[发明专利]一种功率超声换能器静态匹配快速调试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率超声换能器静态匹配调试方法，属于功率超声匹配技术领域。

背景技术

匹配是功率超声技术中的重要一环。静态匹配是在超声功率源输出频率与换能器静态谐振频率相同的条件下，功率源输出阻抗与换能器静态输入阻抗的匹配，它适用于要求换能器输出频率固定的应用场合。

根据秦雯在文献“大功率正弦波超声电源”中指出：“超声波应用厂家和天星稀土公司曾对使用稀土超磁致伸缩材料为探头的超声波换能器作过实验，实验数据表明使用方波或脉冲电源时超声波换能器的效率较低，采用正弦波激励，可以使超声波效率有极大的提高”。常见的超声功率源一般采用逆变结构，其输出为方波，为了能够有效的驱动换能器，静态匹配电路除了调谐还应具有滤波的功能。常见的匹配方法有并联电感、串联电感、电感与电容(LC)、改进电感与电容(LCC)、T型等匹配方式。并联电感方法由于滤波性能差，现在使用较少。其他的几种方法将滤波调谐作为一个整体进行设计与调试，理论推导相对复杂，电路调试比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种功率超声换能器静态匹配快速调试方法，用于换能器的静态匹配。同时可测量换能器静态电容、动态电阻，该测量设备简单，易于实现，并且具有较高的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于滤波调谐分步进行的调试方法，通过按功能分步调试的方法进行，并同时提供了一种换能器静态电容、动态电阻的测量方法。

本发明将静态匹配分成滤波与调谐相对独立的两部分进行调试。其原理是：对于输出为方波的超声功率源，无论是LC、LCC还是T型静态匹配电路，电路的主要功能均可以分为两部分：一是对超声功率源的输出进行滤波，得到驱动换能器所需的正弦信号；二是对换能器进行调谐，使整个电路阻抗呈现纯阻性。从这两点功能要求出发，完成滤波与调谐即完成了静态匹配。

一种功率超声换能器静态匹配快速调试方法，其特征是，调试电路中功率超声换能器与滤波电容、滤波电感、调谐电感、负载电阻串联，功率超声换能器由超声功率源激励，调试方法为将调谐与滤波分为两步分别进行调试：

步骤1：使用正弦波激励驱动功率超声换能器，对功率超声换能器进行调谐调试，测量谐振时的各项数据，并通过计算得到功率超声换能器的等效电阻、等效电容、动态电阻、静态电容；

步骤2：负载电阻值取功率超声换能器谐振时的所述等效电阻值，通过调节调谐电感，对超声功率源进行滤波调试，测量并得出滤波电容、滤波电感值；

步骤3：对功率超声换能器进行调谐滤波的整合调试，调节调谐电感，当负载电阻上的波形相位与调试电路中的波形相位相同时，完成静态匹配。

所述超声功率源为大功率超声功率源。

所述负载电阻为大功率电阻。

所述负载电阻为无感电阻。

所述超声功率源与功率超声换能器之间设有变压器。

测量时采用信号采集装置，信号采集装置采集读取电压电流信号。

所述信号采集装置包含示波器。

本发明所达到的有益效果：本发明的一种功率超声换能器静态匹配快速调试方法，将滤波、调谐分步进行调试，用于换能器的静态匹配，匹配效果良好，并可同时测量换能器静态电容、动态电阻，该测量设备简单，易于实现，并且具有较高的测量精度。

附图说明

图1静态匹配调试装置示意图；

图2a换能器等效电路示意图；

图2b谐振点处换能器等效电路示意图；

图2c为图2b等效串联电路示意图；

图3换能器调谐电路示意图；

图4换能器滤波电路示意图；

图5调谐滤波整体调试示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

静态匹配调试装置如图1所示，主要包括用于实现声电转换的超声换能器Z(以下简称换能器Z)，用于驱动换能器Z的自制超声功率源两大主体部分，自制的传输线变压器T连接于两大主体部分之间，用于隔离与阻抗变换，信号采集装置为示波器1、2，采集读取电压电流信号。

调试方法如下：