[實用新型]用于鋁合金焊接殘余應力消除的全數字超聲發生器

有效

• 申請號: 201420552334.5
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN204122335U
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 周紅生;姜弢
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所東海研究站
• 主分類號: B06B1/02
• 分類號: B06B1/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本實用新型涉及一種超聲波發生器，特別是一種用于鋁合金焊接殘余應力消除的數字型超聲發生器。

背景技術

超聲波具有很高的能量，在超聲工業應用中，通過超聲發生器、換能器可將電能轉換成機械能作用于工件，以進行塑料焊接、金屬焊接、清洗、提取等工業應用。在超聲的工業應用中，發生器的設計對超聲設備至關重要。目前常規的超聲發生器設計缺點：

1.電源管理器為屬分立組合,調試煩瑣。在負載匹配上經常被連線分布電容和電感所形成的尖峰脈沖擊穿或燒毀。

2.含有非常高的諧波分量，由于只有輸入電流的基波分量才能產生有功功率，因此功率因數很低。

3.通常采用自激振蕩電路，即使部分產品采用它激式電路，但頻率跟蹤、功率調節均為手動方式。在工況下受外界因素影響會造成頻率不能及時跟蹤以致失諧，功率不能及時調整。并且存在成本高、效率低、故障率高等缺點。

發明內容

本實用新型提供一種用于鋁合金焊接殘余應力消除的全數字超聲發生器，以解決功率因數低、故障率高的問題。

本實用新型采取的技術方案是：整流濾波器、DC變換器、全橋逆變器、功率放大器、匹配網絡順序電連接，信號驅動電路分別與DC變換器、全橋逆變器、功率放大器電連接，保護電路分別與信號驅動電路、功率放大器、采樣電路電連接，功率放大器、匹配網絡分別與采樣電路連接，單片機分別與信號驅動電路、保護電路、采樣電路、功率調節電路、顯示器電連接，功率調節電路與信號驅動電路連接。

本實用新型的優點是可自動完成頻率跟蹤功率調節，并可通過人機交互以預設電流值方式完成功率設定，具有完善的保護電路、采樣電路，具有良好的穩定性及可控性，具備實時監測、頻率跟蹤，控制換能器輸出振幅恒定的特點，可更好地滿足鋁合金焊接殘余應力消除超聲設備需求。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路原理框圖；

圖2是本實用新型的匹配網絡的電路原理圖。

具體實施方式

整流濾波器1、DC變換器2、全橋逆變器3、功率放大器4、匹配網絡5順序電連接，信號驅動電路6分別與DC變換器2、全橋逆變器3、功率放大器4電連接，保護電路7分別與信號驅動電路6、功率放大器4、采樣電路8電連接，功率放大器4、匹配網絡5分別與采樣電路8連接，單片機10分別與信號驅動電路6、保護電路7、采樣電路8、功率調節電路9、顯示器11電連接，功率調節電路9與信號驅動電路6連接。

整流濾波電路1、DC變化器2用于將外供220V交流電轉換其他模塊工作所需的穩定直流電源。全橋逆變器3由四個IGBT模塊組成。采用串-并聯組合電路作為匹配網絡5,用這種匹配形式輸出到換能器的波形高次諧波比較少，由于換能器電氣特性上有等效的并聯電容，此電容在換能器運行過程中會變化，本設計避免了在運行過程電容對換能器匹配影響，經實驗測試得到的超聲波兩端波形趨于正弦波，換能器基本不發熱。單片機10采用意法半導體的STM32F103，芯片有16個快速I/O端口；芯片有2個12位的模數轉換器，轉換速率可以高達達1MHz，具有雙采樣和保持功能；內部嵌有溫度傳感器，可測量處理器溫度值以便控制；有靈活的7路通用的DMA存儲器直接訪問功能，可以管理存儲器到存儲器、設備到存儲器和存儲器到設備的數據傳輸。

整體工作流程：電220V交流經整流濾波電路1轉換為低壓直流電，經DC變換器2轉換為其他工作模塊所需直流電，經由四個IGBT組成的全橋逆變器3，電流順次通過兩個橋形成交流的兩個半波，兩個半波合并成為一整個交流波形輸出至功率放大器4進行功率放大，功率放大器將輸入的直流電壓變換成輸出頻率可調的高頻高壓至匹配網絡5，匹配網絡5的作用是降低外界環境對電參數的影響及提高電聲轉換效率，匹配網絡將電能經負載換能器轉換為機械能作用于鋁合金焊接處理工件；保護電路7對功率放大器4，信號驅動電路6，采樣電路進行電路保護，上位機通過單片機對信號驅動電路6、采樣電路8對DC變換器2、全橋逆變器3及功率放大器4進行調控以達到功率調節的目的。