外接电感对轻负载阶梯型换能器频率的影响规律

现功率超声技术已被大范围应用,在实际加工中,其振动实现器件换能器的工况取决于外接负载阻抗的大小变化以及加工过程中换能器的温度变化;随着负载变化,换能器的谐振频率也将发生改变,导致与发生器输出频率不匹配,从而对换能器的输出振幅及加工效率产生负面影响。为得到规律,分别使用换能器的理论设计、仿真以及试验方法研究了轻负载下外接电感对换能器谐振频率的影响。结果表明：随着换能器变幅杆伸入水中长度的增加,换能器的谐振频率呈上升态势;通过外接调谐电感,换能器谐振频率会得到一定量的补偿,使其重新回到预先设定的频率值;随着外接电感值的增大,换能器的谐振频率会下降。可见使用电感负载可以有效解决换能器外接负载导致的频率漂移问题。     

基于高精P WM的超声波电源频率跟踪控制

针对超声波换能器谐振频率漂移的问题,提出了一种基于高精P WM的超声波电源频率跟踪控制方法.该方法使用高精度P WM,使超声波电源能跟踪输出更精确的谐振频率,提高电源调频精度,获得较高的输出效率.采用数字锁相环对谐振频率进行跟踪,并对跟踪环路中各部分进行了设计.实验结果表明,该频率跟踪控制系统具有良好的稳定性和较好的调频精度,频率调整分辨率高达0.08Hz,完全满足对超声波换能器工作谐振频率跟踪的要求.     

多频段超声波发生系统应用研究

在超声波植物萃取领域,不同的植物药材对超声波的频率要求不同,且频率是影响提取率大小的重要因素,而传统的超声波发生系统,其工作频率受功率换能器固有谐振区窄带宽的影响,一般只具有一个工作频率。对此,本文提出利用多频换能器切换的方法构建了多频段超声波发生系统,并设计了软件锁频以及最大电流跟踪的复合控制策略,实现了自动查找换能器谐振点及自动频率跟踪的功能,依据换能器电流反馈来调整输出功率及阻抗匹配网络,实现动态响应不同特性的超声波换能器。通过实际实验,验证了整个超声波系统多频段高效工作的可行性。     

压电换能器功率输出自动调节特征研究

为了研究换能器的工作安全性能、提高换能器的系统效率,根据压电换能器的工作原理,利用等效电路方法,分析了压电换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性,得出了在并联谐振频率附近的功率输出自动调节规律,应用该规律探讨了功率输出自动调节的频率范围,并对超声清洗换能器在不同负载时的功率输出进行了实验。结果表明:换能器在并联谐振频率附近工作时具有较好的功率输出自动调节功能,对提高换能器的系统效率有一定指导意义。     

旋转超声加工智能超声波发生器的研究

为进行硬脆材料的旋转超声加工 ,研制了智能超声波发生器。类比于数控插补原理 ,提出了粗精频率跟踪的自动控制方案 ,即 :频率粗调由软件实现 ,频率精调由锁相环电路实现。对振动系统恒定振幅控制进行了理论分析。实验结果表明 ,研制的智能超声波发生器频率跟踪迅速准确 ,并能实现振动系统的恒定振幅控制 ,可以实现振动系统的自动运行     

基于模糊PI控制的超声波换能器谐振频率跟踪系统仿真

对于超声波换能器谐振系统,利用传统谐振频率跟踪方法动态性能不甚理想,故而采用模糊控制与PI控制相结合的模糊PI控制方法.首先对超声波发生器系统进行建模,再由模糊规则表、模糊化、反模糊化以及在线仿真整定,确定PI控制器参数,最后以相位差作为模糊PI控制器的输入量,进而得到新的驱动频率控制量,新的驱动频率信号驱动逆变器得到换能器此时所需要的控制频率,即换能器谐振频率.计算机仿真结果表明,模糊PI控制方法使整个系统具有更好的动态和静态性能,能有效地使换能器工作在谐振频率.     

2.45 GHz工业微波电源控制系统设计

2.45 GHz微波磁控管在工业与家用中被广泛使用.用半桥LLC谐振变换器作为主电路,以STM8嵌入式系统为核心设计了电源的数字化控制系统,并通过改变主电路开关管的开关频率与占空比实现有源功率因数校正(APFC)以及输出功率调节.电源的输出为恒功率控制,同时加入了对过温、过压、过流的诊断与调节控制算法.实验结果表明,该电源可安全可靠的工作在软开关状态;并以额定功率为1.2 k W的不同型号磁控管验证了电源的负载自适应能力;输出功率可在500 W~1 200 W之间变化,步进值为20 W;在额定工作状态下输入功率因数可达到0.98,电源的效率高于95%,该电源成本较低,且可实现多单元总线控制.     

用于超声手术刀的夹心式换能器设计与有限元分析

传统的换能器设计方法成本高、效率低。利用理论计算并结合有限元方法设计了55 000 Hz的超声手术刀用压电换能器,以提高设计效率并验证方法的可行性。超声换能器设计为夹心式结构,使用PZT-8型压电陶瓷进行设计与仿真。首先理论设计出换能器各部件的初始尺寸并进行三维建模,将模型导入Workbench软件进行模态分析与谐响应分析,提取换能器工作时的谐振频率与输出振幅,并确定换能器最终尺寸。根据最终尺寸加工并装配得到实体换能器。最后利用阻抗分析仪对实体的谐振频率进行测量。结果表明,简化后的仿真模型谐振频率与实测值近似相等,为54 980 Hz。证明了设计思路的合理性与可行性,并对换能器的工作方式与优化设计提供了参考帮助。     

电动车LLC谐振充电电源系统

研制了一种电动车LLC谐振充电电源系统.该系统以STM32为控制核心,采用数字化脉冲频率调制(PFM)控制,选取满足电动车铅酸蓄电池充电电源要求的LLC谐振主电路拓扑和4阶段+正负脉冲充电方案.试验结果表明:该电源系统能够全程实现LLC谐振主电路的软开关状态,LLC谐振主电路始终工作于原边MOSFET功率开关管零电压开通和副边整流二极管零电流关断软开关状态,提高了电源转换效率;结合电池充电曲线并使用4阶段+正负脉冲充电方式,可以减少过充电及析气极化现象,保护电池,提高充电速度.     

多功能超声波清洗电源的设计

为解决传统超声波电源存在的动态响应慢、参数不易调节、换能器失谐、清洗盲区等不足,研究了一款多功能超声波清洗电源,采用软、硬件结合工作方式,即以ATMEGA328单片机为核心,结合模拟电路,具有PWM直接输出、频率跟踪输出、变频输出,及交流斩波调压等功能。PWM直接输出模式频率范围大、动态响应快、参数易调节;频率跟踪输出模式利用锁相反馈法保障换能器工作在最佳谐振状态;变频输出模式利用压控震荡技术实现输出频率在换能器谐振频率上下小幅度变频,削弱驻波影响,消除清洗盲区;交流斩波调压功能利用调压实现输出功率调节。     

具有恒流恒频恒压特性的IPT系统参数设计

针对传统恒流恒频恒压控制方法须额外增加开关电路和闭环控制存在的缺点,以谐振网络拓扑为原边并联-副边串联型(PS型)的感应电能传输(IPT)系统为研究对象,基于交流阻抗法,推导出原边谐振电流、系统谐振工作频率和负载输出电压近似恒定的约束条件.从而提出一种谐振网络参数的综合设计流程,使得系统在所设计的负载范围内,就能自然地保证原边谐振电流、系统谐振工作频率和负载输出电压同时近似恒定.该方法不加额外辅助开关电路便可同时实现恒流、恒频和恒压,具有良好的负载兼容性.仿真及实验结果验证了这种具有恒流恒频恒压特性的参数设计流程的正确性和有效性.     

生物处理系统中超声波执行模块的设计

为了实现超声波生物处理频率优化控制系统中最优频率的输出,完成了执行模块的设计。在多频带组合搜索、捕捉锁定最佳处理频率后,基于直接数字频率合成芯片AD9851和ATmega16实现最优频率的合成,设计功率放大和频率跟踪模块以满足驱动需求和谐振工作。实验结果表明,该模块稳定、可靠,能较好地驱动超声波发生装置,跟踪负载谐振的变化,有效抑制功率器件的开关损耗,保证电源效率。     

有载超声换能器的Mbius变换分析

本文证明了压电陶瓷夹心式换能器的机械输入端和输出端的阻抗关系可表为Mbius 变换.讨论了 Mbius 变换分析方法对有载换能器的应用,并用谐振参数方程计算了有不同纯抗负载时换能器谐振频率的变化.实验结果与理论计算符合较好.     

基于PWM功率控制的超声波电源研究与设计

超声波电源的稳定性以及工作性能对金属微纳加工领域具有重要的应用价值。该文论述了实用STM32单片机进行PWM信号输出并给予PID算法实现对输出功率的闭环控制,实现电源稳定的功率输出。通过仿真实验表明,基于PWM功率控制的超声波电源能够实现功率以及工作频率可以调整的功能,符合金属微纳加工领域的应用要求。     

面向超声喷丸的纵弯复合换能器设计与分析

为解决当前超声喷丸枪在狭小空间内难以加工壁板的问题,设计了一种纵弯复合模态的夹心式压电超声喷丸换能器.采用COMSOL仿真软件,对换能器进行模态分析,计算得到纵振和弯振的谐振频率,并改变尺寸使换能器在2种模态下均呈现较大的振幅.采用多普勒测振仪对换能器工作端面扫频,纵振与弯振振幅分别为1.0和0.8μm,经匹配后振幅各增长了40%和50%.利用激光位移传感器测得2种模态下撞针振幅均可到达1.2 mm.同时,对2024-T351铝合金板件进行了超声喷丸成形试验,并采用X射线法对喷丸后板件中的残余应力进行了检测.超声喷丸成形试验和残余应力检测表明,板件喷丸后发生不同程度的变形,且板件中的残余压应力最大可达250 MPa,验证了纵弯复合换能器的有效性.     

高压开关电源在X-射线探伤中的应用

介绍一种采用移相控制的串联谐振高压开关电源原理,并对此电路进行了理论分析.采用四组相同电路进行互差45°分时叠加控制,以提高谐波频率.实验表明,本电源利用变压器的漏感参加谐振,可减小分布参数的影响,并实现了恒频控制和软开关特性,与常用的串联谐振电路相比该电路谐振电流峰值要小得多.多模块串联工作,可实现冗余设计以提高整机的可靠性.在工作条件恶劣的X射线探伤中具有广阔的应用前景.该方案广泛适用于高压、大功率、负载变化大的电源.     

压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用

文章介绍了超声波测距的原理,论述了超声波测距仪的主要部件——压电陶瓷换能器的结构设计。证实将振子设计成压电陶瓷和金属片的矩形粘合片的形式,可实现与空气声阻抗良好的匹配。并当谐振频率为36kHz时,弯曲振动模式产生的超声场呈扇形,使所发射的超声波在空气中的传播效率较高,满足了仪器对检测范围、精度和灵敏度的要求。     

基于STM32微控制器的数控稳压稳流电源设计

基于STM32微控制器设计了数控稳压稳流电源.该电源由数控模块、稳压稳流调整模块与LCD显示模块组成,采用STM32调整和控制稳压稳流调整模块的工作状态及监测电路的输出电压电流的大小,再经过运算放大器隔离放大、输出控制功率管的基极,随着功率管基极电压的变化,集电极输出不同的电压和电流.实验表明,电源输出的最大相对误差为0.25%,具有较高的精度,其输出稳定,受负载变化影响小.     

用于DBD型微型原子化器的微等离子体电源设计

设计了一种以STM32F103ZET6和SG3525为控制核心的程控电源,该电源用于介质阻挡放电(DBD)型微型原子化器控制.系统中,通过单片机STM32F103ZET6控制SG3525实现了输出波形的频率及占空比调节、过流过压控制、以及超温保护等功能.文中重点探讨了该电源工作原理、软、硬件设计等.实验结果表明:该电源具有良好的稳定性以及较快的响应速度等优点.在要求高电压、小电流的电源系统中有较好的应用前景,特别适合DBD型微型原子化器实际控制需求.     

纵振型夹心换能器的高次模式振动

常用纵振型夹心换能器通常工作在基频,为提高超声的作用效果,要求同一换能器工作在不同频率。为此,笔者研究了常用纵振型夹心换能器的高次模式振动。结果表明,通过合理设计,可使换能器在基频与高次谐振频工作。