[發明專利]一種數字化智能式超聲功率源及其使用方法

有效

• 申請號: 201410237235.2
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104043577A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 趙俊陽;朱昌平;方培森;王涵瑜;莫正佩;朱益鵬;何貞兵
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;H03K3/02
• 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

1.一種數字化智能式超聲功率源，其特征在于：包括

微處理器，用于直接產生PWM激勵脈沖信號和控制超聲功率源工作；

電壓可調電源，用于給功率放大電路提供工作電壓；

過壓過流監測電路，用于實時監測工頻市電的電流、電壓可調電源的電壓；

電壓電流采樣電路，用于實時采樣阻抗匹配電路的電壓、諧振匹配電路的電流；

控制面板，用于控制超聲功率源，實現人機交互；

超聲換能器，用于實現電聲能量轉換；

第一濾波整形電路，用于對過壓過流監測電路的監測信號進行濾波整形處理；

第二濾波整形電路，用于對電壓電流采樣電路的采樣信號進行濾波整形處理；

還包括用于對微處理器產生的PWM激勵脈沖信號調整，依次串聯的隔離緩沖電路、功放驅動電路、功率放大電路、阻抗匹配電路、諧振匹配電路；

所述隔離緩沖電路，用于隔離微處理器與功放驅動電路，提高PWM激勵脈沖信號的幅值；

所述功放驅動電路，用于驅動功率放大電路；

所述功率放大電路，用于PWM激勵脈沖信號的功率放大；

所述阻抗匹配電路，用于實現功率放大后的PWM激勵脈沖信號與超聲換能器的阻抗匹配；

所述諧振匹配電路，用于使超聲換能器工作在純電阻狀態；

所述微處理器通過電壓可調電源與功率放大電路的電源輸入端相連接，所述電壓可調電源通過過壓過流監測電路與第一濾波整形電路相連接，所述第一濾波整形電路與微處理器相連接，所述阻抗匹配電路、諧振匹配電路分別與電壓電流采樣電路相連接，所述電壓電流采樣電路通過第二濾波整形電路與微處理器相連接。

2.根據權利要求1所述的一種數字化智能式超聲功率源，其特征在于：所述微處理器的型號為MSP430F149，產生占空比可調節的PWM脈沖激勵信號的頻率為15-30kHz。

3.根據權利要求1所述的一種數字化智能式超聲功率源，其特征在于：所述功率放大電路為半橋型D類功率放大電路或者全橋型D類功率放大電路。

4.根據權利要求1所述的一種數字化智能式超聲功率源，其特征在于：所述阻抗匹配電路設有阻抗匹配變壓器，所述阻抗匹配變壓器包括PQ-28型骨架、E-E型鐵氧體，并通過高頻高溫線圈繞制而成，通過調整阻抗匹配變壓器的初級與次級匝數比，實現阻抗匹配。

5.根據權利要求1所述的一種數字化智能式超聲功率源，其特征在于：所述諧振匹配電路設有諧振匹配電感，所述振匹配電感包括PQ-28型骨架、E-E型鐵氧體，并通過高頻高溫線圈繞制而成，通過調整諧振匹配電感的繞制匝數來調整電感值，實現在不同頻率下與超聲換能器的靜態匹配。

6.根據權利要求1所述的一種數字化智能式超聲功率源，其特征在于：所述超聲換能器為柱狀壓電陶瓷換能器。

7.根據權利要求1所述的一種數字化智能式超聲功率源，其特征在于：所述電壓可調電源采用開關電源拓撲結構，通過微處理器實時控制電壓可調電源的輸出電壓。

8.基于權利要求1所述的數字化智能式超聲功率源的使用方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟（A），檢查確定超聲換能器的工作頻率和額定功率，接通超聲功率源的電源，通過控制面板設定超聲換能器的工作頻率和功率、工頻市電的電流、電壓可調電源的電壓；

步驟（B），過壓過流監測電路監測工頻市電的電流和電壓可調電源的電壓，經第一濾波整形電路整形濾波，通過微處理器分析，控制電壓可調電源或者功率放大電路的開通時間，實現超聲功率源功率的調整，保證超聲功率源的安全工作；

步驟（C），電壓電流采樣電路分別采樣所述阻抗匹配電路兩端的電壓和諧振匹配電路的電流，經第二濾波整形電路整形濾波，通過微處理器分析阻抗變換特性和相位變換特性實現阻抗和諧振的靜態匹配，保證超聲換能器輸出最大的有用功率；

步驟（D），在超聲換能器工作穩定后，超聲換能器的諧振點會在中心頻率處產生偏移，則重復步驟（C）進行動態匹配調節，保證超聲換能器工作在諧振點，輸出最大的有用功率。