[实用新型]一种正交相关法测量超声换能器阻抗角的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电子测量技术领域，具体涉及用于一种正交相关法测量超声换能器阻抗角的装置。

背景技术

在蜂窝复合材料的超声切割过程中，为了克服切割过程中蜂窝复合材料所出现的撕裂、压塌、毛刺和芯格变形等问题，需要对超声切割所用的换能器和超声波发生器进行匹配，以得到高的换能器工作效率和高的加工质量。然而，在实际切割中，常常由于外界负载、温度等因素的变化，导致发生器和换能器之间达不到良好的匹配，最终导致加工质量和加工效率极度降低，严重时甚至损坏声振系统。因此，有学者提出采用动态匹配的方式，使发生器输出频率动态地跟踪声振系统的谐振频率的变化，故需要通过在线检测超声换能器和超声波发生器组成的匹配系统的阻抗，并据此调节匹配网络的参数,使声振系统始终处于谐振状态，由于不匹配时，匹配系统的阻抗为复阻抗，阻抗角不为零，谐振时阻抗角为零，因此，有必要通过检测换能器和超声波发生器所组成的匹配系统的阻抗角，通过阻抗角的大小来判断系统是否处于谐振状态，并根据阻抗角的大小调节匹配网络的参数，使声振系统处于谐振状态。

工程领域中，阻抗角的测量多采用换能器两端的电压和流经换能器的电流之间的相位差进行检测。常用的相位差测量方法有过零法、频谱分析法和相关法。其中，过零法易受外界因素影响，采样精度不高。频谱分法是利用离散傅里叶变换原理将时域信号变换到频域，再根据相频特性确定两信号的相位差，但该方法往往会产生频谱泄漏和栅栏效应。相关法是在时域内对两信号作相关运算后进而得到相位差。相关分析法具有良好的噪声抑制能力，响应速度快，可准确测量出相位差，实时性较强，但相关法必须在同步采样条件下。然而，在实际测量过程中，由于各种因素的影响，如被测信号频率的缓慢波动、硬件设备的性能不理想等，数据系统很难做到严格的同步采样，且存在周期误差。为了提高相位差测量的准确性，又出现了多种测量新方法。如贝克斯频谱估计法、多谱线插值DFT算法、加窗函数法、非同步FFT算法、神经网络法等。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种正交相关法测量超声换能器阻抗角的装置。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种正交相关法测量超声换能器阻抗角的装置，该装置包括测量换能器电压的电压传感器、测量换能器电流的电流传感器、第一调理电路、第二调理电路、ARM Cortex-M3微处理器和TFT-LCD显示单元；

电压传感器与第一调理电路信号输入接口通过杜邦线连接，电流传感器与第二调理电路通过杜邦线连接；第一调理电路的信号输出接口通过杜邦线与ARMCortex-M3微处理器内部的一个模数转换器输入口连接；第二调理电路的信号输出接口通过杜邦线与ARM Cortex-M3微处理器内部的另一个模数转换器输入口连接；电压传感器接±15V电源，电流传感器接+5V电源，第一调理电路接+5V电源，第二调理电路接+5V电源；ARM Cortex-M3微处理器接+5V电源，ARM Cortex-M3微处理器与TFT-LCD显示屏通过8060总线连接；

所述的第一调理电路，包括第一霍尔电压传感器U1、第一运算放大器U2A、第二运算放大器U2B、第三运算放大器U2C、第四运算放大器U2D、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2；第一霍尔电压传感器U1的型号为CHV—25P；