[发明专利]一种阵列式换能器超声波电源装置

说明书

本发明公开了一种阵列式换能器超声波电源装置，包括PC上位机、USB总线、16个信号发生及功放模块、相控信号总线及阵列式超声波换能器，PC上位机通过USB总线通信连接所述的16个信号发生及功放模块，信号发生及功放模块通过相控信号总线连接所述的阵列式超声波换能器。本发明通过阵列式换能器超声波电源驱动换能器阵列实现多频率超声波的声波聚焦、超声悬浮等功能，适用于科学研究场所和实验平台的搭建，采用模块化设计，机体及电路结构容易实现，具有较广的应用前景，弥补了目前利用换能器阵列实现多频率的超声聚焦方面应用研究的空白。

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种阵列式换能器超声波电源装置。

背景技术

超声波发生器通常称为超声波发生源、超声波发生器，其作用是把电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流信号。超声波电源的原理首先由信号发生器产生一个特定频率的信号，该信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号，该特定频率就是换能器工作的频率。

目前，国内外超声波电源的研究大多数侧重于变频率、变功率、阻抗匹配、频率自动跟踪以及智能控制等单一换能器的研究，而应用于超声聚焦、超声悬浮和机械工程“内加工”领域研究的专用多频率超声波电源装置目前还未见公开，同时利用换能器阵列实现多频率的超声聚焦方面应用研究的超声波电源装置也未出现。

发明内容

基于上述现有技术，本发明提出一种阵列式换能器超声波电源装置，其通过控制换能器阵列实现多频率的超声聚焦、超声悬浮、机械工程“内加工”等领域的应用研究。

本发明弥补了现有超声波电源设备在实际专业领域应用中的不足，其所采用的技术方案如下：

阵列式换能器超声波电源装置，包括PC上位机、USB总线、信号发生及功放模块、相控信号总线、阵列式超声波换能器等，PC上位机通过USB总线与信号发生及功放模块相联，信号发生及功放模块通过相控信号总线与阵列式超声波换能器相联。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，信号发生及功放模块包括STM32F4控制系统、FPGA模块、高速D/A转换模块、四路功放及补偿电路，STM32F4控制系统、FPGA模块、高速D/A转换模块、四路功放及补偿电路依次相连。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，STM32F4控制系统包括STM32控制器、STM32匹配电路、LCD触摸显示屏、晶振电路、JTAG接口电路，STM32控制器采用基于Cortex-M4处理器的芯片STM32F407ZGT6，STM32控制器的第一接口连接FPGA模块，STM32控制器的第二接口连接STM32匹配电路，STM32控制器的第三接口连接LCD触摸显示屏，STM32控制器的第四接口连接晶振电路，STM32控制器的第五接口连接JTAG接口电路，STM32控制器通过USB总线接口电路连接USB总线，USB总线进而连接PC上位机，其中，USB总线接口电路与USB总线、USB总线与PC上位机之间均采取双向通信方式。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，FPGA模块包括FPGA芯片、FPGA配置电路、JTAG接口电路，FPGA芯片的第一接口与FPGA配置电路相连，FPGA芯片的第二接口与JTAG接口电路，FPGA芯片的第三接口与高速D/A转换模块相连。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，四路功放及补偿电路包括驱动电路、电源、调压整流滤波模块、保护电路、预放大电路、可控增益放大电路、网络匹配电路，驱动电路与高速D/A转换模块相联，电源与高压整流滤波模块相联，高频模拟信号经过驱动电路与调压整流滤波模块、预放大电路、可控增益放大电路都相联，保护电路与调压整流滤波模块、预放大电路、可控增益放大电路都相联，可控增益放大电路与网线匹配电路相联，网络匹配电路联接阵列式超声波换能器。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，阵列式超声波换能器通过采样电路与信号放大电路相联，信号放大电路与带通滤波电路相联，带通滤波电路与STM32控制器相联。