超声波发生器基本原理.doc

超声波发生器基本原理 一、基本原理首先由信号 超声波发生器来产生一个特定频率的信号，这个信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，这个特定频率就是 超声波换能器的频率，一般在超声波设备中使用到的超声波频率为25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz或以上现在尚未大量使用．但随着以后精密清洗的不断发展。 相信使用面会逐步扩大．比较完善的超声波发生器还应有反馈环节，主要提供二个方面的反馈信号：第一个是提供输出功率信号，我们知道当超声波发生器的供电电源（电压）发生变化时．超声波发生器的输出功率也会发生变化，这时反映在超声波换能器上就是机械振动忽大忽小，导致清洗效果不稳定．因此需要稳定输出功率，通过功率反馈信号相应调整功率放大器，使得功率放大稳定.第二个是提供频率跟踪信号．当超声波换能器工作在谐振频率点时其效率最高，工作最稳定，而超声波换能器的谐振频率点会由于装配原因和工作老化后改变，当然这种改变的频率只是漂移，变化不是很大，频率跟踪信号可以控制信号超声波发生器，使信号超声波发生器的频率在一定范围内跟踪超声波换能器的谐振频率点．让超声波发生器工作在最佳状态。当然随着现代电子技术，特别是微处理器(uP)及信号处理器(DSP)的发展，超声波发生器的功能越来越强大，但不管如何变化，其核心功能应该是如上所述的内容，只是每部分在实现时技术不同而已。但模拟功率放大器有几个缺点： (1)不易使用现代的微处理器来处理，由于该电路呈现一个比较典型的模拟线路特征，用数字处理比较复杂，涉及到A／D(模拟转数字)和D／A(数字转模拟)，成本比较高，可靠性低． （2）模拟控制电路存在控制精度低，动态响应慢、参数整定不方便、温度漂移严重，容易老化等缺点．专用模拟集成控制芯片的出现大大简化了电力电子电路的控制线路。提高了控制信号的开关频率，只需外接若干阻容元件即可直接构成具有校正环节的模拟调节器，提高了电路的可靠性。但是，也正是由于阻容元件的存在，模拟控制电路的固有缺陷，如元件参数的精度和一致性、元件老化等问题仍然存在．（3）此外，模拟集成控制芯片还存在功耗较大、集成度低、控制不够灵活，通用性不强等问题． 用数字化控制代替模拟控制，可以消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点，有利于参数整定和变参数调节，便于通过程序软件的改变方便地调整控制方案和实现多种新型控制策略，同时可减少元器件的数目、简化硬件结构，从而提高系统的可靠性．此外．还可以实现运行数据的自动储存和故障自动诊断，有助于实现电力电子装置运行的智能化 。二、超声波发生器应用数字化控制技术一般有三种形式：(1) 采用AVR高档单片机控制 单片机是一种在一块芯片上集成了CPU．RAM／ ROM、定时器／计数器和I／O接口等单元的微控制芯片， 具有速度快，功能强、效率高、体积小，性能可靠、抗干扰能力强等优点，在各种控制系统中应用广泛。单片机的CPU经历了由4、8，16、32直至64位的发展过程。在超声波发生器中，单片机主要用作数据采集和运 算处理、电压电流调节、PWM信号生成、系统状态监控和故障自我诊断等，一般作为整个电路的主控芯片运行，完成多种综合功能。配合D／A转换器和MOSFET功率模块实现脉宽调制．另外，单片机还具有对过流，过热。欠压等情况的中断保护以及监控功能。 单片机控制克服了模拟电路的固有缺陷，通过数字化的控制方法，得到高精度和高稳定度的控制特性，并可实现灵活多样的控制功能． (2)采用DSP控制 数字信号处理器{DSP}是近年来迅速崛起的新一代可编程处理器．其内部集成了波特率超声波发生器和FiFO缓冲器，提供高速同步串口和标准异步串口，有的片内还集成了采样／保持和A／D转换电路，并提供PWM信号输出．与单片机相比，DSP具有更快的CPU．更高的集成度和更大容量的存储器． DSP属于精简指令系统计算机(Risc)，大多数指令都能在一个周期内完成并可通过并行处理技术，在一个指令周期内完成多条指令．同时，DSP采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存储程序和数据．内置高速的硬件乘法器，增加了多级流水线．使其具有高速的数据运算能力．而单片机为复杂指令系统计算机(CiSC)，多数指令要2-3个指令周期才能完成．单片机采用诺依曼结构，程序和数据在同一空间存储，同一时刻只能单独访问指令或数据．单片机的ALU只能做加法，而乘法则需 要由软件来实现，因而需要占用较多的指令周期，速度比较慢。与16位单片机相比．DSP执行单指令的时间快8—10倍，一次乘法运算时间快16-30倍． 在超声波发生器中。DSP可以完成除功率变换以外的所有功能，如主电路控制、系统实日十监控及保护．系统通信等．虽然DSP有着许多优点，但是它也存在一些局限性，如采样频