摘要：为了提高换能器的控制精度,从理论和实验方面研究了超声波液体处理中的负载液体声场分布与超声波换能器振动性能。采用有限元分析软件对设计的超声波换能器和振动系统进行仿真研究,通过COMSOL进行模态分析,研究了换能器谐振频率等参数;建立实际液体处理有限元模型并对超声振动系统进行压力声学分析,得到负载液体中的声压、声强度等参数。基于ASIC锁频芯片实现超声振动系统频率的实时控制,实验表明换能器的实际谐振频率与仿真谐振频率误差仅为0.12%,实际输出振幅误差小于0.5μm,声强误差小于0.1 W/cm2。仿真模型与实际误差较小,能精准预测换能器的工作状态,有助于指导换能器的设计、液体声场的分析。

摘要：针对液化超声中超声振子在不同负载下工作导致的换能器发热不同,进而影响换能器工作效率和使用寿命问题,从理论和实验方面研究了工作在串联谐振点的换能器在不同负载环境下的动态电阻变化和发热特性。研究获得了不同液体负载条件如不同液体温度、液体黏稠度、浸入深度、液体密度等下,换能器的动态电阻变化与换能器发热量的映射关系。针对串联谐振频率下的换能器,通过理论计算得到了动态电阻与电压电流关系。针对阻抗分析仪驱动功率较低,不能准确测试换能器有载时的动态电阻变化趋势的缺点,设计了一种测试换能器有载时的动态电阻变化趋势的方案。基于频率追踪芯片实现了频率追踪电路,保证了超声换能器工作频率始终处于换能器串联谐振点。本研究可为提升工作在复杂负载环境下的超声电源可靠性提供参考。

摘要：针对超声驱动电源在不同共振频率跟踪(RFT)方案下存在的频率搜索范围小、跟踪进程长、软硬件设计复杂等问题,研究了基于集成芯片的频率跟踪方案。该方案以集成芯片为核心,结合逻辑控制及其外围接口电路,实现了压电换能器在毫秒量级的频率智能跟踪。此外,还设计了一种输出频率范围可调的VCO电路,来搭配使用频率跟踪模块;以匹配电路的电压放大倍数和换能器电流为目标函数计算出匹配参数。最后基于频率跟踪模块实现了小型化、低成本的超声驱动电源,验证了基于集成芯片的频率跟踪方案。所设计的电源拥有27 kHz~29 kHz频率搜索范围,0.5 Hz的频率跟踪精度。实验结果表明,其能在3.5 ms左右完成频率搜索和跟踪的进程。