[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

技術領域

本發明涉及一種數字化智能式超聲功率源及其使用方法，屬于超聲功率源技術領域。?

背景技術

對于任何一個電子設備系統而言，實現其數字化、智能化是目前追求的一個方向。對于超聲功率源來說，實現其數字化、智能化也是必不可少的。數字化在于替代了傳統模擬方式產生超聲驅動信號，而是通過使用微處理器直接產生超聲驅動信號，便于調節超聲驅動信號的頻率和脈寬；智能化在于優化了傳統的超聲功率源功能，實現了超聲功率源的功率可調、超聲驅動時間的設定以及上電自檢、動態匹配等功能，而且，具有良好的人機交互效果，且成本低，安全性高，操作簡單，適合市場的需求。?

我們知道超聲空化效應是指超聲波作用下的液體分子產生數以萬計的空化泡，當聲壓達到一定值時空化泡破裂而產生沖擊波的過程；超聲機械效應是指超聲波作用下的液體分子縱向壓縮和拉升，激烈碰撞產生非常強大的沖擊力的過程。研究發現，超聲功率源的功率不同超聲空化效應和機械效應的效果不同，通過設計該超聲功率源能夠有效地驅動超聲換能器，并根據不同的使用環境，調整超聲功率源的功率，實現超聲作用的最佳效果。?

超聲功率源與超聲換能器匹配有兩個方面：一是阻抗匹配，一般采用變壓器實現；二是諧振匹配，一般有L、C電路實現，其中阻抗匹配根據前后阻值計算變壓器匝數比進行設計，較為簡單，而諧振匹配較為復雜；諧振匹配方法主要包括靜態匹配和動態匹配，靜態匹配即在超聲功率源輸出頻率與超聲換能器靜態諧振頻率相同的條件下，超聲功率源輸出阻抗與超聲換能器輸入阻抗的匹配，它適用于要求超聲換能器的工作頻率固定的應用場合，但超聲換能器在長時間工作后，可能由于負載變化或擾動等原因會引起換能器工作頻率偏離固有工作頻率，這樣導致靜態匹配效果不佳；動態匹配一般使用頻率自動跟蹤技術，實時跟蹤系統諧振頻率的變化，保證電路匹配，提高系統的效率，克服靜態匹配中的不足。動態匹配方法，關鍵在于超聲驅動信號的頻率變化，傳統的模擬信號產生方式較為復雜，而使用微處理器直接改變超聲驅動信號的頻率，方便可靠，具有更加的匹配效果。?

因此，開發一種數字化智能式超聲功率源，是當前超聲功率源迫切需要解決的問題。?

發明內容

本發明的目的是解決現有的超聲功率源，超聲驅動信號的頻率不易調節、超聲功率不易調節、無安全的監測電路、動態匹配效果差的問題。本發明的數字化智能式超聲功率源及其使用方法，實現了超聲功率源的數字化、智能化，具有超聲驅動信號頻率可調，超聲功率可調，系統上電安全監測，動態匹配效果好的功能，電路結構簡單，操作簡單，成本較低，易于實現，具有較廣的應用前景。?

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：?

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。