频率控制电路及超声波换能器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种频率控制电路及超声波换能器系统，第一信号处理模块通过将电压采集模块采集到的信号输出第一待检信号，第二信号处理模块通过将电流采集模块采集到的电流输出第二待检信号，相位检测模块根据第一待检信号和第二待检信号输出检测结果，以使处理器根据检测结果改变激励信号源中激励信号的频率。其中，由于第一待检信号与电压相位相同，第二待检信号与电流相位相同，因此检测结果与电压电流的相位相关，在电压超前电流或电流超前电压时，根据对应的检测结果改变激励信号的频率，以降低固有频率与激励信号的频率的差异，保证超声波换能器工作在效率最高的工况下。

【技术实现步骤摘要】
频率控制电路及超声波换能器系统
本专利技术涉及超声波换能器
，特别是涉及一种频率控制电路及超声波换能器系统。
技术介绍
超声波换能器是一种可将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去的能量转换器件。超声波换能器被广泛应用于各种超声波设备，如超声波手术刀、超声波焊接机或超能波清洗机等。超声波设备中的超声波换能器接收激励信号源的交流电激励信号，并将其转换成机械能，以驱动相应的工作设备。其中，超声波换能器自身具有固定频率，当激励信号的频率与其固有频率一致时，即超声波换能器工作在谐振频率时，转换效率最高。超声波换能器在工作过程中，受自身性能、工作设备的状态和工作环境等因素的影响，其固有频率会产生变化，导致固有频率与激励信号的频率存在较大差异，降低超声波换能器的转换效率。传统判断固有频率与激励信号的频率是否存在差异的方式，主要是通过处理器判断激励信号中电压与电流的相位差，在电压超前于电流或电流超前于电压时，处理器对激励信号的频率进行大小调整，以保证超声波换能器工作在效率最高的工况下。然而，传统的处理器在接收到激励信号中电压与电流对应的信号后，需要运行程序以判断电压与电流的相位差情况，影响处理器的响应速度，降低了调整激励信号的频率的效率。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的处理器在接收到激励信号中电压与电流对应的信号后，需要运行程序以判断电压与电流的相位差情况，影响处理器的响应速度，降低调整激励信号的频率的效率的问题，提供一种频率控制电路及超声波换能器系统。本专利技术实施例一方面提供了一种频率控制电路，包括电压采集模块、电流采集模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、相位检测模块和处理器；电压采集模块用于采集激励信号源的第一输出端和第二输出端间的电压；其中，超声波换能器分别连接激励信号源的第一输出端和第二输出端，以构成激励回路；电流采集模块用于采集激励回路的电流，并将电流转换为比例电压信号；第一信号处理模块的第一输入端连接电压采集模块的第一输出端，第一信号处理模块的第二输入端连接电压采集模块的第二输出端；第一信号处理模块用于根据电压输出第一待检信号；其中，第一待检信号与电压相位相同；第二信号处理模块的第一输入端连接电流采集模块的第一输出端，第二信号处理模块的第二输入端连接电流采集模块的第二输出端；第二信号处理模块用于根据比例电压信号输出第二待检信号；其中，第二待检信号与电流相位相同；相位检测模块的第一输入端连接第一信号处理模块的输出端，相位检测模块的第二输入端连接第二信号处理模块的输出端；相位检测模块的第一输出端连接处理器，相位检测模块的第二输出端连接处理器；相位检测模块用于根据第一待检信号和第二待检信号输出检测结果；处理器用于根据检测结果改变激励信号源中激励信号的频率。在其中一个实施例中，第一信号处理模块包括第一放大器、第一滤波器和第一过零比较器；第一放大器的一输入端为第一信号处理模块的第一输入端，第一放大器的另一输入端为第一信号处理模块的第二输入端；第一放大器的输出端连接第一滤波器的输入端；第一滤波器的输出端连接第一过零比较器的输入端；第一过零比较器的输出端为第一信号处理模块的输出端。在其中一个实施例中，第一信号处理模块包括第二放大器、第二滤波器和第二过零比较器；第二放大器的一输入端为第二信号处理模块的第一输入端，第二放大器的另一输入端为第二信号处理模块的第二输入端；第二放大器的输出端连接第二滤波器的输入端；第二滤波器的输出端连接第二过零比较器的输入端；第二过零比较器的输出端为第二信号处理模块的输出端。在其中一个实施例中，相位检测模块包括幅相检测芯片；幅相检测芯片的一输入端为相位检测模块的第一输入端，幅相检测芯片的另一输入端为相位检测模块的第二输入端；幅相检测芯片的一输出端为相位检测模块的第一输出端，幅相检测芯片的另一输出端为相位检测模块的第二输出端。在其中一个实施例中，相位检测模块包括第一D触发器、第二D触发器、第三D触发器、第一与非门和第二与非门；第一D触发器的时钟输入端连接第二D触发器的数据输入端，第一D触发器的时钟输入端还连接第一信号处理模块的输出端；第一D触发器的复位端连接第一与非门的一输入端，第一D触发器的复位端还连接第三D触发器的数据锁存反相输出端；第一D触发器的数据锁存输出端连接第三D触发器的复位端；第二D触发器的数据锁存输出端连接第一与非门的另一输入端；第二D触发器的数据锁存反相输出端连接第二与非门的一输入端；第三D触发器的时钟输入端连接第二信号处理模块的输出端；第三D触发器的数据锁存输出端连接第二与非门的另一输入端；第一与非门的输出端为相位检测模块的第一输出端，第二与非门的输出端为相位检测模块的第二输出端。在其中一个实施例中，电压采集模块包括初级线圈和次级线圈；初级线圈的第一端连接激励信号源的第一输出端，初级线圈的第二端连接激励信号源的第二输出端；次级线圈的第一端为电压采集模块的第一输出端，次级线圈的第二端为电压采集模块的第二输出端；初级线圈的第一端与次级线圈的第一端为同名端。在其中一个实施例中，电流采集模块包括感应线圈和采样电阻；感应线圈与激励回路的线路平行设置；感应线圈的第一端通过采样电阻连接感应线圈的第二端；感应线圈的第一端为电流采集模块的第一输出端，感应线圈的第二端为电流采集模块的第二输出端。在其中一个实施例中，处理器包括MCU。本专利技术实施例另一方面还提供了一种超声波换能器系统，包括激励信号源、超声波换能器以及频率控制电路；超声波换能器分别连接激励信号源的第一输出端和第二输出端，以构成激励回路；频率控制电路包括电压采集模块、电流采集模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、相位检测模块和处理器；电压采集模块用于采集激励信号源的第一输出端和第二输出端间的电压；电流采集模块用于采集激励回路的电流，并将电流转换为比例电压信号；第一信号处理模块的第一输入端连接电压采集模块的第一输出端，第一信号处理模块的第二输入端连接电压采集模块的第二输出端；第一信号处理模块用于根据电压输出第一待检信号；其中，第一待检信号与电压相位相同；第二信号处理模块的第一输入端连接电流采集模块的第一输出端，第二信号处理模块的第二输入端连接电流采集模块的第二输出端；第二信号处理模块用于根据比例电压信号输出第二待检信号；其中，第二待检信号与比例电压信号相位相同；相位检测模块的第一输入端连接第一信号处理模块的输出端，相位检测模块的第二输入端连接第二信号处理模块的输出端；相位检测模块的第一输出端连接处理器，相位检测模块的第二输出端连接处理器；相位检测模块用于根据第一待检信号和第二待检信号输出检测结果；处理器用于根据检测结果改变激励信号源中激励信号的频率。在其中一个实施例中，激励信号源包括依次连接的整流电路、BUCK电路、全桥逆变器、高频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率控制电路，其特征在于，包括电压采集模块、电流采集模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、相位检测模块和处理器；/n所述电压采集模块用于采集所述激励信号源的第一输出端和第二输出端间的电压；其中，超声波换能器分别连接所述激励信号源的第一输出端和第二输出端，以构成激励回路；/n所述电流采集模块用于采集所述激励回路的电流，并将所述电流转换为比例电压信号；/n所述第一信号处理模块的第一输入端连接所述电压采集模块的第一输出端，所述第一信号处理模块的第二输入端连接所述电压采集模块的第二输出端；所述第一信号处理模块用于根据所述电压输出第一待检信号；其中，所述第一待检信号与所述电压相位相同；/n所述第二信号处理模块的第一输入端连接所述电流采集模块的第一输出端，所述第二信号处理模块的第二输入端连接所述电流采集模块的第二输出端；所述第二信号处理模块用于根据所述比例电压信号输出第二待检信号；其中，所述第二待检信号与所述电流相位相同；/n所述相位检测模块的第一输入端连接所述第一信号处理模块的输出端，所述相位检测模块的第二输入端连接所述第二信号处理模块的输出端；所述相位检测模块的第一输出端连接所述处理器，所述相位检测模块的第二输出端连接所述处理器；所述相位检测模块用于根据所述第一待检信号和所述第二待检信号输出检测结果；/n所述处理器用于根据所述检测结果改变所述激励信号源中激励信号的频率。/n...

【技术特征摘要】
1.一种频率控制电路，其特征在于，包括电压采集模块、电流采集模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、相位检测模块和处理器；
所述电压采集模块用于采集所述激励信号源的第一输出端和第二输出端间的电压；其中，超声波换能器分别连接所述激励信号源的第一输出端和第二输出端，以构成激励回路；
所述电流采集模块用于采集所述激励回路的电流，并将所述电流转换为比例电压信号；
所述第一信号处理模块的第一输入端连接所述电压采集模块的第一输出端，所述第一信号处理模块的第二输入端连接所述电压采集模块的第二输出端；所述第一信号处理模块用于根据所述电压输出第一待检信号；其中，所述第一待检信号与所述电压相位相同；
所述第二信号处理模块的第一输入端连接所述电流采集模块的第一输出端，所述第二信号处理模块的第二输入端连接所述电流采集模块的第二输出端；所述第二信号处理模块用于根据所述比例电压信号输出第二待检信号；其中，所述第二待检信号与所述电流相位相同；
所述相位检测模块的第一输入端连接所述第一信号处理模块的输出端，所述相位检测模块的第二输入端连接所述第二信号处理模块的输出端；所述相位检测模块的第一输出端连接所述处理器，所述相位检测模块的第二输出端连接所述处理器；所述相位检测模块用于根据所述第一待检信号和所述第二待检信号输出检测结果；
所述处理器用于根据所述检测结果改变所述激励信号源中激励信号的频率。


2.根据权利要求1所述的频率控制电路，其特征在于，所述第一信号处理模块包括第一放大器、第一滤波器和第一过零比较器；
所述第一放大器的一输入端为所述第一信号处理模块的第一输入端，所述第一放大器的另一输入端为所述第一信号处理模块的第二输入端；所述第一放大器的输出端连接所述第一滤波器的输入端；所述第一滤波器的输出端连接所述第一过零比较器的输入端；所述第一过零比较器的输出端为所述第一信号处理模块的输出端。


3.根据权利要求1所述的频率控制电路，其特征在于，所述第二信号处理模块包括第二放大器、第二滤波器和第二过零比较器；
所述第二放大器的一输入端为所述第二信号处理模块的第一输入端，所述第二放大器的另一输入端为所述第二信号处理模块的第二输入端；所述第二放大器的输出端连接所述第二滤波器的输入端；所述第二滤波器的输出端连接所述第二过零比较器的输入端；所述第二过零比较器的输出端为所述第二信号处理模块的输出端。


4.根据权利要求1所述的频率控制电路，其特征在于，所述相位检测模块包括幅相检测芯片；
所述幅相检测芯片的一输入端为所述相位检测模块的第一输入端，所述幅相检测芯片的另一输入端为所述相位检测模块的第二输入端；
所述幅相检测芯片的一输出端为所述相位检测模块的第一输出端，所述幅相检测芯片的另一输出端为所述相位检测模块的第二输出端。


5.根据权利要求1所述的频率控制电路，其特征在于，所述相位检测模块包括第一D触发器、第二D触发器、第三D触发器、第一与非门和第二与非门；
所述第一D触发器的时钟输入端连接所述第二D触发器的数据输入端，所述第一D触发器的时钟输入端还连接所述第一信号处理模块的输出端；所述第一D触发器的复位端连接所述第一与非门的一输入端，所述第一D触发器的复位端还连接所述第三D触发器的数据锁存反相输出端；所述第一D触发器的数据锁存输出端连接所述第三D触发器的复位端；
所述第二D触发器的数据锁存输出端连接所述第一与非门的另一输入端；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭毅军，唐福海，叶强，杨涛，
申请(专利权)人：重庆西山科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50