本文關(guān)鍵詞：輸出功率可控的小功率超聲波發(fā)生器研發(fā)

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【摘要】：土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性決定土壤質(zhì)量、可產(chǎn)值、土壤抗侵蝕能量與抗退化能力。現(xiàn)有的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估方法之間存在許多差異,且只能定性的評(píng)估土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。超聲分散法可定量評(píng)估土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,然而現(xiàn)有超聲儀器的輸出功率大,在評(píng)估土壤的團(tuán)聚體穩(wěn)定性時(shí),會(huì)在極短的時(shí)間將土壤完全分散,不能測(cè)量不同土壤適用的超聲分散功率;基于以上背景,本文研發(fā)一個(gè)輸出功率可控的小功率超聲波發(fā)生器,并將研發(fā)的超聲波發(fā)生器用于土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估,探索不同類型土壤分散時(shí)所適用的超聲分散功率。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論為:(1)根據(jù)超聲波發(fā)生器輸出功率小的需求,研究定制一個(gè)輸出功率可小于10W的超聲波換能器;對(duì)超聲波換能器等效電路的導(dǎo)納特性進(jìn)行分析,提出了基于電流法和相位法相結(jié)合的頻率自動(dòng)跟蹤方法;同時(shí)根據(jù)換能器回路電流有效值與換能器輸出振幅(功率)的關(guān)系,提出基于電流有效值作為反饋信號(hào)的功率恒定控制方法。(2)設(shè)計(jì)超聲波發(fā)生器主電路結(jié)構(gòu),對(duì)整流調(diào)功電路、逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、匹配電路、反饋電路及主控電路等進(jìn)行了分析與探討。斬波電路實(shí)現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)。通過(guò)DDS產(chǎn)生高精度PWM波、以及IR2110驅(qū)動(dòng)芯片共同實(shí)現(xiàn)對(duì)全橋逆變電路的驅(qū)動(dòng);生成頻率可調(diào)的交流信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)換能器工作。(3)根據(jù)硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了控制軟件程序,包括頻率自動(dòng)跟蹤控制程序和功率恒定控制程序;為實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的控制,采用可變步長(zhǎng)的控制策略;并設(shè)計(jì)了操作簡(jiǎn)單方便的人機(jī)交互界面。(4)搭建基于超聲波分散的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)設(shè)計(jì)制作的超聲波發(fā)生器的輸出功率小與恒定性能進(jìn)行驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果表明本文研發(fā)的超聲波發(fā)生器在功率設(shè)定為30%~70%的條件下,換能器的輸出功率可以認(rèn)為是恒定的,且小于10W,實(shí)現(xiàn)了輸出功率小且恒定的目標(biāo);對(duì)五種典型土壤的團(tuán)聚體穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估,并使用傳統(tǒng)Yoder濕篩法作為對(duì)照,試驗(yàn)結(jié)果表明本次研發(fā)的小功率超聲波發(fā)生器可用于中強(qiáng)穩(wěn)定性土壤的團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估,但不能分辨弱穩(wěn)定性土壤的穩(wěn)定性差異;在不同功率下,對(duì)五種典型土壤進(jìn)行分散試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明不同土壤由于自身性質(zhì)的不同,其適用超聲分散功率的不同;河北壤土與黑龍江暗棕壤適用的超聲分散功率為8.86W,重慶黃壤土與江西紅壤適用的超聲分散功率為9.16W;浙江潮土適用的超聲分散功率大于9.52W。
【關(guān)鍵詞】：超聲波發(fā)生器 小功率 功率可控 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S152;S237
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 本文的研究背景及意義12-14
• 1.2 超聲波設(shè)備發(fā)展應(yīng)用概述14-17
• 1.2.1 超聲波設(shè)備定義及組成14
• 1.2.2 超聲波技術(shù)發(fā)展史14
• 1.2.3 超聲空化效應(yīng)14-16
• 1.2.4 超聲空化效應(yīng)的影響因素16-17
• 1.3 超聲波發(fā)生器研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容18-19
• 1.5 技術(shù)路線19-21
• 第二章 超聲波換能器的選擇與建模分析21-29
• 2.1 小功率超聲波換能器的選擇21
• 2.2 壓電換能器導(dǎo)納特性21-24
• 2.3 超聲波換能器串聯(lián)諧振特性24-25
• 2.4 超聲波發(fā)生器頻率跟蹤與功率恒定控制依據(jù)25-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 超聲波發(fā)生器的硬件電路設(shè)計(jì)29-44
• 3.1 超聲波發(fā)生器主電路總體設(shè)計(jì)29-30
• 3.2 整流調(diào)功電路的分析與設(shè)計(jì)30-32
• 3.2.1 整流橋元器件選型31
• 3.2.2 濾波電容C_(in)的計(jì)算31-32
• 3.2.3 直流斬波電路開(kāi)關(guān)管的選型32
• 3.3 高頻逆變電路設(shè)計(jì)32-38
• 3.3.1 高頻逆變電路32-34
• 3.3.2 PWM波形發(fā)生器34-35
• 3.3.3 死區(qū)時(shí)間形成電路35-37
• 3.3.4 柵極驅(qū)動(dòng)電路37-38
• 3.4 匹配電路38-39
• 3.4.1 調(diào)諧匹配38-39
• 3.5 反饋電路39-42
• 3.5.1 采樣電路40-41
• 3.5.2 相位檢測(cè)電路41
• 3.5.3 電流有效值檢測(cè)電路41-42
• 3.6 主控電路42-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第四章 超聲波發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)44-50
• 4.1 主程序設(shè)計(jì)44
• 4.2 頻率跟蹤軟件設(shè)計(jì)44-47
• 4.2.1 全程諧振頻率搜索程序設(shè)計(jì)45-46
• 4.2.2 頻率自動(dòng)跟蹤程序設(shè)計(jì)46-47
• 4.3 功率恒定控制軟件設(shè)計(jì)47-48
• 4.4 人機(jī)交互界面48-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第五章 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估系統(tǒng)的搭建與試驗(yàn)分析50-60
• 5.1 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估系統(tǒng)的搭建50-51
• 5.2 超聲波發(fā)生器系統(tǒng)輸出功率小與可控性能測(cè)試51-53
• 5.2.1 超聲波換能器輸出功率測(cè)量原理51
• 5.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)51-52
• 5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析52-53
• 5.3 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性評(píng)估試驗(yàn)53-56
• 5.3.1 試驗(yàn)材料53-54
• 5.3.2 試驗(yàn)方法54-55
• 5.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論55-56
• 5.4 在不同功率下土壤的分散效果試驗(yàn)56-59
• 5.4.1 試驗(yàn)方法57
• 5.4.2 結(jié)果與討論57-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66-67
• 作者簡(jiǎn)介67

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