超声波发声器和换能器简介

超声波发生器 超声波发生器实质上是一个功率发生器 它产生一定频率的正弦信号 通过电缆联结线传导给换能器 换能器再将超声波发生器提供的电信号转换为机械振动 超声波发生器是一种用于产生并向超声换能器提供超声能量使之工作于谐振频率的装置 根据其激励方式可分为两种 一种是他激式 一种是自激式 他激式超声发生器主要包括两个部分 前级是信号发生器 后级是功率放大器 一般通过输出变压器耦合 将超声能量加到换能器上 自激式超声发生器则将信号发生器 功率放大器 输出变压器及换能器连成一个整体 构成一个闭环回路 使整个发生器通过幅度 相位反馈 产生足够的功率 使换能器自动保持谐振在机械共振频率上 超声波发生器原理图如下 工作过程如下 先由信号发生器来产生一个特定频率的脉冲信号 这个特定频率就是换能器的自身的机械谐振频率 一般在超声波设备中使用到的超声波频率为25kHz至100kHz 这个频率信号必须经过功率放大器进行功率放大 然后通过阻抗匹配电路 有助于换能器将电信号高效率地转化为机械震动 而反馈电路的存在不仅保证了换能器始终工作在一个合适的频率范围内 让发生器工作在最佳状态 也保障了电路的安全 完善的超声波发生器还应有反馈环节 主要提供二个方面的反馈信号 第一个是提供输出功率信号 供电电压发生变化时 发生器的输出功率也会发生变化 这时反映在换能器上就是机械振动忽大忽小 第二个是提供频率跟踪信号 当换能器工作在谐振频率点时其效率最高 工作最稳定 而换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变 超声发生器的发展有如下趋势 深化对加工对象数学模型的研究 为闭环控制方案的设计提供有利的理论依据 加强对频率自动跟踪的闭环控制研究 结合现代的控制理论 使用自适应模糊控制 自寻最优控制等方案 实现更便捷 更有效的控制方式 提高发生器稳定性 可靠性和自动化程度 利用现代的工具手段 开发以单片机 DSP等为控制核心的频率自动跟踪系统 超声波换能器 超声波换能器是实现声能和电能转换的器件 声能和电能可以互相转换 超声换能器按材料分可化为两大类 一是磁致伸缩换能器 二是压电换能器 超声波换能器主电路包括 整流滤波电路 直流斩波调 稳 压电路 半桥逆变电路 匹配电路 超声波换能器 控制电路由调压控制电路 逆变器控制与保护电路组成 首先由主电路接入220V市电 经过保险丝和开关后整流滤波后得到311V直流电压 通过斩波电路 既可以通过改变占空比来调压达到调节功率的作用 又能在一定程度上保护开关管 半桥逆变电路由两只IGBT组成 轮流导通48 的周期时间 各开关管并联一个二极管箝位 防止电流尖峰 逆变控制和逆变驱动部分控制逆变电路的工作频率 电路设计是设计中重要的一部分 发生器逆变电源部分的电路以及主电路开关器件的选择不同 需要有不同的逆变器主电路 驱动电路 采样电路 启动电路 保护电路的具体设计方案 换能器应该具有如下功能 1良好的匹配电路 能保证发生器提供给换能器足够的电功率 并使电功率最有效率的转换为声能 2频率自适应功能 因为换能器自身的机械谐振频率对负载改变 发热以及其它外界影响较为敏感 它们的变化会引起换能器谐振频率变化 导致系统的振动失谐 振幅降低 3功率自适应功能 在工作过程中 隶望输出功率能自动随着负载的变化而变化 比较理想的状态是发生器的输出电压一定 输出功率在空载时最小 当负载增加时输出功率也随之增加 这样有利于超声设备的工作 这可以通过分析超声换能器的负载特性 选择合适的谐振频率点来实现 另外也可以采用斩波电路 通过改变开关管的占空比来控制输入到逆变电路的电压 使占空比随着负载变大而变大 输出功率便能保持恒定 当发生故障时还可将开关管关闭 发生器与换能器的匹配 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