[發明專利]一種超聲波加工系統的頻率跟蹤方法

在審

• 申請號: 202010658964.0
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111817711A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 周麗娟
• 申請（專利權）人: 杭州國彪超聲設備有限公司
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;H03K3/037
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明涉及一種超聲波加工系統的頻率跟蹤方法。本發明采集超聲換能器兩端的電壓信號和超聲換能器回路的電流信號，將這兩個信號分別輸入對應的比較器正輸入端，轉換為同相位的方波信號；兩個方波信號再輸入異或門XOR和D觸發器，則異或門XOR的輸出脈沖信號的脈寬反映電壓、電流信號的相位差大小；D觸發器輸出端的電平狀態反映超聲換能器的阻抗特性。本發明通過實時檢測當前換能器諧振狀態，結合算法追蹤換能器的諧振頻率，實現快速準確追蹤換能器諧振頻率變化的目的。

技術領域

本發明涉及超聲波領域，具體涉及一種超聲加工系統的頻率跟蹤方法。

背景技術

超聲波電源又稱為超聲波發生器，是所有超聲應用領域的能源提供者，超聲波換能器由于工作環境(如溫度、壓力等)影響，其諧振頻率會發生漂移，為了使換能器始終處于諧振狀態，超聲波電源輸出電壓頻率必須始終跟隨超聲波換能器諧振頻率變化。

傳統的超聲波電源頻率跟蹤方法有最大電流搜索諧振頻率方法、鎖相環頻率跟蹤方法和匹配電感調節方法等。其中，最大電流搜索諧振頻率方法是利用超聲波換能器在諧振頻率狀態下阻抗最小、輸出電流最大的特點，采集換能器回路最大電流，比較得出電流最大值所對應的頻率，即換能器的諧振頻率，該方法需要電源對換能器進行掃頻，頻率跟蹤的速度受到掃頻周期的制約，啟動時間較長。鎖相環頻率跟蹤方法通過采樣電源輸出電壓、電流的相位關系來改變輸出電壓的交變頻率，以達到換能器回路諧振的效果，其跟蹤精度比最大電流法要高，能獲得較好的諧振效果，但其工作帶寬較窄。匹配電感調節法是在電源輸出頻率不變的情況下，通過調節換能器回路匹配電感的大小來調節電源輸出電壓、電流的相位差，以達到換能器回路諧振的目的，該方法控制精度較低，很多場合中通過手動控制實現，在精度要求較高的場合并不建議使用，一般作為其他頻率跟蹤方法的輔助控制。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種超聲波加工系統的頻率跟蹤方法。

本發明解決技術問題所采取的技術方案為：

一種超聲波加工系統的頻率跟蹤方法，采集超聲換能器兩端的電壓信號和超聲換能器回路的電流信號，將這兩個信號分別輸入對應的比較器正輸入端，轉換為同相位的方波信號；

兩個方波信號再輸入異或門XOR和D觸發器，則異或門XOR的輸出脈沖信號的脈寬反映電壓、電流信號的相位差大小；D觸發器輸出端的電平狀態反映超聲換能器的阻抗特性。

基于上述獲得的信號，該方法包括以下步驟：

步驟1.在超聲波電源上電時，搜索換能器的正反諧振頻率點f_s、f_p并進行保存，將當前超聲加工系統輸出電壓頻率Cur_Fre設置為f_p。

步驟2.當系統運行時，每隔t_{sm_T}判斷當前追頻標志位狀態，如果追頻標志位為True，則進入D觸發器追頻模式，然后進入步驟3；如果追頻標志位為False，則進入相位差追頻模式，然后進入步驟4。

步驟3.獲取當前D觸發器輸出端狀態。

a)當檢測到D觸發器輸出端狀態為高電平時，則輸出電壓頻率Cur_Fre設置為Cur_Fre+Up_Move，將追頻標志位設置為True；當輸出電壓頻率大于f_p+Max_Setup時，則將輸出電壓頻率設置為f_p+Max_Setup，返回步驟2，其中Up_Move表示D觸發器模式下增加頻率的變化步長，Max_Setup表示D觸發器模式下頻率上界。