[发明专利]一种数字化智能式超声功率源及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字化智能式超声功率源及其使用方法，属于超声功率源技术领域。 

背景技术

对于任何一个电子设备系统而言，实现其数字化、智能化是目前追求的一个方向。对于超声功率源来说，实现其数字化、智能化也是必不可少的。数字化在于替代了传统模拟方式产生超声驱动信号，而是通过使用微处理器直接产生超声驱动信号，便于调节超声驱动信号的频率和脉宽；智能化在于优化了传统的超声功率源功能，实现了超声功率源的功率可调、超声驱动时间的设定以及上电自检、动态匹配等功能，而且，具有良好的人机交互效果，且成本低，安全性高，操作简单，适合市场的需求。 

我们知道超声空化效应是指超声波作用下的液体分子产生数以万计的空化泡，当声压达到一定值时空化泡破裂而产生冲击波的过程；超声机械效应是指超声波作用下的液体分子纵向压缩和拉升，激烈碰撞产生非常强大的冲击力的过程。研究发现，超声功率源的功率不同超声空化效应和机械效应的效果不同，通过设计该超声功率源能够有效地驱动超声换能器，并根据不同的使用环境，调整超声功率源的功率，实现超声作用的最佳效果。 

超声功率源与超声换能器匹配有两个方面：一是阻抗匹配，一般采用变压器实现；二是谐振匹配，一般有L、C电路实现，其中阻抗匹配根据前后阻值计算变压器匝数比进行设计，较为简单，而谐振匹配较为复杂；谐振匹配方法主要包括静态匹配和动态匹配，静态匹配即在超声功率源输出频率与超声换能器静态谐振频率相同的条件下，超声功率源输出阻抗与超声换能器输入阻抗的匹配，它适用于要求超声换能器的工作频率固定的应用场合，但超声换能器在长时间工作后，可能由于负载变化或扰动等原因会引起换能器工作频率偏离固有工作频率，这样导致静态匹配效果不佳；动态匹配一般使用频率自动跟踪技术，实时跟踪系统谐振频率的变化，保证电路匹配，提高系统的效率，克服静态匹配中的不足。动态匹配方法，关键在于超声驱动信号的频率变化，传统的模拟信号产生方式较为复杂，而使用微处理器直接改变超声驱动信号的频率，方便可靠，具有更加的匹配效果。 

因此，开发一种数字化智能式超声功率源，是当前超声功率源迫切需要解决的问题。 

发明内容

本发明的目的是解决现有的超声功率源，超声驱动信号的频率不易调节、超声功率不易调节、无安全的监测电路、动态匹配效果差的问题。本发明的数字化智能式超声功率源及其使用方法，实现了超声功率源的数字化、智能化，具有超声驱动信号频率可调，超声功率可调，系统上电安全监测，动态匹配效果好的功能，电路结构简单，操作简单，成本较低，易于实现，具有较广的应用前景。 

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是： 

一种数字化智能式超声功率源，其特征在于：包括

微处理器，用于直接产生PWM激励脉冲信号和控制超声功率源工作；

电压可调电源，用于给功率放大电路提供工作电压；

过压过流监测电路，用于实时监测工频市电的电流、电压可调电源的电压；

电压电流采样电路，用于实时采样阻抗匹配电路的电压、谐振匹配电路的电流；

控制面板，用于控制超声功率源，实现人机交互；

超声换能器，用于实现电声能量转换；

第一滤波整形电路，用于对过压过流监测电路的监测信号进行滤波整形处理；

第二滤波整形电路，用于对电压电流采样电路的采样信号进行滤波整形处理；

还包括用于对微处理器产生的PWM激励脉冲信号调整，依次串联的隔离缓冲电路、功放驱动电路、功率放大电路、阻抗匹配电路、谐振匹配电路；

所述隔离缓冲电路，用于隔离微处理器与功放驱动电路，提高PWM激励脉冲信号的幅值；

所述功放驱动电路，用于驱动功率放大电路；

所述功率放大电路，用于PWM激励脉冲信号的功率放大；

所述阻抗匹配电路，用于实现功率放大后的PWM激励脉冲信号与超声换能器的阻抗匹配；

所述谐振匹配电路，用于使超声换能器工作在纯电阻状态；

所述微处理器通过电压可调电源与功率放大电路的电源输入端相连接，所述电压可调电源通过过压过流监测电路与第一滤波整形电路相连接，所述第一滤波整形电路与微处理器相连接，所述阻抗匹配电路、谐振匹配电路分别与电压电流采样电路相连接，所述电压电流采样电路通过第二滤波整形电路与微处理器相连接。