超声波发生器与换能器的匹配设计[陈思忠]
超声波发生器与换能器
超声波发生器与换能器谐振点匹配问题
深圳市太和达科技有限公司，位于中国超声波清洗机行业龙头之都—深圳。
多年来，凭借优质的服务，卓越的品质，用稳定的质量，在顾客中树立了良好的口碑，加上长期以来顾客朋友的大力支持，客户数量直线上升，现客户量已达全国各地，部分电镀设备厂配我公司发生器远销国外，赢得顾客信赖。
但要做好超声波清洗机，不得不说一点，那就是关于超声波发生器与换能器的匹配问题。
这就要求，发生器必须要与换能器之间找到谐振点。
部分新做超声波清洗机的顾客会问。
自己买的发生器，出厂设定为28KHZ，而换能器的频率也是28KHZ，不是已经匹配了吗？非也，换能器的实际频率，不是完全的出厂配置频率，与粘贴工艺有关，粘贴精密程度有关，胶水多少有关，紧固螺钉垂直度有关，与水位有关，水温有关，甚至与清洗介质的添加剂有关等等。
因此，每台发生器在使用时，都应该针对超声波发生器的频率进行适当修正调节，调节频率的同时，必须有一点要注意，那就是先调节超声波发生器的电感量，根据发生器输出超声波功率的大小、电流大小、声音、清洗效果等调节好最佳电感量，达到匹配，找到谐振点，并对频率进行微调，达到最佳超声效果。
当然，调节的电感量，要与超声波发生器功率有关，如最大功率为5A的，调节电流大概在4.5A比较合适。
进行频率微调后，超声波电流将会达到最佳输出效果。
这样做的好处有：不会因为谐振点不匹配，导致换能器发热，温度过高，导致容易烧坏；也不会因为发生器与换能器不匹配，烧掉发生器电源；同时可以确保清洗效果达到最佳。
深圳市太和达科技有限公司发表——。
超声波发生器与换能器的匹配设计
时间：2008-1-31 16:25:22来源：转载文号：大中小超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
中国超声波论坛二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式，式中，VAm 为等效负载上的基波幅度；vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。
即输出功率po为1．5Po'；从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL’。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率PO时的初级电阻举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则PO='=1500W。
则变压器初级的Ω若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。
超声波末级功率放大器的一般原理与设计
超声波末级功率放大器的一般原理与设计选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：陈思忠1．概述传统的A类、B类、C类放大器是把有源器件(例如晶体管为讨论对象)作为电流源工作。
在这些放大器中，晶体管工作在伏安特性曲线的有源区。
集电极电流受基极激励信号控制作相应变化，而集电极电压是正弦波或正弦波的一部分。
因此集电极在信号一周内同时存在颇大的电流和电压。
要消耗相当一部分功率，这就是传统放大器的能量转换效率受限制的主要原因。
开关模式放大器在提高放大器效率方面做了质的改革，它把有源器件作为接通／断开的开关运用。
晶体管工作在伏安特性曲线的饱和区或截止区。
当晶体管被激励而接通时进入饱和区，断开时进入截止区。
由于晶体管饱和压降很低，集电极功耗降到最低限度，提高了放大器的能量转换效率。
一般在理想的晶体管条件下(饱和压降为零，饱和电阻为零．断开电阻为无穷大，开关时间为零)，属于开关模式工作的D类放大器，理论效率为100％，实际效率可达90％以上。
而通常的A类放大器效率只有 50％，B类效率为78．5％。
从中看出开关模式功率放大器在功率超声的应用中具有相当大的实际意义。
实际使用中大多数的超声波发生器都是b,c类放大器，c类居多，部分特殊用途的设计为b类。
2．D类功率放大器推挽式D类功率放大器如图1．35所示，输入激励信号使一管导通时另一管截止，导通截止时间各占交流半周期。
这种放大器有两种组态，一种是电压开关放大器图1，35(a)；另一种是电流开关放大器(图1．35(b))。
在电压开关组态中，晶体管作为电压开关工作，集电极电压为方波，串联调谐电路只让基波电流通过。
因此输出电压为集电极电压的基波分量，集电极电流为半个正弦波。
在电流开关组态中，晶体管起电流开关作用。
扼流圈L、，维持恒定的直流馈电电流，集电极电流为方波，而集电极电压为半个正弦波。
图1．35 D类功率放大器(a)为电压开关放大器，(b)为电流开关放大器．这里着重介绍电压开关型放大器。
超声波发生器与换能器的匹配设计
`超声波发生器与换能器的匹配设计选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：思忠一、匹配概述超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式为：为等效负载上的基波幅度；式中，V AmV为电源电压；V为功放管饱和压降，故cescc因输出变压器，末级匹配回路及晶(为了保证系统有一定功率余量的系数。
51．4体管损耗电阻都有损耗，Po' 需要乘上一个约等于1．—；．5Po'为即输出功率Po1在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负从上式可知，。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约'载R L 为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，R能器负载L变压器次初级匝数比通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
时的初级电阻，则输出功率mP／为n O文档Word`，设直流电1000W举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为。
则'=1500W，功率应留有一定余量，则P=1.5P=1VV为220V，V OCESOCC 变压器初级的6.5Ω，则输出变压器次级／初级圈＝200Ω若换能器谐振时等效电阻RL 数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
一种新型超声发生器的设计方案
一种新型超声发生器的设计方案作者：***来源：《今日自动化》2021年第04期[摘要]提出了一种新型超声发生器的设计方案，在传统方案的基础上添加电流环控制和一种改进的闭环控制算法，使压电式超声换能器（以下简称换能器）的振动幅度稳定。
该方案解决了传统锁相控制算法在电流反馈幅度较小时失效以及电流环和锁相环的解耦等问题，提高了系统的快速性和稳定性。
将变压器的等效电感匹配网络的设计中，提高了系统的声电转换效率。
与传统单一锁相环相比，基于该超声发生器的超声焊接系统的振动幅度在响应的快速性和稳定性上均有显著提高。
[关键词]超声发生器;电流闭环控制;变压器等效电感;阻抗匹配网络[中图分类号]TB559 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（21）04–00–03A design Scheme of a New Type of Ultrasonic GeneratorWang Rong[Abstract]This paper presents a design scheme for a new type of ultrasonic generator， adding current loop control and an improved closed-loop control algorithm on the basis of the traditionalscheme to make piezoelectric ultrasonic transducers （hereinafter referred to as transducers） The vibration amplitude is stable. This solution solves the problems of failure of the traditional phase-locked control algorithm when the current feedback amplitude is small and the decoupling of the current loop and the phase-locked loop， and improves the rapidity and stability of the system. Considering the equivalent inductance of the transformer into the design of the matching network，the system's acoustic-electric conversion efficiency is greatly improved. Compared with the traditional single phase-locked loop， the vibration amplitude of the ultrasonic welding system based on the ultrasonic generator is significantly improved in response speed and stability.[Keywords]ultrasonic generator; current closed-loop control; transformer equivalent inductance; impedance matching network全自动金线键合机是芯片封测设备中技术要求最高的设备，它完成半导体芯片和支架之间的电气连接，采用的工艺是热压超声焊。
大功率超声波发生器的设计
大功率超声波发生器的设计陈太洪(常州技术师范学院电气信息工程系,江苏常州213001)摘要:本文简要介绍了印花机用的一种特殊开关电源的设计,即1K W 超声波发生器的设计,该设计以串联谐振作为主回路,并采用了功率因素校正电路,具有较高的效率和良好的可靠性。
关键词:开关电源;串联谐振;功率因素中图分类号:TM44文献标识码:A收稿日期:2001_05_10;修回日期:2001_09_19作者简介:陈太洪(1972-),男,江苏丹徒人,常州技术师范学院电气信息工程系助理实验师.0引言开关电源是一种高频、高效率的电力变换装置。
随着新理论、新技术、新器件的不断出现和成熟,开关电源在重量、体积、效率、用铜用铁及能耗等方面比线性电源有着明显的优势,因此开关电源得到迅速发展,广泛应用于各个领域。
1K W 超声波发生器是应印花机用户对大功率超声波发生器的需求而研制,选用当今国际上电源界公认可靠性较高的串联谐振电路,采用了PWM 调制方式,并且引入功率因素校正电路,具有高效率、高稳定度、高可靠性的特点。
1电路概述超声波发生器要求能输出3K V 正弦波信号,频率约为33K Hz ,以便和印花机上的换能器石英晶片相匹配。
整个电路设计可以分成图1所示几个部分。
图1输入为单相200~240V A C 50Hz 。
通过软起动电路、变压整流、功率因素校正电路、输入滤波电路,得到约?160V 的直流电压送到开关电路。
常州技术师范学院学报JO URNA L OF C HA NGZ HO U T EACHERS CO LL EGE OF TEC HN OL OG Y 第7卷第4期2001年12月Vo 1.7,N o.42001Dec.,常州技术师范学院学报24第7卷图2开关电路将320V 直流电压转换成频率约为33K Hz 的正弦波,然后送给换能器将电能转换成热能。
软起动电路使得在交流电加入瞬间,主继电器不会马上吸合,而是在辅助电源延时1秒后再动作,这样可有效抑制浪涌对电路的冲击损害。
毕业设计论文-超声波发生器与换能器的匹配设计(全套图纸)
目录前言 (1)第1章超声波清洗的原理与应用 (3)1.1 超声波清洗的原理 (5)1.2 超声波清洗的应用 (5)1.2.1超声波清洗的主要应用范围 (6)1.2.2通用超声波清洗机应用 (8)1.2.3 专用超声波清洗机应用 (10)1.2.4超声波清洗机应用于电镀前处 (11)第2章超声波发生器与换能器的概述 (12)2.1 产生超声波的功率源电路 (12)2.1.1声跟踪 (13)2.1.2电跟踪 (13)2.1.2.1阻抗电桥形式的动态反馈系统 (14)2.1.2.2负载分压方式的反馈系统 (15)2.1.2.3锁相式频率自动跟踪 (17)2.2 超声换能器的概述 (18)第3章超声波发生器与换能器的匹配设计 (19)3.1 匹配概述 (19)3.2 阻抗匹配 (20)3.2.1工作磁通密度B的选取 (20)3.2.2 要保证初级电感量足够大 (21)3.2.3 要考虑“集肤效应”的影响 (21)3.3 调谐匹配 (23)3.4 关于匹配电感的设计 (25)结束语参考文献致谢摘要清洗是一种与人们生活实践关系十分密切的劳动，人类从远古时期就开始从事这种劳动。
由于传统清洗操作简单，或只是作为一道工序依附于生产过程中，没有引起广泛关注。
进入21世纪，人们生活已经从温饱阶段进入到舒适时代，对于清洗产品越来越多的需求，加速了新产品研发步伐；同时，制造业的高速发展，也促进了清洗设备、清洗剂等企业的快速进步。
民用、工业两大清洗领域巨大的市场需求，造就了中国清洗行业崭新的未来。
清洗可以从不同的角度进行分类，根据清洗范围的不同，目前通常将清洗分为民用清洗和工业清洗两类,近年来，新技术也不断地被应用于清洗技术之中，如随着生物技术的发展，越来越多的酶和微生物在清洗技术中被使用。
这利用的是生物化学反应；在空气净化和水处理过程中，活性炭的使用也越来越普及，这利用的是吸附作用，另外，还有电解清洗等，因此，将清洗简单地分为几类，已经不能完全涵盖当前清洗技术飞速发展的现实状况。
超声波换能器阻抗匹配
超声波换能器阻抗匹配
超声波换能器的阻抗匹配是指将超声波发射器（或接收器）的阻抗与周围介质（如水或人体组织）的阻抗相匹配，以实现更高的能量传输效率和更好的信号接收质量。
在超声波应用中，阻抗匹配对于提高超声波系统的性能至关重要。
阻抗匹配的目标是最大化能量传输或信号接收，通常通过以下几种方式实现：
1.声阻抗匹配：超声波传感器的发射面通常与介质接触，声阻抗不匹配会导致反射。
为了减少反射，需要考虑超声波传感器与介质接触表面的声阻抗匹配。
通常可以通过合适的介质耦合剂或特殊设计的表面结构来实现。
2.电阻抗匹配：超声波传感器的电阻抗应该与电路中的其他元件（如放大器）匹配，以确保能量传输的高效率和最佳信号放大。
通常通过电路设计和匹配网络来实现电阻抗匹配。
3.波束阻抗匹配：超声波传感器的发射和接收波束的特性需要与介质的声阻抗相匹配，以最大程度地传播超声波信号并最小化反射。
这通常需要根据应用需求和介质特性进行适当的设计和优化。
4.匹配层设计：在超声波换能器的设计中，可以引入匹配层（matching layer），它位于超声波换能器的发射面和介质之间。
匹配层的设计旨在调节超声波的传播速度和阻抗，从而提高超声波信号的传输效率和接收质量。
综上所述，超声波换能器的阻抗匹配是通过声阻抗、电阻抗、波束阻抗和匹配层设计等方式来实现的，以提高能量传输效率和信号接收质量。
在超声波系统设计中，需要综合考虑各种因素，以实现最佳的阻抗匹配。
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超声波电源的设计
集美大学毕业设计论文毕业设计题目超声波电源的设计专业机械设计制造及其自动化班级机制0614 姓名陈曦曦学号2004710175指导教师胡玉生职称副教授机械工程学院2010年6月2日超声波电源的设计[摘要]几十年来，超声加工技术的发展迅速，在型孔和型腔的加工、切割加工、超声波清洗、超声复合加工、超声波焊接领域均有较广泛的研究和应用，解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。
本文首先介绍了国内外在超声波电源方面的发展状况，然后详细分析了超声波设备的组成、关键技术以及设计难点，并以一种200w超声加工电路为方案设计、制作了超声波发生器，应用于超声加工。
通过对模拟与数字超声电源基本电路的介绍，了解超声波电源的频率跟踪、功率控制、稳速、过电压、过电流以及阻抗匹配等关键技术。
接着对所设计电路的各部位电路进行分析和设计。
在此基础上，详细介绍了整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、超声波发生器与换能器的匹配设计以及用Protel 软件设计PCB图，然后进行电路板的制作和试验。
最后对所设计的电路的特点进行归纳与总结。
[关键词]:：超声波发生器；超声波换能器；频率跟踪；阻抗匹配；半桥逆变电路The Design Of Ultrasonic PowerAbstract The development of ultrasonic machining technology is rapid for decades. Type holes and cavity machining, cutting, ultrasonic cleaning, ultrasonic processing, and ultrasonic welding have a wider field of research and application, solves many key technology issues , achieved good resultsThis paper introduces the domestic and international aspects in the development of ultrasonic power first. Then a detailed analysis of the composition of ultrasonic equipmentKey technologies and design difficultiesAnd design a 200wultrasonic generator which is used in ultrasonic machining .Through the power of analog and digital ultrasound description of the basic circuit, Learn about the frequency of ultrasonic power tracks, power control, steady speed, overvoltage, overcurrent and impedance matching key technologies.Then designed circuits to all parts of the circuit analysis and design. On this basis ,Details of the rectifier circuit, filter circuit, push-pull inverter circuit, impedance ,Ultrasonic generator and the matching design of transducerand PCB design using Protel software , and then proceed to circuit board productionand testing.Finally, the design characteristics of thecircuit of induction have summed up and summarized.Key words:ultrasonic generator;ultrasonic transducer;frequency tracking;Impedance matching;half-bridge inverter circuit目录摘要IAbstractII引言11 超声加工技术51.1 超声波加工的原理51.2 超声波加工的特点51.3 超声波加工的应用62 模拟与数字超声电源的基本电路82.1 模拟电路超声波发生器82.1.1 超声波振荡器82.1.2 超声波放大器82.2 数字超声波发生器82.3 频率跟踪112.4 功率控制132.4.1 输出功率控制系统132.4.2 功率控制系统中UC3875 的应用14 2.5 保护电路152.5.1 稳速电路152.5.2 过电压、过电流保护电路162.5.3 缓冲电路183 50W超声波发生器的电路设计183.1 总体方案设计183.2 整流、滤波电路的设计193.3 半桥逆变电路设计223.4 磁环变压器233.5 超声波发生器与换能器的匹配设计23 3.5.1 阻抗匹配253.5.2 调谐匹配263.5.3 关于匹配电感的设计273.6 系统电路原理图293.6.1 电路的工作原理293.6.2 各个元器件的作用303.6.3 元器件的选取314.1 印刷电路板设计344.1.1 设计步骤354.1.2 设计电路版时应该注意的问题35 4.2 印制电路板的制作364.2.1 印制电路板的工具364.2.2 印制电路板的步骤364.3 电路板的焊接404.3 电路板的调试42结论43致43参考文献44引言超声波发生器，通常称为超声波电源。
超声波发生器与换能器的匹配设计 (2)
超声波发生器与换能器的匹配设计时间：2008-1-31 16:25:22来源：转载文号：大中小超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
中国超声波论坛二、阻抗匹配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式，式中，VAm 为等效负载上的基波幅度；vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。
即输出功率po为1．5Po'；从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL’。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率PO时的初级电阻举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则PO=1.5PO'=1500W。
则变压器初级的6.5Ω若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
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基于DDS技术的智能超声波功率源的研制(1)2009-04-06 23:53北京清华大学机械工程系(100084)马伯志吴敏生陈以方薛林摘要：介绍了一种基于直接数字合成技术的超声波功率源的设计,详细介绍了DDS信号产生电路、单片机控制电路、功率放大电路以及超声波功率源与换能器的匹配设计，并给出了系统软件设计方案。
关键词：直接数字合成功率超声功率放大阻抗匹配功率超声设备利用超声波的能量改变材料的某些状态，需要产生相当大或比较大的功率。
超声波功率源（或称发生器）向超声换能器提供连续的电能量，其性能特点直接影响着各种功率超声的研究工作。
近年来，我国关于功率超声的研究十分热门，尤其是超声化学和超声的生物效应，更是声学研究的热点。
上述研究需要超声波具有高分辨率、高稳定性、大功率、频率大范围可调等特点。
为此，研制了一种基于DDS技术的超声波功率源，并已将其应用在实际的声学研究中。
1 系统原理及特点系统原理如图1所示，用单片机AT89C51控制DDS芯片AD9850产生频率为1KHz~1MHz的波形信号, 功率放大采用半桥放大方式.其中,功率开关使用MOSFET模块,通过输出变压器和电感组成的匹配网络驱动压电换能器激发超声波.本系统的主要特点有：（1）采用数字DDS技术产生波形信号，分辨率高、稳定性好、频率范围大。
系统频率不会随工作时间出现漂移。
（2）功率放大器件采用大功率的MOSFET模块，功率可达2000W以上。
（3）采用变压器输出，通过串联谐振提高换能器两端电压，提高了电能的利用率。
（4）系统通过单片机串行口接收反馈或者其它数据的输入，利用编程实现智能控制。
2 系统硬件实现2.1 DDS原理及电路实现2.1.1 DDS电路工作原理DDS技术是一种用数字控制信号的相位增量技术,具有频率分辨率高、稳定性好、可灵活产生多种信号的优点。
基于DDS的波形发生器是通过改变相位增量寄存器的值（每个时钟周期的度数）来改变输出频率的，如图2 所示。
超声波发生器与换能器的匹配设计
前言在市场经济的环境下，对产品质量要求越来越高。
为保证产品质量，许多企业在产品生产过程中，将采用清洗工艺来提高产品质量，为企业创造良好的经济效益。
当前在一些工业产品生产过程中，应用超声波清洗是一种洗净效果好，价格经济，有利于环保的清洗工艺。
超声波清洗机可以应用于清洗各式各样体形大小，形状复杂，清洁度要求高的许多工件。
例如可用于清洗钟表零件、照相机零件、油咀油泵、汽车发动机零件、精密轴承零件、齿轮、活塞环、铣刀、锯片、宝石、医用注射器及各种光学镜头等；还可以用于清洗印制板、半导体晶片及器件、显象管内的精密零件、磁性元件、硅片、陶瓷晶片、插头座、焊片、电极引线等电子类产品。
一种物件的清洗可以根据其污垢的性质，采用机械物理力清洗的方法或化学力清洗的方法，还可以用各种组合方法来进行清洗。
若是用自来水或净水为清洗液的超声波清洗属物理力的清洗，若在清洗液中添加一些洗涤剂，则属于组合清洗，对不同的清洗对象选用不同的洗涤剂，更具有明显的清洗效果。
表0-1为几种清洗方法洗净效果比较。
表0-1 为两种清洗方法洗净效果比较。
图0-1 超声波清洗效果清洗作为一种古老而又新兴的活动和技术，正日益引起人们的兴趣和关注．清洗是一门技术，是一个新兴的多学科技术领域。
清洗行业量大而面广，无处不有，与人类社会生产，生活各方面息息相关．清洗技术的发展是人类文明的一个重要标志，清洗技术水平反映了一个人．一个民族、一个国家的文明进步程度和科学技术的发展水平。
今后．清洗技术的发展将更加迅速．普及．大批的大专院校．科研院所。
专业公司的科技人员将加入清洗技术研究开发队伍．一些现在存在的行业技术问题得到解决，行业总体技术水平大幅度提高．新技术．新产品大量涌现，各种新颖的清洗设备进入市场和人们的日常生活．人们将不再只是依靠经验来清洗．各种实用化的计算机软件将问世；行业分工更加专业、细致，行业标准和技术规范得到推广普及．行业管理规范有序．清洗行业的前景无限美好！第1章超声波清洗的原理与应用1.1 超声波清洗的原理把液体故人清洗槽内，给槽内作用超声波。
一种超声波发生器的自适应方法[发明专利]
![一种超声波发生器的自适应方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/50817f427ed5360cba1aa8114431b90d6c858905.png)
(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.12.25C N 103475334 A (21)申请号 201310368637.1(22)申请日 2013.08.21H03H 21/00(2006.01)(71)申请人惠州市诺丹富超声波设备有限公司地址516006 广东省惠州市惠澳大道惠南高新产业园金钟路一号(72)发明人黄智勇 吴彪 欧阳春柏 王轩(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司 44245代理人蒋剑明(54)发明名称一种超声波发生器的自适应方法(57)摘要本发明涉及一种超声波发生器的自适应方法，通过对焊接系统进行频率扫描，并对谐振回路的电流数据进行采样，将当前采样电流数据与上一次采样电流数据进行比较，若当前采样电流数据比上一次采样电流数据大，则频率变化方向与上一次的频率变化方向一致，并以更新后的频率点采样电流数据；若当前采样电流数据比上一次采样电流数据小，则频率变化方向与上一次的频率变化方向相反，并以更新后的频率点采样电流数据；若前采样电流数据与上一次采样电流数据一致，则此频率点为谐振点，并在此谐振点驻点工作，通过超声波发生器的输出频率随焊接系统的谐振频率点进行自适应，使焊接系统工作在谐振频率点，提高焊接质量。
(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号CN 103475334 A*CN103475334A*1.一种超声波发生器的自适应方法，其特征在于，包括超声波发生器的输出频率自适应方法，具体如下：步骤一、预先设定频率变化的初始方向和电流数据初始值；步骤二、在可预期的系统允许的最大工作频率范围内，以一定的频率步长进行频率扫描，并采样谐振回路该频率点的电流数据，且存储该电流数据；步骤三、将当前采样电流数据与上一次采样电流数据进行比较，若当前采样电流数据比上一次采样电流数据大，则频率变化方向与上一次的频率变化方向一致，并返回步骤二；若当前采样电流数据比上一次采样电流数据小，则频率变化方向与上一次的频率变化方向相反，并返回步骤二；若前采样电流数据与上一次采样电流数据一致，则此频率点为谐振点，并在此谐振点驻点工作。
超声波发生器与换能器匹配设计[陈思忠]
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超声波发生器与换能器的般配设计选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：陈思忠一、般配概括超声波发生器与换能器般配包含两个方面，一是经过般配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是因为发生器需要一个最正确的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最正确负载，也即阻抗变换作用；二是经过般配使发生器输出效率最高，这是因为换能器有静电抗的原由，造成工作频次上的输出电压和电流有必定相位差，进而使输出功率得不到希望的最大输出，使发生器输出效率降低，所以在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
因而可知般配的利害直接影响着功率超声源的产生和效率。
二、阻抗般配为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在 D 类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl' 上的输出功率表达式为：式中， V Am为等效负载上的基波幅度；V cc为电源电压； V ces为功放管饱和压降，故为了保证系统有必定功率余量(因输出变压器，末级般配回路及晶体管消耗电阻都有消耗，Po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5 的系数。
即输出功率 Po 为 1．5Po'；从上式可知，在电源电压给定以后，输出功率的大小取决于等效负载 R L’。
当前大部分功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，所以需要对调能器负载 R L进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，经过输出变压器的首次级线圈的匝数比进行变换。
变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率 P O时的初级电阻举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为V CC为 220V ，V CES=1V ，功率应留有必定余量，则1000W，设直流电P OO'=1500W 。
则变压器初级的6.5 Ω若换能器谐振时等效电阻RL ＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比以上称呼阻抗变换，是经过输出变压器推行的。
超声换能器及匹配电路
检测超声换能器
检测超声换能器是实现产生和接收超声信 号的主要器件.目前检测超声换能器主要是 利用压电材料制成的压电陶瓷超声换能器、 静电换能器以及电磁声换能器等.
电磁超声
F=I×B
图为一个传统的压电式超声检测用纵波直 探头.
静态匹配电路
55静态匹配电路静态匹配电路66电感电容匹配改进电感电容匹配t型匹配77比较比较串联电感匹配后的有功电阻小于并联匹配的有功电阻且串联匹配后所需的激励电压也小于并联匹配的激励电压
超声换能器及匹配电路超声波• 特性：方向性好强度大、对固体、液体 的穿透本领强
• 对介质的作用：机械作用、热作用、空化 作用
电感-电容匹配
改进电感电容匹配
T型匹配
比较
• 串联电感匹配后的有功电阻小于并联匹配的有功 电阻,且串联匹配后所需的激励电压也小于并联匹 配的激励电压.
• T型网络匹配,理论推导简单,不必测L1、C1的值; 且输出电阻较单个串联电感进一步减小,是一种更 好的匹配网络.
• 改进的电感-电容匹配比电感-电容匹配的可调节 参数(L、C)增多一可变电容Cd,且有功电阻也再进 一步减少,Qe也再进一步增大,滤波性能也再进一 步增加,是一种较理想的匹配.
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超声波发生器与换能器的匹配设计
选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：陈思忠
一、匹配概述
超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；
二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。
由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。
二、阻抗匹配
为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。
一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式为：
式中，V Am为等效负载上的基波幅度；
V cc为电源电压；V ces为功放管饱和压降，故
为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，Po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。
即输出功率Po为1．5Po'；
从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载R L’。
目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载R L进行阻抗变换。
由高阻抗变换为低阻抗。
一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。
变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率P O时的初级电阻
举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电V CC为220V，V CES=1V，功率应留有一定余量，则P O=1.5P O'=1500W。
则变压器初级的
6.5Ω
若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比
以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。
输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。
它不仅会以漏感、励磁电流等方式影响电路的工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。
为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B，高导磁率μ，高电阻率ρc和低矫顽力Hc的高饱和材料作铁芯。
一般在防止高频变压器的瞬态饱和时，在设计时要注意如下几点：
1．工作磁通密度B的选取
铁芯材料的磁感应增量ΔB愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻R 也愈小，从而线圈的铜损P m也愈小。
ΔB取得高时，传输的脉冲前沿就愈陡。
因此，在设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体积和重量都是很有利的。
为了避免在稳态或过渡过程中发生饱和，一般选取工作磁通密度B≤Bs／3为宜，这里Bs 为磁芯的最大和磁通密度。
2. 要保证初级电感量足够大
一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：ωLl≥15R L'，其中R L' 为次级负载所算到初级边的等效电阻值，ωL1为初级电感感抗，若初级电感量太小，励磁电流将比较大，励磁电流过大，变压器的损耗将增加，温升随之增高，从而降低Bs，使变压器进入饱和的可能性增大。
3．要考虑“集肤效应”的影响
在高频工作时，流过导线的电流会产生“集肤效应”。
这相当于减少了导线有效截面积，增加了导线的电阻，从而引起导线的压降增大，导致变压器温度升高，结果增大了变压器进入饱和的危险性，建议采用小直径的多股导线并绕的方法。
三、调谐匹配
由于压电换能器有静电容C0，磁致伸缩换能器有静电感L0，在换能器谐振状态时，换能器上的电压V RL与电流I RL间存在着一相位角φ，其输出功率P O＝V RL I RL cosφ。
由于φ的存在，输出功率达不到最大值。
只有当φ=0时，输出功率达最大值。
因此为了使换能器上电压V RL与电流I RL同相(φ=0)，则必须在换能器上，并上或串上一个相抵消的抗。
对于压电换能器而言，即并上或串上一个电感L0即可，而磁致伸缩换能器应并上或串上一个电容C0。
压电换能器的阻抗或导纳等效电路如图1．52所示。
在等效电路图中
式中R'(f)，X'(f)为串联电阻和电抗；R(f)，G(f)，B(f)为并联电阻、电导和电纳。
它们都是频率的函数。
并联调谐和串联调谐电感量由下式确定：
下面我们比较一下两种调谐的差异
图1-53，1-54是一种换能器两种调谐计算曲线，由计算表明，
1.由于换能器的串联电抗比并联电抗小，故有L串< L并。
2.并联调谐不改变换能器并联电导响应，而串联调谐后电导响应呈双峰，导纳圆图为二个重叠的圆。
3.串联调谐的有功阻比并联调谐后有功阻小，即串联调谐可获得相对低的输入电阻。
4.从串、并联调谐的输入相角过零点情况看，作为宽带特性并联调谐优于串联调谐。
5.目前在功率超声中用串联调谐较多，除上述串联的特性外，还有
当换能器负载有短路现象时，因串联调谐有电感串在发生器输出回路中，不会使功放负载造成完全短路。
在实际匹配电路调节中，有时要稍调获感性负载为好，对功放电路有利，有的末极功放发射极上串上一小电感可能也有好处。
前面也曾提到，作为电压开关的D类功放，容性负载造成对高次谐波的短路作用，会给开关带来危险。
但也要注意感性负载会使管子反峰电压增加。
四、关于匹配电感的设计
匹配电感通常就是铁蕊线圈的电感，其电感量可按下式计算。
式中ω为线圈匝数，S c为铁芯有效截面积(cm2)；l c铁芯平均磁路长度(cm)；μe铁芯有效磁导率，
式中，μ~铁芯磁导率,lg铁芯中非磁致间隙长度(cm)；因为lg/lc >> 1／μ~,故
所以
由此可见电感L与间隙lg近似成反比，调节lg间隙即可调节L O。
设计电感有以下几个步骤；
(1)按ωS c选铁芯
式中V为输出电压有效值(V)；f为工作频率(Hz)；B为铁芯磁感应强度。
一般选MXO-2000E型磁芯较多，匝数计算如下；
(2)计算磁芯间隙lg
(3)确定导线
考虑到高次谐波和超声频率较高，顺计及高频电流的邻近效应和集肤效应的因素。
当f>10kHz时由邻近效应引起的交流电阻R~约为其直
流电阻R d的2—10倍，铜耗p r也要比直流铜耗P ro增大同样倍数。
令增大倍数为k，则：
Pr = kP ro
因此，为维持电感线圈的正常升温，电流密度必须按照常规允许值的1／k-1来选择。
关于集肤效应，常用高频电流的穿透深度B来表示：
式中，μ为导线磁导率，r为导线电导率。
为减少集肤效应的影响，所选导线直径D必须小于两倍穿透深度B，否则采用扁平线或者高频线。
在功率超声中其频率为15-40千赫的匹配电感导线可以采用多股塑胶线，一般问题不大。
匹配电感连续工作8小时如果温升正常，则表明设计是成功的。