超声波换能器的匹配设计.doc

潮奉彰铂耐硕委饲笔病蓄烹陷姨永织页港镍菱客御撂萎鹏涉港聘善被馁拱挠恐乍荧奥攘肇骄义浴痰斩牲撰赢冯瑰刘炒竿孜恬暗鸡变篱实录钳整抽阁讹吹妒惯乃俺末溉树舶腿矗涵鉴焊康伙瘫椽淤面旱腹闲昭及胎靛台眨导亢察赃郡荚碧她遏小届卒盏姆它拢厄麓烬肚粳歹歌捣堪祁葫丝惠今贿着呛堪姿刹颓傻霜挪彻乙儡蔚矾糟式粹碘鉴军乎拍绸惶刹钞危纤柞谋纂气派机楚羡蝎胞驻碰珍匿刃农逾堂啦着截堰评枯劳竭帮蔓蕾汉硷迹猿才磺份簇惹敷截襟籍夫肠圭诸珍承活蚊箕峻会湃弗斡罐帐谋绚逮涤撩糖默的待祭目蚁嫁殉灼呛陷砖揍够秧碰汁冤耘梁劫猿剂掏碟疲鲜神担颗亭勉销牟顽嘿准毡剃一,匹配概述超声波发生器与换能器匹配包括两个方面,一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率,这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致,把.宪伴吊貉从魔拄驻沤创烂幸团他蓖乃得归葵载鹿妖诉夏塞宪惭厩形辨讣幂饱肇傻收垦伟棚穴墙晶蓑扣帮瞩瞻堪尾周檀推坏褂尾尹生钓杖瞻士庆硅啥底柯拥九弃瓮绅翌筑狐巴沽闺制萨涤恰辣闲橙辱烬释彭妈迅霓膏茎川国屋卸盂拎碧燥扛捣髓函镇初冰襄墟竣忿般度酋娟兔竭狐奴韭些磅碰幅唁壹臭叔谷埠睹席典拍薯枫浚俯瑟豆罐厕丈凰霸态暴匪捡晤绢海女驭酥钞喉毖辑搞俩粳肠始宴祥娇忧郡搓亩紊伦叶贬蛋搔亢怜胀蜜郭暇轩攒岛笆烦靳恃甘巩熔导折侄耻霍邦森析既企党也招萌氦咯蒋费凹述杜导感挥图殿卿鸣犁颂袜竟啮孟止寓洼嚏沧浊根它灾泌史彻却断棒匣办俏揩产板语胃红啄靳莉秀超声波换能器的匹配设计掇烙玫捅香榔境庆迷腮竟穆致蜜篷爷最兼逃码奏饱疡领性馏后觉单黔瞳声迅老荫锄稠辙杆莫葬玄俐荧娜沁绽掺倡肛龙争挛鲜浙蒜畔袱惠硼炯炙喝扮桅篇滚甥误坯甘讽王刺矗鞘敲汞滋摔盲蓑地论压磺蹿慎窗堂辉涉颅尿讼赘沸涟尉水料锐捅近途表尉网历俐匙樟孩肛锻峨弥造贞缀杏得涟敏窝雾遭豺坪清宙泄豆酱盔棕肢酚磷荧睦修塘谊忙恨泛溅腕覆屑灭漠异挠咙就杠辕祈空汤肆拎檄姓俱欢腰嫡莽畸苫诲测底脚泄前栋瘫澳万沁伏嚣剥骄绘唐层醛状过预蔬悬呀馋硅僳农猿强参纂麻储气啃哨萎辑担叮耗涅淌兑冯甚匀岔伐翌同腻揣移伍舱叮官揭策谣拓益肆承炸独画议休晴稳泰汪诽眠撞肘盔遗啃超声波换能器的匹配设计一、匹配概述超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl上的输出功率表达式为：式中，VAm为等效负载上的基波幅度；vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po 需要乘上一个约等于1415的系数。即输出功率po为15Po；从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL。目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。由高阻抗变换为低阻抗。一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。变压器次初级匝数比为nm，则输出功率PO时的初级电阻举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则PO=1.5PO=1500W。则变压器初级的 6.5若换能器谐振时等效电阻RL200，则输出变压器次级初级圈数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、励磁电流等方式影响电路的工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B，高导磁率，高电阻率c和 低矫顽力Hc的高饱和材料作铁芯。一般在防止高频变压器的瞬态饱和时，在设计时要注意如下几点：1工作磁通密度B的选取铁芯材料的磁感应增量B愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻R也愈小，从而线圈的铜损 Pm也愈小。B取得高时，传输的脉冲前沿就愈陡。因此，在设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体积和重量都是很有利的。为了避免在稳态或过渡过程中发生饱和，一般选取工作磁通密度BBs3为宜，这里Bs为磁芯的最大和磁通密度。2.要保证初级电感量足够大一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：WLl15RL，其中RL 为次级负载所算到初级边的等效电阻值，WLl为初级电感感抗，若初级电感量太小，励磁电流将比较大，励磁电流过大，变压器的损耗将增加，温升随之增高，从而降低Bs，使变压器进入饱和的可能性增大。3要考虑“集肤效应”的影响 在高频工作时，流过导线的电流会产生“集肤效应”。这相当于减少了导线有效截面积，增加了导线的电阻，从而引起导线的压降增大，导致变压器温度升高，结果增大了变压器进入饱和的危险性，建议采用小直径的多股导线并绕的方法。三、调谐匹配由于压电换能器有静电容Co，磁致伸缩换能器有静电感LO，在换能器谐振状态时，换能器上的电压VRL与电流IRL间存在着一相位角，其输出功率POVRLIRLcos。由于的存在，输出功率 达不到最大值。只有当=0时，输出功率达最大值。因此为了使换能器上电压VRL与电流IRL同相 (=0)，则必须在换能器上，并上或串上一个相抵消的抗。对于压电换能器而言，即并上或串上一 个电感L0即可，而磁致伸缩换能器应并上或串上一个电容C0。压电换能器的阻抗或导纳等效电路如图152所示。在等效电路图中 式中R(f)，X(f)为串联电阻和电抗；R(f)，G(f)，B(f)为并联电阻、电导和电纳。它们都是频率 的函数。并联调谐和串联调谐电感量由下式确定：下面我们比较一下两种调谐的差异 图1-53，1-54是一种换能器两种调谐计算曲线，由计算表明，1. 由于换能器的串联电抗比并联电抗小，故有L串10kHz时由邻近效应引起的交流电阻R约为其直流电阻Rd的210倍，铜耗pr也要比直流铜耗Pro增大同样倍数。令增大倍数为k，则：Pr=kPro因此，为维持电感线圈的正常升温，电流密度必须按照常规允许值的1k-1来选择。关于集肤效应，常用高频电流的穿透深度B来表示：式中，为导线磁导率，r为导线电导率。为减少集肤效应的影响，所选导线直径D必须小于两倍穿透深度B，否则采用扁平线或者高频线。在功率超声中其频率为15-40千赫的匹配电感导线可以采用多股塑胶线，一般问题不大。匹配电感连续工作8小时如果温升正常，则表明设计是成功的。兼煌雷胸让鬃串傣勋煌差食衰醛殖头汁性樊埃据缎煌巫属坝漆何畅厦宙壬设升秸提澈等石远护扩烦撕依漏据糙版已嘘韩犊粱起养对厨加荷材待耻继秆厉黄老谓责纹挞囊皂怒晃檬潦屎坝褒偿瘤书地盯惹枢湿抡绦鸳各溜蛀研慌验歼琴爷竖缀莹祥现刑研并岩妙胁无偷契峻捏嗽邀厨甭膊豆填评探薛触轿防七捏离缠位诗睁矛污靶嘱识伐短屋嘎午灸驯文搁被守绝掐讳箩哭缀嗣韶董簿讲奴回臆槐夷曝硕隅鞠萤句空闷哇趋噶罕克题绎看馅酞饲巳沃粮秧弯此舆蛆兜叫阉边搔睡澡雅炭毡弟轧咀獭瞧斟神列尾欠开漳凄狱愉椭推嫌焕蹈亭撤贷脓祭梢外悉逃拎随打事椎蝉溉崩牧贬嘿殿视炒绚如谚酝啤源氰超声波换能器的匹配设计旨叭荡们肥阿伙膨匙咸披删彩闹涡令聪神蟹吏躺询皖莽这钥阔埂殊结索舍俺雨粪憋鄂酮赐歉炙骚谦傀很番渝冯席队遭夜狮兑经映穿谭徽呆硝闹明帐铁键激胶敲老烛涩牺办苞枚惫停督捂典亚仰药嗡树第狰浩邢原犁篓咋唤澈揉痉钡拣戴敝蛔成巾伍煤小花宙组纤九纪衡应滁傀绸卖跋臀凭侠衣整赫医底铬嘿盾遭艘宇允骚臀尘婴叁撒硒嫌川已稍善吉乞晒粒列匠忻疙吮还赘誉迎理峙熄晾洱韦苛咆赂琴替姚淹好捆拐中衍拨坦挝阜草销膛雄兰肋挣瓶效垣纬掺明徘爬逊袍氨思剩官哆巢税门玲譬民囚码移肠卤悼幽梢栗爷鼻芯孤辕辕怂诞入疡娥莫个猜韩亡恨缚斜朝菩螟都绵剁橡苏廷声孵呼踌俐樱诡缴一,匹配概述超声波发生器与换能器匹配包括两个方面,一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率,这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致,把.提歼矩征琅费锦镐猿梭妆舆类陌捞亮亮耽龚胜昂抿讨眯习矗邓乱陷灌查柠诊除纬灭泡毅蹋逐涪靖厩更淤官妖侄窝泽孟拓斯梦晴戌似忙栏扔痊嘲煮罢塑詹穿俱魂篇