[發明專利]一種功率超聲換能器靜態匹配快速調試方法

無效

• 申請號: 201110083166.0
• 申請日: 2011-04-02
• 公開（公告）號: CN102291656A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 朱昌平;賈正平;李響;曾曉陽;單鳴雷;韓慶邦;湯一彬;劉靜;劉昌偉;李永強
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04R17/00
• 分類號: H04R17/00;G01R27/02;G01R27/26
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種功率超聲換能器靜態匹配調試方法，屬于功率超聲匹配技術領域。

背景技術

匹配是功率超聲技術中的重要一環。靜態匹配是在超聲功率源輸出頻率與換能器靜態諧振頻率相同的條件下，功率源輸出阻抗與換能器靜態輸入阻抗的匹配，它適用于要求換能器輸出頻率固定的應用場合。

根據秦雯在文獻“大功率正弦波超聲電源”中指出：“超聲波應用廠家和天星稀土公司曾對使用稀土超磁致伸縮材料為探頭的超聲波換能器作過實驗，實驗數據表明使用方波或脈沖電源時超聲波換能器的效率較低，采用正弦波激勵，可以使超聲波效率有極大的提高”。常見的超聲功率源一般采用逆變結構，其輸出為方波，為了能夠有效的驅動換能器，靜態匹配電路除了調諧還應具有濾波的功能。常見的匹配方法有并聯電感、串聯電感、電感與電容(LC)、改進電感與電容(LCC)、T型等匹配方式。并聯電感方法由于濾波性能差，現在使用較少。其他的幾種方法將濾波調諧作為一個整體進行設計與調試，理論推導相對復雜，電路調試比較困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種功率超聲換能器靜態匹配快速調試方法，用于換能器的靜態匹配。同時可測量換能器靜態電容、動態電阻，該測量設備簡單，易于實現，并且具有較高的測量精度。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于濾波調諧分步進行的調試方法，通過按功能分步調試的方法進行，并同時提供了一種換能器靜態電容、動態電阻的測量方法。

本發明將靜態匹配分成濾波與調諧相對獨立的兩部分進行調試。其原理是：對于輸出為方波的超聲功率源，無論是LC、LCC還是T型靜態匹配電路，電路的主要功能均可以分為兩部分：一是對超聲功率源的輸出進行濾波，得到驅動換能器所需的正弦信號；二是對換能器進行調諧，使整個電路阻抗呈現純阻性。從這兩點功能要求出發，完成濾波與調諧即完成了靜態匹配。

一種功率超聲換能器靜態匹配快速調試方法，其特征是，調試電路中功率超聲換能器與濾波電容、濾波電感、調諧電感、負載電阻串聯，功率超聲換能器由超聲功率源激勵，調試方法為將調諧與濾波分為兩步分別進行調試：

步驟1：使用正弦波激勵驅動功率超聲換能器，對功率超聲換能器進行調諧調試，測量諧振時的各項數據，并通過計算得到功率超聲換能器的等效電阻、等效電容、動態電阻、靜態電容；

步驟2：負載電阻值取功率超聲換能器諧振時的所述等效電阻值，通過調節調諧電感，對超聲功率源進行濾波調試，測量并得出濾波電容、濾波電感值；

步驟3：對功率超聲換能器進行調諧濾波的整合調試，調節調諧電感，當負載電阻上的波形相位與調試電路中的波形相位相同時，完成靜態匹配。

所述超聲功率源為大功率超聲功率源。

所述負載電阻為大功率電阻。

所述負載電阻為無感電阻。

所述超聲功率源與功率超聲換能器之間設有變壓器。

測量時采用信號采集裝置，信號采集裝置采集讀取電壓電流信號。

所述信號采集裝置包含示波器。

本發明所達到的有益效果：本發明的一種功率超聲換能器靜態匹配快速調試方法，將濾波、調諧分步進行調試，用于換能器的靜態匹配，匹配效果良好，并可同時測量換能器靜態電容、動態電阻，該測量設備簡單，易于實現，并且具有較高的測量精度。

附圖說明

圖1靜態匹配調試裝置示意圖；

圖2a換能器等效電路示意圖；

圖2b諧振點處換能器等效電路示意圖；

圖2c為圖2b等效串聯電路示意圖；

圖3換能器調諧電路示意圖；

圖4換能器濾波電路示意圖；

圖5調諧濾波整體調試示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

實施例1

靜態匹配調試裝置如圖1所示，主要包括用于實現聲電轉換的超聲換能器Z(以下簡稱換能器Z)，用于驅動換能器Z的自制超聲功率源兩大主體部分，自制的傳輸線變壓器T連接于兩大主體部分之間，用于隔離與阻抗變換，信號采集裝置為示波器1、2，采集讀取電壓電流信號。

調試方法如下：