[實用新型]一種磁致伸縮換能器自動阻抗匹配器

有效

• 申請號: 201921651312.3
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN210775659U
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 黃文美;冉超;翁玲;王博文;張博
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02;B06B1/08
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本實用新型為一種磁致伸縮換能器自動阻抗匹配器。該自動阻抗匹配器的組成包括阻抗匹配模塊、信號采集模塊、反饋模塊以及單片機控制模塊；所述的阻抗匹配模塊的組成包括兩套8路5V帶光耦隔離功能的繼電器模塊、一個5V直流電源和16個CBB匹配電容、16個阻值為1kΩ的電阻；兩套繼電器模塊結構相同，各包括8個并聯的繼電器；每套繼電器模塊的DC+和DC?端口都分別接到5V直流電源的正極c和負極d；每個繼電器的高低電平觸發選擇端S1?S16各插上一個與之配套的H跳線帽。本實用新型使換能器能夠在不同的環境、工況和負載下持續穩定地工作在諧振狀態，顯著提高換能器工作效率。

技術領域

本實用新型涉及一種阻抗匹配器，特別是涉及一種磁致伸縮換能器自動阻抗匹配器。具體是采用阻抗匹配模塊、信號采集模塊、反饋模塊和單片機控制模塊實現電源與磁致伸縮換能器之間的動態自動阻抗匹配。

背景技術

磁致伸縮換能器是利用磁致伸縮材料進行能量轉換的電磁機械裝置，是將一種形式的能量轉換為另一種形式能量的器件。在水聲、超聲和主動振動控制等領域得到廣泛應用。

磁致伸縮換能器與電源之間的阻抗匹配直接影響到磁致伸縮換能器的工作效率。近年來，磁致伸縮換能器制造工藝日趨成熟，但智能化阻抗匹配的發展相對緩慢制約了磁致伸縮換能器的應用。

為了提高磁致伸縮換能器的輸出功率、能量轉換效率等性能，需要在換能器與電源之間進行阻抗匹配。磁致伸縮換能器呈阻感性，可以等效為一個電阻和一個電感串聯,根據電路知識對其進行阻抗匹配，可以消除磁致伸縮換能器的感性，使換能器工作在諧振狀態，從而提升工作性能。目前，主要的阻抗匹配方式有靜態匹配和動態匹配兩大類。

靜態匹配的原理是通過精密阻抗分析儀測量磁致伸縮換能器的阻抗特性，得到換能器的等效電阻R和等效電感L的值，結合諧振頻率通過公式計算得到所需匹配的電容值，從而完成匹配。通過靜態匹配，可以消除換能器的無功功率，使換能器工作在諧振狀態，從而提高工作效率，此方法簡單可行。但在換能器的工作過程中，由于環境、溫度、負載等的變化會引起換能器阻抗特性發生變化，從而帶來頻率漂移的現象。此時，所加的匹配電容將不再滿足要求，換能器也將不再工作在諧振狀態。

動態匹配主要有可變電容匹配法以及頻率跟蹤法。可變電容匹配法，原理是控制電路根據檢測到的電壓和電流的幅值、相位等信息來控制驅動電機的轉動，從而調節可變電容的數值，完成阻抗匹配。該方法結構較復雜、成本較高。頻率跟蹤法的原理是，控制電路根據檢測到的電壓和電流的幅值、相位等信息來調整驅動電源的輸出頻率。它是在保證靜態匹配確定的匹配電容參數不改變的前提下，使驅動電源的輸出頻率跟隨著換能器諧振頻率的改變而改變，間接的完成動態阻抗匹配。該方法結構和元件較復雜、需要靜態匹配作為輔助，比較適合于輸出頻率需要改變的場合。

實用新型內容

針對上述阻抗匹配的不足，本實用新型的目的在于提供一種快速度、寬范圍、高精度的磁致伸縮換能器自動阻抗匹配器及其實現方法。該自動阻抗匹配器，選用由高精密采樣電阻組成的信號采集模塊對電路信號進行采集，有效避免了采樣電路帶來的額外相位差；選用兩套8路帶光耦隔離功能的繼電器模塊，每個繼電器連接一個電容。利用單片機對繼電器進行控制，在保證驅動電源輸出頻率不變的前提下，采用變步長的方式調節匹配電容值來鎖定換能器的輸入電壓、電流到同相位狀態，完成自動阻抗匹配。使換能器能夠在不同的環境、工況和負載下持續穩定地工作在諧振狀態，顯著提高換能器工作效率。

本實用新型的技術方案為：

一種磁致伸縮換能器自動阻抗匹配器，該自動阻抗匹配器的組成包括阻抗匹配模塊、信號采集模塊、反饋模塊以及單片機控制模塊；