超聲波清洗技術(shù)是功率超聲技術(shù)的一個重要發(fā)展方向,由于其清洗效果好、無污染、成本低等優(yōu)點,正逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的清洗方式,廣泛地應(yīng)用于實際的生產(chǎn)生活中。超聲波發(fā)生器是超聲波清洗機的核心部分,其輸出信號的頻率和功率是超聲波清洗技術(shù)的關(guān)鍵指標。超聲波換能器在惡劣的工作環(huán)境下會發(fā)生老化、產(chǎn)生機械損耗,導致其固有的諧振頻率發(fā)生漂移,若超聲波發(fā)生器輸出信號頻率與換能器諧振頻率不匹配,則會使換能器工作效率降低,影響超聲波清洗機的安全運行。為解決換能器諧振頻率漂移問題,在對換能器相關(guān)特性分析后,本文研制了一種基于STM32單片機、輸出功率可調(diào)、換能器諧振頻率自動跟蹤的超聲波發(fā)生器。該超聲波發(fā)生器主功率電路由整流濾波電路、逆變電路和高頻變壓器三部分組成,采用移相PWM控制技術(shù)調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器的輸出功率�？刂葡到y(tǒng)電路以STM32F407ZGT6為處理芯片,采用數(shù)字鎖相技術(shù)實現(xiàn)換能器諧振頻率的跟蹤,并設(shè)計了相應(yīng)的相位差信息采集電路和信號驅(qū)動電路。在軟件方面,利用Keil編譯器設(shè)計了超聲波發(fā)生器控制系統(tǒng)程序。在控制算法方面,采用模糊PI控制,并對模糊控制器進行了設(shè)計。最后,本文對各電路模塊進行測試,并在MATLAB... 

【文章來源】： 黃秋霖 西安石油大學

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

超聲波清洗技術(shù)原理

第一章緒論3超聲波清洗機是一個利用超聲波清洗原理而制造的清洗設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。它主要是由超聲波發(fā)生器、超聲波換能器和清洗水槽三部分組成。超聲波發(fā)生器用于直接產(chǎn)生高頻高能的超聲波信號；換能器被固定于清洗水槽底部的振動鋼板上，它的作用是將輸入的超聲波信號轉(zhuǎn)化為機械能傳給清洗水槽；清洗水槽一般位于超聲波清洗機的外部，多為長方體，其結(jié)構(gòu)的大小與清洗物體體積和超聲波發(fā)生器的功率有關(guān)，清洗水槽的結(jié)構(gòu)會影響超聲波聲場的分布，進而影響清洗效果。圖1-2超聲波清洗機的結(jié)構(gòu)超聲波清洗技術(shù)的原理主要是以介質(zhì)液體空化效應(yīng)為依據(jù)，要想達到較好的清洗效果，就需要超聲波清洗設(shè)備產(chǎn)生參數(shù)適當?shù)某暡�，使清洗液更易發(fā)生空化反應(yīng)。此外，一些外部因素也會對清洗效果產(chǎn)生影響。影響超聲波清洗效果的因素總結(jié)如下[7]：（1）聲強聲強是指單位時間內(nèi)通過清洗物體單位面積的聲能。在可以使介質(zhì)液體產(chǎn)生空化反應(yīng)最小聲強值（空閥值）以上，超聲波聲強越大清洗效果越好。一般來說，超聲波聲強為1-2W/cm2就可以清洗大多數(shù)沾染物，對于特殊沾染物，如金屬氧化膜等，則需要超聲波的聲強達到幾十W/cm2以上。超聲波的聲強與信號的功率密切相關(guān)。（2）頻率超聲波的振動頻率越大，介質(zhì)液體產(chǎn)生空化反應(yīng)所需要的最小聲強（空閥值）就會越大，這樣反而會使空化效應(yīng)難發(fā)生，所以超聲波清洗的頻段一般在20kHz到130kHz之間。在上文分析過，超聲波穿透強度與頻率成反比，所以普通工業(yè)零件的表面清洗一般選用頻段在20kHz-50kHz，例如汽車零部件、油氣管道等污垢清洗。50kHz以上大頻段超聲波則多用于清洗精密器件，例如航空航天器件、手機手表部件和光電子零部件等。（3）聲場的分布清洗水槽的聲場分布理論上應(yīng)該是均勻的，這樣才使清洗氣泡能全?

第二章?lián)Q能器匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以及諧振頻率控制研究9第二章?lián)Q能器匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以及諧振頻率控制研究超聲波換能器在超聲波清洗機系統(tǒng)中通�？梢砸暈樨撦d。在實際工作時，超聲波換能器結(jié)構(gòu)常常會受工作環(huán)境的影響而發(fā)生變化，進而導致其諧振頻率漂移。此時，超聲波主功率電路輸出信號的頻率應(yīng)要實現(xiàn)漂移諧振頻率的跟蹤，與換能器的諧振頻率同步變化，這樣可以提高工作效率，保證超聲波清洗機系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。2.1超聲波換能器概述換能器將超聲波發(fā)生器輸出的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，并以機械振動的形式傳給清洗水槽下方的振動鋼板，振動鋼板將能量傳入清洗液中，使清洗液產(chǎn)生空化效應(yīng)，實現(xiàn)超聲波清洗。目前，常用的換能器根據(jù)制成材質(zhì)的區(qū)別可分為壓電陶瓷式和磁致伸縮式兩大類。磁致伸縮式換能器主要是依據(jù)磁致伸縮效應(yīng)而制造出來。磁致伸縮效應(yīng)是指把片狀鐵磁材料制造的棒狀形物體投置在同棒軸方向的磁場中，棒狀形物體的長度會隨著磁場的變化而發(fā)生變化。磁致伸縮式換能材料主要有鋁鐵合金、稀土、鎳鈷和鎳鋅等材料，其所制成的棒狀物塊電阻率較低、磁通密度飽和性較高，所以一般用于功率較高且頻率較低的超聲波設(shè)備中。壓電換能器主要依據(jù)壓電效應(yīng)所制造而來。壓電效應(yīng)是指晶體或者是陶瓷晶體受到外電場的作用而發(fā)生的形變，受到一定外力時會在其表面會產(chǎn)生一定量的電荷。目前壓電換能器主要由石英制和陶瓷制兩種材料，在超聲波清洗領(lǐng)域最普遍使用的是壓電陶瓷制換能器，如圖2-1所示。圖2-1壓電陶瓷式換能器

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：2999533