一种超声驱动系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种超声驱动系统，包括通信单元，与通信单元连接并通过通信单元与上位机进行通信的处理器，与处理器的一输出端连接、用于产生正弦波并对其进行调幅及功率放大的信号生成及放大单元，与信号生成及放大单元的输出端连接、用于接收信号生成及放大单元输出信号的超声换能器，以及与超声换能器连接、用于对超声换能器的电压和电流信号进行采样并处理后传送到处理器的反馈单元；反馈单元包括对电压和电流信号进行滤波放大并得到第一电压和第一电流的采样放大电路，以及与采样放大电路连接、用于获取第一电压和第一电流的相位差信号的谐振频率点跟踪模块。实施本实用新型专利技术的超声驱动系统，具有以下有益效果：跟踪速度较快、转换效率较高。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Ultrasonic driving system

The utility model relates to a driving system for ultrasound, includes a communication unit connected with the communication unit and a processor in communication with the host computer through the communication unit, and an output end of the processor, connected to generate sine wave and the amplitude modulation signal and amplifying the power generating and amplifying unit output and generating and amplifying unit signal the end connection for receiving, signal generating and amplifying the output signal of the ultrasonic transducer unit, and ultrasonic transducer for ultrasonic transducer connected, the voltage and current signals are sampled and processed is transmitted to the feedback unit; the feedback unit includes the voltage and current signal is filtered and amplified by the first voltage and the first sampling amplifying circuit current, and sampling amplifying circuit is connected to a first voltage and a first current phase difference Resonant frequency point tracking module of signal. The ultrasonic drive system implemented by the utility model has the following beneficial effects: the tracking speed is faster, and the conversion efficiency is higher.

【技术实现步骤摘要】
ー种超声驱动系统
本技术涉及超声驱动领域，更具体地说，涉及ー种超声驱动系统。
技术介绍
随着科技的发展，超声被应用在各种加工行业，如:超声焊线机、超声清洗机、超声洁牙等等。超声是由超声驱动系统产生的电信号通过超声换能器转换得到，因此如何使超声换能器转换效率更高、转换能量更稳定、使用寿命更长成为超声驱动系统发展的必然趋势。目前，超声驱动系统主要由处理器、信号生成及功率放大、反馈信号采集三部分组成。其中，信号生成及功率放大部分用于生成一定频率的信号、并对该信号进行功率放大；目前基本采用DSP、单片机内部集成的PWM或DAC (Digital to analog converter,数模转换器)产生PWM或正弦波，也有采用PWM集成芯片产生PWM波，然后经过功放电路进行放大，最终输出驱动超声换能器的电信号。反馈信号采集部分用于采集加载在超声换能器上的电压及电流信号，通过这些信号对信号生成的频率及放大倍数进行调整。目前主要采用信号整形滤波的方法将反馈的正弦波或方波转换成直流信号进行采集。存在的问题是，输出超声能量不稳定、能量转换效率低、超声换能器使用寿命低等，这些问题主要是因为超声换能器没有一直处在谐振频率点工作，而谐振频率点是超声换能器阻抗最小机械振动最大的频率点，其工作期间能量转换效率高、阻抗变化小及发热量少。由于超声换能器的谐振频率点会随温度、外界压カ等因素变化而变化，因此在工作时其谐振点也在不断变化。目前国内一些超声驱动系统虽然也具有谐振点频率自动跟踪功能但大多是基于电流最大的方法，用扫频的方式得到不同频率点的电流值，并求出其最大电流的频率点作为谐振点，因此跟踪速度慢，无法满足高速度、高稳定性的要求，尤其是应用在高速焊线机中。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在干，针对现有技术的上述扫频方式跟踪速度慢、转换效率低的缺陷，提供一种跟踪速度较快、转换效率较高的超声驱动系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:构造ー种超声驱动系统，包括通信単元，与所述通信単元双向连接并通过所述通信単元与上位机进行通信的处理器，与所述处理器的ー个输出端连接、用于产生正弦波并对所述正弦波依次进行调幅及功率放大的信号生成及放大单元，与所述信号生成及放大单元的输出端连接、用于接收所述信号生成及放大单元输出的信号的超声换能器，以及与所述超声换能器连接、用于对所述超声换能器的电压和电流信号进行采样并对所述电压和电流信号处理后发送到所述处理器的反馈单元；所述反馈単元包括对所述电压和电流信号进行滤波放大并得到第一电压和第一电流的采样放大电路，以及与所述采样放大电路连接、用于获取所述第一电压和第一电流的相位差信号的谐振频率点跟踪模块，所述处理器接收所述相位差信号并相应调整所述正弦波的频率以使所述电压和电流信号同相位。在本技术所述的超声驱动系统中，所述反馈单元还包括与所述采样放大电路连接、对所述第一电压和第一电流进行处理并得到谐振点阻抗的谐振点阻抗采集模块，所述处理器依据所述谐振点阻抗调整所述超声换能器两端的电压。在本技术所述的超声驱动系统中，所述谐振频率点跟踪模块包括分别对所述第一电压和第一电流整形并得到电压方波信号和电流方波信号的两路比较整形电路，以及与所述两路比较整形电路连接、对所述电压方波信号和电流方波信号进行处理得到相位差信号的相位差电路，所述相位差电路的输出端与所述处理器的一输入端连接。在本技术所述的超声驱动系统中，所述相位差电路包括D触发器。在本技术所述的超声驱动系统中，所述谐振点阻抗采集模块包括对所述第一电压和第一电流进行真有效值变换并得到第二电压和第二电流的两路真有效值变换电路，以及与所述两路真有效值变换电路连接、并对所述第二电压和第二电流进行滤波放大的两路滤波放大电路，所述处理器依据所述两路滤波放大电路输出的信号得到谐振点频率和所述谐振点阻抗。在本技术所述的超声驱动系统中，所述超声驱动系统包括ADC (Analog toDigital Converter,模数转换器)所述两路滤波放大电路的输出端与所述ADC的输入端连接。在本技术所述的超声驱动系统中，所述信号生成及放大单元包括用于产生正弦波的信号生成电路，与所述信号生成电路的输出端连接、用于接收并对所述正弦波进行滤波放大并得到第一正弦波的滤波放大电路，其一输入端与所述滤波放大电路的输出端连接、另一输入端与所述处理器的另一输出端连接并对所述第一正弦波进行调幅的模拟乘法器，与所述模拟乘法器的输出端连接、对所述模拟乘法器输出的信号进行功率放大的功率放大电路。在本技术所述的超声驱动系统中，所述信号生成及放大单元还包括与所述功率放大电路的输出端连接、用于接收并对所述功率放大电路输出的信号进行阻抗匹配的阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路的输出端与所述超声换能器的输入端连接。在本技术所述的超声驱动系统中，所述超声驱动系统还包括DAC，所述模拟乘法器的另一输入端与所述DAC的输出端连接。在本技术所述的超声驱动系统中，所述ADC和DAC设置在所述处理器的内部。实施本技术的超声驱动系统，具有以下有益效果:由于使用信号生成及放大单元和反馈单元，其中，信号生成及放大单元产生正弦波并对正弦波依次进行调幅及功率放大，反馈单元包括采样放大电路和谐振频率点跟踪模块，采样放大电路对超声换能器的电压和电流信号进行采样并滤波放大后得到第一电压和第一电流，谐振频率点跟踪模块用于获取第一电压和第一电流的相位差信号，处理器依据接收的相位差信号并相应调整正弦波的频率以使电压和电流信号同相位，也即处理器通过相位差信号的方向信号实时调整正弦波的输出频率即可快速将其相位差锁定为0，保证超声换能器一直工作在谐振频率点，相比目前采用的电流最大法进行的频率跟踪其跟踪速度及转换效率得到了明显提高，所以其跟踪速度较快、转换效率较高。【附图说明】图1是本技术超声驱动系统ー个实施例中的结构示意图。【具体实施方式】为了便于本领域的普通技术人员能够理解并实施本技术，下面将结合附图对本技术实施例作进ー步说明。在本技术超声驱动系统实施例中，超声驱动系统的结构不意图如图1所不。图1中，该超声驱动系统包括通信単元1、处理器2、信号生成及放大单元3、超声换能器4和反馈单元5 ;其中，其中，处理器2与通信単元I双向连接并通过通信単元I与上位机(图中未示出)进行通信，信号生成及放大单元3与处理器的ー个输出端连接、用于产生正弦波并对正弦波依次进行调幅及功率放大，超声换能器4与信号生成及放大单元3的输出端连接、用于接收信号生成及放大单元3输出的信号，反馈单元5以及与超声换能器4连接、用于对超声换能器4的电压和电流信号进行采样并对电压和电流信号处理后传送到处理器2 ;反馈单元5包括采样放大电路51和谐振频率点跟踪模块52，采样放大电路51对采集的超声换能器4的电压和电流信号进行滤波放大并得到第一电压和第一电流，谐振频率点跟踪模块52与米样放大电路51连接、用于获取第一电压和第一电流的相位差信号,处理器2接收相位差信号并相应调整正弦波的频率以使电压和电流信号同相位。值得ー提的是，本实施例中，通信単元I为RS232通信方式，完成上位机与处理器2之间的通信功能。本实施例中，反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声驱动系统，其特征在于，包括通信单元，与所述通信单元双向连接并通过所述通信单元与上位机进行通信的处理器，与所述处理器的一个输出端连接、用于产生正弦波并对所述正弦波依次进行调幅及功率放大的信号生成及放大单元，与所述信号生成及放大单元的输出端连接、用于接收所述信号生成及放大单元输出的信号的超声换能器，以及与所述超声换能器连接、用于对所述超声换能器的电压和电流信号进行采样并对所述电压和电流信号处理后发送到所述处理器的反馈单元；所述反馈单元包括对所述电压和电流信号进行滤波放大并得到第一电压和第一电流的采样放大电路，以及与所述采样放大电路连接、用于获取所述第一电压和第一电流的相位差信号的谐振频率点跟踪模块，所述处理器接收所述相位差信号并相应调整所述正弦波的频率以使所述电压和电流信号同相位。

【技术特征摘要】
1.一种超声驱动系统，其特征在于，包括通信单元，与所述通信单元双向连接并通过所述通信单元与上位机进行通信的处理器，与所述处理器的一个输出端连接、用于产生正弦波并对所述正弦波依次进行调幅及功率放大的信号生成及放大单元，与所述信号生成及放大单元的输出端连接、用于接收所述信号生成及放大单元输出的信号的超声换能器，以及与所述超声换能器连接、用于对所述超声换能器的电压和电流信号进行采样并对所述电压和电流信号处理后发送到所述处理器的反馈单元；所述反馈单元包括对所述电压和电流信号进行滤波放大并得到第一电压和第一电流的采样放大电路，以及与所述采样放大电路连接、用于获取所述第一电压和第一电流的相位差信号的谐振频率点跟踪模块，所述处理器接收所述相位差信号并相应调整所述正弦波的频率以使所述电压和电流信号同相位。2.根据权利要求1所述的超声驱动系统，其特征在于，所述反馈单元还包括与所述采样放大电路连接、对所述第一电压和第一电流进行处理并得到谐振点阻抗的谐振点阻抗采集模块，所述处理器依据所述谐振点阻抗调整所述超声换能器两端的电压。3.根据权利要求2所述的超声驱动系统，其特征在于，所述谐振频率点跟踪模块包括分别对所述第一电压和第一电流整形并得到电压方波信号和电流方波信号的两路比较整形电路，以及与所述两路比较整形电路连接、对所述电压方波信号和电流方波信号进行处理得到相位差信号的相位差电路，所述相位差电路的输出端与所述处理器的一输入端连接。4.根据权利要求3所述的超声驱动系统，其特征在于，所述相位差电路包括D触发器。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆志力，舒杰，李泽湘，
申请(专利权)人：东莞华中科技大学制造工程研究院，
类型：实用新型
国别省市：