超声阻垢除垢控制系统技术方案

本发明专利技术提出一种超声阻垢除垢控制系统，包括依次连接的控制器，功率放大电路和匹配电路，还包括电流电压反馈电路，包括：采样模块，相位差提取模块，根据接收的采样模块输出端输出的电压信号和电流信号而输出相位差信号；阻抗特性判断模块，判断匹配电路输出信号的阻抗特性，并输出阻抗特性判断信号；以及信号处理模块，接收电流信号、相位差信号及阻抗特性判断信号，根据所述相位差信号和阻抗特性判断信号进行频率追踪以获得多个初定谐振点，根据所述电流信号确定所需谐振点，输出所述所需谐振点的谐振信号，并将所述谐振信号反馈给所述控制器。本发明专利技术能够解决传统技术中超声除垢阻垢装置负载变化时不能实时工作在谐振频率上的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号处理领域，特别涉及的是超声波阻垢除垢的信号控制技术。
技术介绍
现有的超声除垢阻垢系统包括控制器，驱动电路，功放电路，匹配电路和超声除垢阻垢装置。控制器用于产生控制信号以及处理电路的报警信号，驱动电路将会根据控制器所给出的控制信号驱动功率放大电路，而匹配电路则负责匹配功率和系统阻抗，使得超声除垢阻垢装置能够谐振并工作。超声换能器是超声除垢阻垢装置的一种，它是一种有别于电机、电炉等负载的非线性谐振负载，它的谐振点会随着施加在超声换能器上的负载的变化而变化。而在传统方案中超声换能器大多采用固定频率或来回扫动频率的方式工作(我们分别称这两种工作方式为定频工作和扫频工作)。无论定频工作还是扫频工作换能器都不能够始终工作在谐振点上，所以传统工作方式中超声换能器的电声效率并不高，甚至在负载变化幅度较大的时候会出现几乎没有超声输出的情况。此外，传统方案中系统的匹配电路较为复杂，在大功率驱动的时候，匹配电路的体积会比较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超声阻垢除垢控制系统，解决传统技术中超声除垢阻垢装置负载变化时不能实时工作在谐振频率上的问题，实现控制系统对负载变化的自适应频率调整。为解决上述问题，本专利技术提出一种超声阻垢除垢控制系统，包括依次连接的控制器，功率放大电路和匹配电路，还包括电流电压反馈电路，所述电流电压反馈电路包括：采样模块，采样并输出所述匹配电路输出端的电压信号和电流信号；相位差提取模块，根据接收的采样模块输出端输出的电压信号和电流信号而提取出所述电压信号和电流信号的相位差，并输出相位差信号；阻抗特性判断模块，根据接收的采样模块输出端输出的电压信号和电流信号判断所述匹配电路输出端的输出信号的阻抗特性，并输出阻抗特性判断信号；以及信号处理模块，接收所述采样模块输出的电流信号、所述相位差提取模块输出的相位差信号及所述阻抗特性判断模块输出的阻抗特性判断信号，根据所述相位差信号和阻抗特性判断信号进行频率追踪以获得多个初定谐振点，根据所述电流信号确定所需谐振点，输出所述所需谐振点的谐振信号，并将所述谐振信号反馈给所述控制器。根据本专利技术的一个实施例，所述信号处理模块根据所述相位差信号选择相位差大体最小的位置作为可能谐振点，并根据所述阻抗特性判断信号在所述可能谐振点中选择阻抗特性为感性的作为所述多个初定谐振点，从而根据所述电流信号选择所述初定谐振点中电流最大的作为所述所需谐振点。根据本专利技术的一个实施例，所述信号处理模块为模糊PID控制器。根据本专利技术的一个实施例，所述相位差提取模块包括：第一信号整形电路，接收所述采样模块输出的电流信号并将其整形为第一方波信号输出；第二信号整形电路，接收所述采样模块输出的电压信号并将其整形为第二方波信号输出；时差获取电路，接收并确定所述第一方波信号和第二方波信号的时差；脉宽获取电路，接收所述第二方波信号，并获取所述第二方波信号的脉宽时长；除法器，接收所述时差获取电路的时差及所述脉宽获取电路的脉宽时长，将所述时差除以所述脉宽时长以获得所述相位差。根据本专利技术的一个实施例，所述时差获取电流根据所述第一方波信号上升沿和第二方波信号上升沿的时差、或所述第一方波信号下降沿和第二方波信号下降沿的时差来确定所述第一方波信号和第二方波信号的时差。根据本专利技术的一个实施例，所述阻抗特性判断模块根据电压信号和电流信号判断电流超前或电压超前以确定阻抗特性为容性或感性。根据本专利技术的一个实施例，所述匹配电路输出端连接超声换能器，所述控制器根据信号处理模块反馈的谐振信号控制超声换能器在所需谐振点上工作。根据本专利技术的一个实施例，所述匹配电路为功率匹配电路。根据本专利技术的一个实施例，所述匹配电路包括一变压器，用以将输入信号变压输出。根据本专利技术的一个实施例，所述匹配电路还包括用于保护所述变压器的保护电路。采用上述技术方案后，本专利技术相比现有技术具有以下有益效果：本专利技术增加电流电压反馈电路部分，用于超声换能器谐振状况的反馈并实时调整谐振频率。传统系统中也可能会有电压和电流的反馈，但是传统方案中的电流电压反馈主要用于对电压电流的监测或者是对功率的调节反馈。本专利技术通过采样模块对匹配电路输出信号的电压和电流，相位差提取模块提取出采样的电压信号和电流信号的相位差，阻抗特性判断模块判断该输出端输出信号的阻抗特性，从而信号处理模块根据电流信号、相位差信号和阻抗特性判断信号确定所需谐振点。由于本专利技术能够使超声除垢阻垢装置的负载变化时始终工作在谐振点上，所以功率因数较高，即有功部分比重较大，能够极大程度上提升电声转化效率；本专利技术能够跟踪甚至预判超声除垢阻垢装置负载的变化，从而调整超声除垢阻垢装置的工作状态，所以在负载变化较为剧烈的时候，依然能够使超超声除垢阻垢装置始终工作在较良好的情况。此外，本专利技术采用变压器作为匹配电路，能够使得系统始终在接近纯电阻性状态下工作，所以不需要进行系统阻抗匹配。附图说明图1为本专利技术一实施例的超声阻垢除垢控制系统的结构框图；图2为本专利技术一实施例的电流电压反馈电路的结构框图；图3为本专利技术一实施例的相位差提取模块的结构框图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。图1示出本专利技术的一种超声阻垢除垢控制系统，包括依次连接的控制器1，功率放大电路3、匹配电路4和电流电压反馈电路6，控制器1输出控制信号，功率放大电路3对控制信号进行功率放大，功率放大电路3可以由驱动电路2驱动，驱动电路2接收并根据控制信号驱动功率放大电路3导通关断工作，匹配电路4接收功率放大电路3并实现与超声除垢阻垢装置的匹配，匹配电路4输出信号输出给超声除垢阻垢装置，使得超声除垢阻垢装置能够谐振工作。在一个实施例中，超声除垢阻垢装置为超声换能器5，超声换能器5工作时，谐振点会随施加在其上的负载变化而自适应变化，从而改善传统定频工作或扫频工作中超声换能器5电声效率不高的问题。匹配电路4输出端连接超声换能器5，控制器1根据信号处理模块(电流电压反馈电路6)反馈的谐振信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声阻垢除垢控制系统，包括依次连接的控制器，功率放大电路和匹配电路，其特征在于，还包括电流电压反馈电路，所述电流电压反馈电路包括：采样模块，采样并输出所述匹配电路输出端的电压信号和电流信号；相位差提取模块，根据接收的采样模块输出端输出的电压信号和电流信号而提取出所述电压信号和电流信号的相位差，并输出相位差信号；阻抗特性判断模块，根据接收的采样模块输出端输出的电压信号和电流信号判断所述匹配电路输出端的输出信号的阻抗特性，并输出阻抗特性判断信号；以及信号处理模块，接收所述采样模块输出的电流信号、所述相位差提取模块输出的相位差信号及所述阻抗特性判断模块输出的阻抗特性判断信号，根据所述相位差信号和阻抗特性判断信号进行频率追踪以获得多个初定谐振点，根据所述电流信号确定所需谐振点，输出所述所需谐振点的谐振信号，并将所述谐振信号反馈给所述控制器。

【技术特征摘要】
1.一种超声阻垢除垢控制系统，包括依次连接的控制器，功率放大电路和
匹配电路，其特征在于，还包括电流电压反馈电路，所述电流电压反馈电路包
括：
采样模块，采样并输出所述匹配电路输出端的电压信号和电流信号；
相位差提取模块，根据接收的采样模块输出端输出的电压信号和电流信号
而提取出所述电压信号和电流信号的相位差，并输出相位差信号；
阻抗特性判断模块，根据接收的采样模块输出端输出的电压信号和电流信
号判断所述匹配电路输出端的输出信号的阻抗特性，并输出阻抗特性判断信
号；以及
信号处理模块，接收所述采样模块输出的电流信号、所述相位差提取模块
输出的相位差信号及所述阻抗特性判断模块输出的阻抗特性判断信号，根据所
述相位差信号和阻抗特性判断信号进行频率追踪以获得多个初定谐振点，根据
所述电流信号确定所需谐振点，输出所述所需谐振点的谐振信号，并将所述谐
振信号反馈给所述控制器。
2.如权利要求1所述的超声阻垢除垢控制系统，其特征在于，所述信号处
理模块根据所述相位差信号选择相位差大体最小的位置作为可能谐振点，并根
据所述阻抗特性判断信号在所述可能谐振点中选择阻抗特性为感性的作为所
述多个初定谐振点，从而根据所述电流信号选择所述初定谐振点中电流最大的
作为所述所需谐振点。
3.如权利要求1或2所述的超声阻垢除垢控制系统，其特征在于，所述信
号处理模块为模糊PID控制器。
4.如权利要求1所述的超声阻垢除垢控制系统，其特征在于，所述相位差
提取模块包括：
第一信号整形电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红生，刘逍逸，范彬彬，王欢，杨长庚，刘春泽，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所东海研究站，
类型：发明
国别省市：上海;31