專利名稱：超聲電源的動態(tài)匹配裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率超聲系統(tǒng)技術領域，具體涉及一種超聲電源的動態(tài)匹配裝置及其方法。
背景技術：
對任何一個功率超聲系統(tǒng)來說，它的等效阻抗都可以用
權利要求
1.超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于包括依次串聯(lián)的超聲信號發(fā)生器、驅(qū)動隔離電路、超聲功率放大器、匹配變壓器、調(diào)諧電感和超聲換能器，所述超聲換能器安裝在反應容器的底部，用于驅(qū)動反應容器內(nèi)液體發(fā)生空化效應；還包括用于采集包括調(diào)諧電感在內(nèi)的超聲換能器電路兩端的實時工作電壓和工作電流的電壓電流采樣電路，所述電壓電流采樣電路依次通過后級隔離電路、濾波整形電路、可編程邏輯器件相連接，所述可編程邏輯器件內(nèi)設有相位測量單元，且可編程邏輯器件的PWM激勵脈沖輸出端與超聲信號發(fā)生器相連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于所述控制面板與可編程邏輯器件相連，用于顯示當前超聲換能器的工作頻率和超聲換能器匹配狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求I所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于所述超聲信號發(fā)生器所采用的芯片內(nèi)置推挽式輸出電路，所述信號發(fā)生芯片為單片集成PWM控制芯片，根據(jù)輸入的PWM激勵脈沖的頻率來控制推挽式輸出電路輸出超聲驅(qū)動信號的頻率。
4.根據(jù)權利要求I所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于所述驅(qū)動隔離電路包括全橋逆變電路和隔離變壓器，所述全橋逆變電路的每一半橋的上管為NPN型達林頓功率晶體管，所述全橋逆變電路的每一半橋的下管為PNP型達林頓功率晶體管；所述隔離變壓器設有一個輸入端和兩個輸出端，兩個輸出端的纏繞方向反相，以產(chǎn)生兩個同頻反相的信號使半橋型D類功率放大電路的上、下兩個功率開關管交替導通工作。
5.根據(jù)權利要求I所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于所述超聲功率放大電路為半橋型D類功率放大電路。
6.根據(jù)權利要求I所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于所述反應容器為各面用鋼板圍成的空心立方體容器，超聲換能器緊貼在反應容器的底部。
7.根據(jù)權利要求I所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于所述超聲換能器為柱狀壓電陶瓷換能器，與反應容器的底部采用直接粘接法進行連接。
8.根據(jù)權利要求I所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置，其特征在于所述隔離電路用于實現(xiàn)電壓電流采樣電路輸出的采樣信號的后級隔離；所述濾波整形電路包括濾波單元和波形變換單元，所述波形變換單元將采樣信號轉(zhuǎn)化成脈沖信號。
9.基于權利要求I的超聲電源的動態(tài)匹配裝置的匹配方法，其特征在于包括以下步驟 步驟(A)接通可編程邏輯器件的電源，按下控制面板的自檢按鈕，進入模塊自檢狀態(tài)，保證可編程邏輯器件內(nèi)設有的相位測量單元正常工作； 步驟(B)接通超聲信號發(fā)生器電源，通過匹配變壓器利用阻抗變換實現(xiàn)調(diào)諧電感、超聲換能器和超聲功率放大器的阻抗匹配，保證超聲換能器輸出最大的有用功率； 步驟(C)待反應容器底部的超聲換能器工作穩(wěn)定后，超聲換能器的諧振點會產(chǎn)生偏移，則進行動態(tài)調(diào)諧匹配； 步驟(D)重復步驟(C)，進行動態(tài)調(diào)諧匹配，保證超聲換能器工作在諧振點，輸出最大的有用功率。
10.根據(jù)權利要求9所述的超聲電源的動態(tài)匹配裝置的匹配方法，其特征在于步驟(C)進行動態(tài)調(diào)諧匹配的方法如下， (Cl)通過可編程邏輯器件每隔5s開啟相位測量單元的采樣信號輸入通道，快速測量相時延和判斷包括調(diào)諧電感在內(nèi)的超聲換能器電路的阻抗特性； (C2)判斷相時延是否在設定的正常工作范圍內(nèi)，若相時延在設定的正常工作范圍內(nèi)，則保持可編程邏輯器件輸出的PWM激勵脈沖頻率不變；若相時延不在設定的正常工作范圍內(nèi)，則繼續(xù)判斷測出的相時延對應的超聲換能器的阻抗特性； (C3)若超聲換能器電路呈電感性，則減小可編程邏輯器件輸出的PWM激勵脈沖頻率，減小超聲信號發(fā)生器的輸出超聲驅(qū)動信號的頻率；若超聲換能器電路呈電容性，則增加可編程邏輯器件輸出的PWM激勵脈沖頻率，增加超聲信號發(fā)生器的輸出超聲驅(qū)動信號的頻率； (C4)重復步驟(C4)，直到測量的相時延穩(wěn)定在設定的正常工作范圍內(nèi)，超聲換能器工作在諧振點 ，輸出最大的有用功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲電源的動態(tài)匹配裝置及其方法，包括依次串聯(lián)的超聲信號發(fā)生器、驅(qū)動隔離電路、超聲功率放大器、匹配變壓器、調(diào)諧電感和超聲換能器，還包括電壓電流采樣電路，電壓電流采樣電路依次通過后級隔離電路、濾波整形電路、可編程邏輯器件(PLD)相連接，可編程邏輯器件內(nèi)設有相位測量單元，可編程邏輯器件的PWM激勵脈沖輸出端與超聲信號發(fā)生器相連接。本發(fā)明通過實時監(jiān)測超聲換能器電路的阻抗特性來動態(tài)調(diào)整超聲驅(qū)動信號的頻率，實現(xiàn)一個動態(tài)匹配的過程，保證換能器始終工作在諧振點，輸出最大的有用功率，匹配精度高，電路簡單，實現(xiàn)成本較低，易于實現(xiàn)，具有較廣的應用前景。
文檔編號B06B1/06GK103252314SQ20131017293
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權日2013年5月13日
發(fā)明者董觀利, 朱昌平, 徐斐, 曹智勇, 何貞兵, 單鳴雷, 陳秉巖, 韓慶邦, 李建 申請人:河海大學常州校區(qū)