【摘要】：針對(duì)傳統(tǒng)超聲波壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源存在驅(qū)動(dòng)電源的功率與頻率調(diào)節(jié)不方便等問(wèn)題,研制實(shí)現(xiàn)了一種基于ARM+FPGA的超聲波壓電陶瓷數(shù)字變頻驅(qū)動(dòng)電路方案,該方案利用FPGA產(chǎn)生帶死區(qū)的PWM波,其頻率和死區(qū)時(shí)間獨(dú)立可調(diào)、頻段為超聲波區(qū)域的方波信號(hào);利用專用的自舉驅(qū)動(dòng)芯片,驅(qū)動(dòng)大功率IGBT元件。功率驅(qū)動(dòng)電路采用H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過(guò)利用變壓器實(shí)現(xiàn)變壓與功率輸出;然后利用濾波電容濾波,得到超聲波壓電陶瓷所需要的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào),確保了該數(shù)字式變頻驅(qū)動(dòng)電路頻率可調(diào)、電壓可調(diào)。主要工作包括:1)壓電陶瓷數(shù)字變頻驅(qū)動(dòng)的方案設(shè)計(jì)。主要包括:主控制器模塊單元、電源模塊單元、通信模塊單元與顯示模塊單元設(shè)計(jì)。通過(guò)以ARM、FPGA、模擬電子技術(shù)為理論基礎(chǔ),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷數(shù)字變頻驅(qū)動(dòng)電路;可以實(shí)現(xiàn)輸出電流和頻率可調(diào),或電壓、功率變化的超聲波壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。超聲波壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),硬件部分主要是壓電陶瓷控制板和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)板的電路設(shè)計(jì),包括CPU+FPGA電路、光耦隔離電路、IR2136S自舉升壓電路、IGBT的H橋電路、AD采集電路、LCD顯示電路、濾波等電路設(shè)計(jì)。3)ARM+FPGA的嵌入式軟件設(shè)計(jì)。分為ARM-CPU的程序設(shè)計(jì),和FPGA硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)。ARM程序設(shè)計(jì)使用KEIL C語(yǔ)言,包括人機(jī)交互程序、SPI通信程序、A/D采集程序,控制程序等;FPGA的程序設(shè)計(jì)包括PWM波輸出、SPI通信、晶振倍頻設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ARM和FPGA相結(jié)合的方法可以實(shí)現(xiàn)超聲波壓電陶瓷的數(shù)字化輸出,產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的PWM波,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、控制輸出電流和頻率。在工業(yè)清洗、工業(yè)焊接、金屬加工等領(lǐng)域有一定的實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

圖１．１微型超聲波驅(qū)動(dòng)器逡逑技術(shù)的研宄起步晚，工藝水平與國(guó)外在該領(lǐng)磁致伸縮換能器、壓電換能器、大功率超大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林工業(yè)波技術(shù)的研究［１＿６］。內(nèi)容涉及超聲波驅(qū)動(dòng)原算、超聲波驅(qū)動(dòng)電路研究、超聲波輸出控制。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)為了解決工業(yè)中超進(jìn)行研究推進(jìn)創(chuàng)新走質(zhì)量領(lǐng)先之路，提出了波焊接工藝參數(shù)波動(dòng)包括下降速度、焊接時(shí)保持壓力，接頭質(zhì)量的一致性差的問(wèn)題，義。逡逑國(guó)實(shí)現(xiàn)改革開放以來(lái)，市場(chǎng)活躍性增強(qiáng)，這一

．＇：．邋ｊ逡逑圖１．１微型超聲波驅(qū)動(dòng)器逡逑我國(guó)開始對(duì)超聲波技術(shù)的研宄起步晚，工藝水平與國(guó)外在該領(lǐng)域的研究水平存在一逡逑段距離，主要研究超聲波磁致伸縮換能器、壓電換能器、大功率超聲波換能器等。先后有逡逑清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)等多家綜合實(shí)力逡逑強(qiáng)的大學(xué)開展了對(duì)超聲波技術(shù)的研究［１＿６］。內(nèi)容涉及超聲波驅(qū)動(dòng)原理、超聲波頻率輸出、逡逑超聲波諧振頻率匹配計(jì)算、超聲波驅(qū)動(dòng)電路研究、超聲波輸出控制方法以及超聲波驅(qū)動(dòng)逡逑樣機(jī)的研制和測(cè)試實(shí)驗(yàn)。其中，，哈爾濱工業(yè)大學(xué)為了解決工業(yè)中超聲波焊接產(chǎn)品大規(guī)模逡逑生產(chǎn)投入了大量人力進(jìn)行研究推進(jìn)創(chuàng)新走質(zhì)量領(lǐng)先之路，提出了超聲能量模式控制技逡逑術(shù)，致力于解決在超聲波焊接工藝參數(shù)波動(dòng)包括下降速度、焊接時(shí)間、諧振頻率、振幅、逡逑焊接壓力、保持時(shí)間和保持壓力，接頭質(zhì)量的一致性差的問(wèn)題，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量的精準(zhǔn)逡逑性、穩(wěn)定性具有重要意義。逡逑２１世紀(jì)初，自我過(guò)國(guó)實(shí)現(xiàn)改革開放以來(lái)，市場(chǎng)活躍性增強(qiáng)，這為超聲波技術(shù)研究利逡逑用、發(fā)展提供了生存的土壤
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM282;TN791

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本文編號(hào)：2610188