超聲波發(fā)聲器和換能器簡介ppt課件

.,超聲波發(fā)生器,超聲波發(fā)生器實質(zhì)上是一個功率發(fā)生器，它產(chǎn)生一定頻率的正弦信號，通過電纜聯(lián)結(jié)線傳導(dǎo)給換能器，換能器再將超聲波發(fā)生器提供的電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動。,.,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)生器主要包括兩個部分：前級是信號發(fā)生器，后級是功率放大器，一般通過輸出變壓器耦合，將超聲能量加到換能器上。自激式超聲發(fā)生器則將信號發(fā)生器、功率放大器、輸出變壓器及換能器連成一個整體，構(gòu)成一個閉環(huán)回路，使整個發(fā)生器通過幅度、相位反饋，產(chǎn)生足夠的功率，使換能器自動保持諧振在機(jī)械共振頻率上。,.,超聲波發(fā)生器原理圖如下：,.,工作過程如下：先由信號發(fā)生器來產(chǎn)生一個特定頻率的脈沖信號，這個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，這個頻率信號必須經(jīng)過功率放大器進(jìn)行功率放大，然后通過阻抗匹配電路，有助于換能器將電信號高效率地轉(zhuǎn)化為機(jī)械震動。而反饋電路的存在不僅保證了換能器始終工作在一個合適的頻率范圍內(nèi)，讓發(fā)生器工作在最佳狀態(tài)，也保障了電路的安全。,.,完善的超聲波發(fā)生器還應(yīng)有反饋環(huán)節(jié)，主要提供二個方面的反饋信號：第一個是提供輸出功率信號。供電電壓發(fā)生變化時。發(fā)生器的輸出功率也會發(fā)生變化，這時反映在換能器上就是機(jī)械振動忽大忽小。第二個是提供頻率跟蹤信號。當(dāng)換能器工作在諧振頻率點(diǎn)時其效率最高，工作最穩(wěn)定，而換能器的諧振頻率點(diǎn)會由于裝配原因和工作老化后改變。,.,超聲發(fā)生器的發(fā)展有如下趨勢：深化對加工對象數(shù)學(xué)模型的研究，為閉環(huán)控制方案的設(shè)計提供有利的理論依據(jù)。加強(qiáng)對頻率自動跟蹤的閉環(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、可靠性和自動化程度。利用現(xiàn)代的工具手段，開發(fā)以單片機(jī)、DSP等為控制核心的頻率自動跟蹤系統(tǒng)。,.,超聲波換能器,超聲波換能器是實現(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?？刂齐娐酚烧{(diào)壓控制電路、逆變器控制與保護(hù)電路組成。,.,.,首先由主電路接入220V市電，經(jīng)過保險絲和開關(guān)后整流濾波后得到311V直流電壓，通過斬波電路，既可以通過改變占空比來調(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的周期時間。各開關(guān)管并聯(lián)一個二極管箝位，防止電流尖峰。逆變控制和逆變驅(qū)動部分控制逆變電路的工作頻率。,.,電路設(shè)計是設(shè)計中重要的一部分，發(fā)生器逆變電源部分的電路以及主電路開關(guān)器件的選擇不同，需要有不同的逆變器主電路、驅(qū)動電路、采樣電路、啟動電路、保護(hù)電路的具體設(shè)計方案。,.,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。因為換能器自身的機(jī)械諧振頻率對負(fù)載改變、發(fā)熱以及其它外界影響較為敏感，它們的變化會引起換能器諧振頻率變化，導(dǎo)致系統(tǒng)的振動失諧、振幅降低。,.,3功率自適應(yīng)功能。在工作過程中，隸望輸出功率能自動隨著負(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，輸出功率在空載時最小，當(dāng)負(fù)載增加時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)來實現(xiàn)；另外也可以采用斬波電路，通過改變開關(guān)管的占空比來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)生故障時還可將開關(guān)管關(guān)閉。,.,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方面：一是通過匹配使發(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，造