[发明专利]频率控制电路、方法、装置及超声波换能器系统

说明书

本申请涉及一种频率控制电路、方法、装置及超声波换能器系统；其中，频率控制电路，包括与激励信号源输出端连接的数据采集单元，与数据采集单元连接的处理单元，处理单元与激励信号源连接；数据采集单元用于对激励信号源输出的电流、电压进行同步采样，并将得到的电流数据、电压数据传输给处理单元；处理单元用于对电流数据与电压数据进行FFT处理，得到数据处理结果；数据处理结果包括电流与电压之间的相位差；处理单元还用于将相位差与预设相位差进行比较，并根据比较结果调节激励信号源中激励信号的驱动频率，以匹配超声波换能器的谐振频率。本申请能够对激励信号的频率进行精准实时调节，降低系统要求、节约成本，且结构简单，易于实现。

技术领域

本申请涉及超声波换能器技术领域，特别是涉及一种频率控制电路、方法、装置及超声波换能器系统。

背景技术

超声波换能器是一种可将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去的能量转换器件。超声波换能器被广泛应用于各种超声波设备，如超声波手术刀、超声波焊接机或超能波清洗机等。超声波设备中的超声波换能器接收激励信号源的交流电激励信号，并将其转换成机械能，以驱动相应的工作设备。

目前传统技术采用锁相环、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)控制进行超声波换能器的频率跟踪，但在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术电路结构复杂、控制难度大。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够简化电路结构、降低控制难度的频率控制电路、方法、装置及超声波换能器系统。

为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种频率控制电路，包括与激励信号源输出端连接的数据采集单元，与数据采集单元连接的处理单元，处理单元与激励信号源连接；

数据采集单元用于对激励信号源输出的电流、电压进行同步采样，并将得到的电流数据、电压数据传输给处理单元；

处理单元用于对电流数据与电压数据进行FFT处理，得到数据处理结果；数据处理结果包括电流与电压之间的相位差；

处理单元还用于将相位差与预设相位差进行比较，并根据比较结果调节激励信号源中激励信号的驱动频率，以匹配超声波换能器的谐振频率。调节激励信号源中激励信号的驱动频率

在其中一个实施例中，相位差为以电压为基准的相位差；数据处理结果还包括基波幅值、谐波幅值、谐波频率以及谐波分量；

处理单元基于数据处理结果，分别输出激励信号源、超声波换能器的实时工作状态信息。

在其中一个实施例中，数据采集单元为ADC采样模块；

ADC采样模块在预设采样周期内，对激励信号源的电流、电压进行预设采集点数的同步采样，得到相应采集点数的电流数据、电压数据。

在其中一个实施例中，处理单元为MCU；激励信号源包括全桥逆变器，MCU的信号输出端连接全桥逆变器；

MCU根据比较结果，向全桥逆变器传输频率调节信号；频率调节信号用于调节全桥逆变器的驱动频率；其中，频率调节信号为驱动频率与激励信号占空比可变的PWM信号。

频率调节信号为驱动频率与激励信号占空比可变的PWM信号一方面，本发明实施例还提供了一种频率控制方法，包括步骤：

处理单元接收数据采集单元传输的电流数据、电压数据；

处理单元对电流数据与电压数据进行FFT处理，得到数据处理结果；数据处理结果包括电流与电压之间的相位差；

处理单元将相位差与预设相位差进行比较，并根据比较结果调节激励信号源中激励信号的驱动频率，以匹配超声波换能器的谐振频率。调节激励信号源中激励信号的驱动频率。