超声波发生器的研究

超声波发生器的研究

陈振伟

【摘要】：自从超声科技问世以来，其发展日新月异，应用日益广泛，已经取得了良好的社会效益和经济效益。但是作为一门综合性极强的交叉学科，超声学研究与应用均起步较晚，技术状况已远远不能满足我国经济事业多领域的需求，广阔的市场前景促使我们加大研究力度。本文首先介绍了功率超声波技术的原理和发展趋势，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，并采用三种不同的控制方案设计、制作了超声波发生器，分别应用在超声波清洗机和焊接机中。主电路使用集MOSFET和GTR的优点于一身的IGBT作为开关管，构成半桥逆变电路。通过分析超声波换能器的阻抗特性，比较换能器工作在串联谐振频率和并联谐振频率的优劣，介绍了几种匹配方式的特点，设计了匹配电路。控制电路中分别采用了锁相方式、扫频控制方式以及模糊自适应控制方式实现了对超声负载的自动频率跟踪，并且功能完善，配备了软启动、死区调节、限流、过流、驱动自保护和过热保护，有力的保障了系统长时间工作的稳定性和可靠性。最后通过实验，证明了设计的方案可靠，适应性强，样机不仅具有频率自适应功能，而且能够功率自适应，具有良好的推广应用意义。【关键词】：超声波发生器阻抗特性匹配电路锁相环扫频控制模糊自适应

【学位授予单位】：浙江大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2007

【分类号】：TB517

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.028469

【目录】：

∙摘要3-4

∙Abstract4-7

∙第一章绪论7-14

∙引言7

∙ 1.1 超声技术的发展史7-8

∙ 1.2 功率超声技术的原理与应用8-9

∙ 1.2.1 超声清洗的原理及优点8-9

∙ 1.2.2 超声焊接的原理及优点9

∙ 1.3 超声发生器的发展及趋势9-12

∙ 1.3.1 超声发生器的发展9-11

∙ 1.3.2 控制方案现状11

∙ 1.3.3 超声发生器的趋势11-12

∙ 1.4 论文的选题意义及主要工作12-13

∙ 1.4.1 选题的背景意义12-13

∙ 1.4.2 课题主要工作13

∙ 1.5 本章小结13-14

∙第二章超声换能器特性及匹配电路分析14-24 ∙引言14

∙ 2.1 换能器阻抗特性理论分析14-18

∙ 2.2 阻抗匹配18-23

∙ 2.3 本章小节23-24

∙第三章控制方案设计24-47

∙引言24

∙ 3.1 锁相控制方式24-33

∙ 3.1.1 锁相控制原理24-26

∙ 3.1.2 锁相控制电路26-33

∙ 3.2 扫频控制方式33-36

∙ 3.2.1 扫频控制原理33-34

∙ 3.2.2 扫频控制电路34-36

∙ 3.3 模糊自适应控制方式36-46

∙ 3.3.1 模糊自适应控制原理36-39

∙ 3.3.2 ATMEGA48微处理器介绍39-41

∙ 3.3.3 模糊自适应控制器设计41-46

∙ 3.4 本章小结46-47

∙第四章主电路及相关电路的设计与分析47-58 ∙ 4.1 主电路结构设计47-49

∙ 4.2 驱动电路设计49-52

∙ 4.2.1 单电源驱动电路49-50

∙ 4.2.2 自保护驱动电路50-52

∙ 4.3 采样电路设计52-54

∙ 4.3.1 电流采样52-53

∙ 4.3.2 电压采样53-54

∙ 4.4 启动电路设计54-56

∙ 4.5 保护电路设计56-57

∙ 4.5.1 过流保护56

∙ 4.5.2 过热保护56-57

∙ 4.6 本章小节57-58

∙第五章实验结果58-62

∙引言58

∙ 5.1 静态调试58

∙ 5.2 控制电路调试58-62

∙第六章总结62-64

∙参考文献64-68

∙致谢68-69

攻读硕士学位期间发表论文69