[发明专利]超声波发生器及其在超声纳米材料制备系统中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种声波装置，尤其涉及一种超声波发生器，以及在超声纳米材料制备系统中的应用。

背景技术

纳米材料制备过程中为了使各种组分混合均匀，产生纳米级的分散效果，加速化学反应，以及促进乳化作用等经常会用到超声波发生器。

申请号为93212829.7的实用新型专利公开了一种自动频率跟踪功率超声波发生器，包括有直流电源、脉冲信号产生电路、开关功放电路和谐振回路，其特征在于：

a.谐振回路选用具有阻抗变换，电能传输和匹配电感三重作用的匹配变压器B与换能器G相接构成；

b.谐振回路输出的功率取样信号连接到相位比较电路与脉冲信号产生电路输出的1/4时钟脉冲信号进行相位比较，再将比较后的误差信号连接到脉冲信号产生电路的输入端，控制1/4时钟脉冲信号频率自动跟随在换能器获得最大功率的谐振频率上；

c.脉冲信号产生电路与开关功放电路之间连接有过流保护电路和功率管电流自动调节电路。

其技术方案虽然实现了频率自动跟踪，花费15W的功率输出就能获得比200W普通功率超声波发生器具有更好效果。但这种仪器运用到超声纳米材料制备系统中存在以下问题：制备过程中受金属液体温度等外界条件的变化，当机械负载变化时，会引起系统参数变换，整个系统处于不可控状态，仪器输出频率自动跟踪，换能器功率随之变化，声场不均匀，液体分布不均，从而不能符合纳米材料制备需要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种超声波发生器，使超声波处于可控状态，达到声场分布均匀，力度可控，从而更适用于超声纳米材料制备系统当中。

本发明是这样的实现的：

本发明超声波发生器，包括主控单片机、功率放大模块、匹配网络、超声换能器、移动终端、集中控制单元、热保护模块和液位保护模块。

主控单片机1作为主控芯片，在相关保护正常情况下接受移动终端5或集中控制接口6或自身内部命令向功率放大模块发出超生功放的驱动信号，驱动功率放大模块2。

功率放大模块包括第一采样模块、第二采样模块和三相整流单元。第一采样模块对功率放大模块的输出电流和电压值进行运算、采样，并将结果传输至主控模块；匹配模块的输出端与第二采样模块电连接，所述第二采样模块对匹配模块的输出电流、电压进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块；从而对其进行频率跟踪。

功率放大模块根据驱动信号把三相整流单元整流出的工频电源变换成超声电源后向匹配网络的变换变压器输出，变换变压器把超声源变换成超声功率信号经过电感匹配单元和电容匹配单元向超声换能器输出，驱动超声换能器产生大功率超声波以达到清洗效果。

主控单片机在不断发出超声功放的驱动信号同时，采样功放中I/￠，对其进行监视、控制和保护以达到超声功率可控目的，采样匹配网络模块中的谐振效果，达到控制谐振效果，提高转换效率。

热保护模块和液位保护模块向主控单元发出信号，主控单元对接受的到信号进行处理已达到保护作用以提高寿命；移动终端与主控单片机进行通讯在移动终端上显示工作情况；集中控制单元向主控单片机送出命令，两个模块之间进行数据交换。

本发明技术方案的效果：

其一为高速单片机进行频率、功率、相位的高速精确可靠控制并实现与外围集中控制模块进行接口通讯；其二为利用三相整流实现大功率超声输出；其三为在匹配网络输出端进行采样检测，调整谐振效果提高转换效率；其四为在功率放大模块中采样，控制功率近而保护设备；其五为在初始状态为匹配换能器提供电容电感微调匹配。

附图说明

图1为本发明超声波发生器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

参见图1，本发明超声波发生器，包括主控单片机1、功率放大模块2、匹配网络3、超声换能器4、移动终端5、集中控制单元6、热保护模块7和液位保护模块8。

主控单片机1作为主控芯片，在相关保护正常情况下接受移动终端5或集中控制接口6或自身内部命令向功率放大模块2发出超生功放的驱动信号，驱动功率放大模块2。

功率放大模块2包括第一采样模块21、第二采样模块22和三相整流单元23。功率放大模块2根据驱动信号把三相整流单元23整流出的工频电源变换成超声电源后向匹配网络3的变换变压器31输出，变换变压器31把超声源变换成超声功率信号经过电感匹配单元32和电容匹配单元33向超声换能器4输出，驱动超声换能器4产生大功率超声波以达到清洗效果。