本文關(guān)鍵詞： 超聲換能器 頻率自動跟蹤 三次諧波 驅(qū)動電路　出處：《華南理工大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超聲波作為聲學(xué)的一個分支，近年來發(fā)展迅速。超聲波具有良好的方向性、透射性等聲學(xué)特性，超聲波能量集中，在氣體、固體和液體中均能較好傳播。廣泛應(yīng)用于超聲探測、超聲檢查、超聲振蕩、超聲萃取等方面。超聲波以其應(yīng)用方向的不同可分為：檢測超聲、功率超聲。在功率超聲換能器使用過程中，由于換能器負載的變化、老化、磨損、溫升、疲勞等因素的影響，換能器諧振頻率往往會產(chǎn)生偏移。如何動態(tài)跟蹤換能器諧振頻率成為了超聲應(yīng)用領(lǐng)域的急需解決的工程技術(shù)問題。 本文通過對功率超聲頻率跟蹤技術(shù)進行分析比較的基礎(chǔ)上，改進現(xiàn)有頻率跟蹤驅(qū)動電路，設(shè)計了一種基于超聲波換能器三次諧波檢測的頻率跟蹤技術(shù)。通過對不同信號的采樣反饋，，能夠較好的獲取換能器串聯(lián)諧振頻率，提高換能器機電耦合系數(shù)。本設(shè)計對常用超聲波換能器頻率跟蹤電路基礎(chǔ)上進行了改良，采用了基于三次諧波檢測頻率跟蹤技術(shù)設(shè)計的反饋處理電路，通過對三次諧波電壓電流采樣量化，獲取相位差以及幅值信息，為輸出信號頻率以及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)提供計算參量，從而實現(xiàn)了超聲波換能器的自動頻率跟蹤。本設(shè)計電路主要包括：信號產(chǎn)生電路、PWM信號調(diào)制電路、逆變輸出電路、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)以及反饋控制電路。其中反饋控制電路包括：采樣電路、三次諧波高通濾波電路、電壓電流比例放大電路、相位差檢測電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路。 根據(jù)各電路參數(shù)要求，本文采用Proteus、Multisim對所設(shè)計的各模塊進行仿真。在典型條件下（溫度為300K），信號發(fā)生電路輸出頻率范圍為15KHz~70KHz，頻率精度≤1Hz；PWM信號調(diào)制電路采用定頻調(diào)寬方式，輸入信號幅度0~5V，PWM調(diào)制信號占空比0~100%無極可調(diào)；高通濾波電路在f=4/9fT時，要求幅度衰減大于40dB。本文通過設(shè)定超聲波換能器仿真模型等效電路參數(shù)，進行系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計的驅(qū)動電路實現(xiàn)了頻率的自動跟蹤，系統(tǒng)跟蹤頻率最大偏差為0.89%。
[Abstract]:As a branch of acoustics, ultrasonic has developed rapidly in recent years. Ultrasonic has good directional, transmission and other acoustic characteristics, ultrasonic energy concentration in gas. It is widely used in ultrasonic detection, ultrasonic examination, ultrasonic oscillation, ultrasonic extraction and so on. Ultrasonic can be divided into: ultrasonic detection by its different application direction. Power ultrasonic. In the use of power ultrasonic transducer, due to the load changes, aging, wear, temperature rise, fatigue and other factors. The resonant frequency of transducer is often offset. How to dynamically track the resonant frequency of transducer has become an urgent engineering technical problem in the field of ultrasonic application. Based on the analysis and comparison of power ultrasonic frequency tracking technology, the current frequency tracking driving circuit is improved in this paper. A frequency tracking technique based on the third harmonic detection of ultrasonic transducer is designed. Through sampling and feedback of different signals, the series resonant frequency of transducer can be obtained better. Improve the electromechanical coupling coefficient of transducer. This design improves the frequency tracking circuit of ultrasonic transducer and adopts the feedback processing circuit based on the frequency tracking technology of third harmonic detection. By sampling and quantifying the third harmonic voltage and current, the phase difference and amplitude information are obtained, which provides the calculation parameters for the output signal frequency and impedance matching network. Thus the automatic frequency tracking of ultrasonic transducer is realized. This design circuit mainly includes: signal generation circuit PWM signal modulation circuit inverter output circuit. The impedance matching network and the feedback control circuit include: sampling circuit, third harmonic high-pass filter circuit, voltage and current proportional amplifier circuit. Phase difference detection circuit and A / D conversion circuit. According to the requirements of the circuit parameters, this paper uses Proteus-Multisim to simulate the designed modules under typical conditions (temperature is 300K). The output frequency range of the signal generator circuit is 15kHz ~ 70kHz, and the frequency precision is less than 1Hz. The modulation circuit of PWM signal adopts the mode of constant frequency modulation and width modulation, and the input signal amplitude is 0 ~ 5V ~ (-1). The duty cycle of the modulation signal is 0 ~ 100%, which can be adjusted without a pole. The amplitude attenuation of high pass filter circuit is more than 40 dB at fi 4 / 9 fT. The simulation results show that the equivalent circuit parameters of ultrasonic transducer simulation model are set in this paper. The drive circuit designed in this paper realizes the automatic tracking of the frequency. The maximum deviation of the tracking frequency of the system is 0.89.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB55

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本文編號：1481130