聲能和電能可以互相轉(zhuǎn)換。 超聲換能器按材料分可化為兩大類，一是磁致伸縮換能

4、器，二是壓電換能器。 超聲波換能器主電路包括：整流濾波電路、直流斬波調(diào)(穩(wěn))壓電路、半橋逆變電路、匹配電路、超聲波換能器。控制電路由調(diào)壓控制電路、逆變器控制與保護(hù)電路組成,8,9,首先由主電路接入220V市電，經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲和開(kāi)關(guān)后整流濾波后得到311V直流電壓，通過(guò)斬波電路，既可以通過(guò)改變占空比來(lái)調(diào)壓達(dá)到調(diào)節(jié)功率的作用，又能在一定程度上保護(hù)開(kāi)關(guān)管。半橋逆變電路由兩只IGBT組成，輪流導(dǎo)通48的周期時(shí)間。各開(kāi)關(guān)管并聯(lián)一個(gè)二極管箝位，防止電流尖峰。逆變控制和逆變驅(qū)動(dòng)部分控制逆變電路的工作頻率,10,電路設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中重要的一部分，發(fā)生器逆變電源部分的電路以及主電路開(kāi)關(guān)器件的選擇不同，需要有不同的逆變器

5、主電路、驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、啟動(dòng)電路、保護(hù)電路的具體設(shè)計(jì)方案,11,換能器應(yīng)該具有如下功能： 1 良好的匹配電路，能保證發(fā)生器提供給換能器足夠的電功率，并使電功率最有效率的轉(zhuǎn)換為聲能。 2 頻率自適應(yīng)功能。因?yàn)閾Q能器自身的機(jī)械諧振頻率對(duì)負(fù)載改變、發(fā)熱以及其它外界影響較為敏感，它們的變化會(huì)引起換能器諧振頻率變化，導(dǎo)致系統(tǒng)的振動(dòng)失諧、振幅降低,12,3 功率自適應(yīng)功能。在工作過(guò)程中，隸望輸出功率能自動(dòng)隨著負(fù)載的變化而變化，比較理想的狀態(tài)是發(fā)生器的輸出電壓一定，輸出功率在空載時(shí)最小，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)輸出功率也隨之增加，這樣有利于超聲設(shè)備的工作，這可以通過(guò)分析超聲換能器的負(fù)載特性，選擇合適的諧振頻率點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)；另外也可以采用斬波電路，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的占空比來(lái)控制輸入到逆變電路的電壓，使占空比隨著負(fù)載變大而變大，輸出功率便能保持恒定，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)還可將開(kāi)關(guān)管關(guān)閉,13,發(fā)生器與換能器的匹配,超聲波發(fā)生器與換能器匹配包括兩個(gè)方面： 一是通過(guò)匹配使發(fā)生器向換能器輸出額定的電功率，這是由于發(fā)生器需要一個(gè)最佳的負(fù)載才能輸出額定功率所致，把換能器的阻抗變換成最佳負(fù)載，也即阻抗變換作用。 二是通過(guò)匹配使發(fā)生器輸出效率最高，這是由于換能器有靜電抗的原因