[发明专利]一种磁致伸缩换能器自动阻抗匹配器

权利要求书

1.一种磁致伸缩换能器自动阻抗匹配器，其特征为该自动阻抗匹配器的组成包括阻抗匹配模块、信号采集模块、反馈模块以及单片机控制模块；

其连接关系为：所述的阻抗匹配模块的一端连接电源的输出端，另一端连接磁致伸缩换能器的一端；信号采集模块的一端连接电源的输出端，信号采集模块另一端连接磁致伸缩换能器的另一端，同时信号采集模块的输出端连接反馈模块的一端；反馈模块另一端连接单片机控制模块的一端；单片机控制模块的输出端连接至阻抗匹配模块的信号输入端，同时PC机连接至单片机控制模块另一端；

所述的阻抗匹配模块的组成包括两套8路5V带光耦隔离功能的继电器模块、一个5V直流电源和16个CBB电容、16个阻值为1kΩ的电阻；两套继电器模块结构相同，各包括8个并联的继电器；每套继电器模块的DC+和DC-端口都分别接到5V直流电源的正极c和负极d；每个继电器的高低电平触发选择端S1-S16各插上一个与之配套的H跳线帽；每个继电器的输入信号触发端口 IN1-IN16分别接单片机控制模块的外部双向输入/输出（I/O）口；每个继电器的常开端NO1-NO16均接到m端，m端接到换能器驱动电源的输出端；每个继电器的公共端COM1-COM16对应的接一个CBB电容的一端，每个CBB电容的另一端都接到n端，n端连接换能器输入端；每个继电器的常闭端NC1-NC16均连接一个1kΩ电阻的一端，每个电阻的另一端接到CBB电容的另一端；

所述信号采集模块的组成包括三个精密采样电阻R₃₁、R₃₂、R₃₃；其连接关系为电阻R₃₁的一端和阻抗匹配模块的m端相连；电阻R₃₁的另一端和电阻R₃₂的一端相连；电阻R₃₂的另一端与电阻R₃₃的一端相连；电阻R₃₃的另一端和换能器b的一个输入端b2相连；电阻R₃₁的一端还和电源a的一个输出端a1相连；电阻R₃₂的一端还和电压采样端SV2相连；电阻R₃₂的另一端还分别和电压采样端SV1、电源a的另一个输出端a2相连；电阻R₃₃的一端还和电流采样端SC2相连；电阻R₃₃的另一端还和电流采样端SC1相连；阻抗匹配模块的n端和换能器b的另一个输入端b1相连。

2.如权利要求1所述的磁致伸缩换能器自动阻抗匹配器，其特征为所述的反馈模块电路的组成包括采用LM324型运算放大器的差动放大器、采用LM324型运算放大器的比例放大器和相位差检测电路；

其中，相位差检测电路又包括两个由LM339芯片组成的高速过零比较器、一个采用74LS74芯片的D触发器、一个采用74LS86芯片的异或门；该模块的连接关系为差动放大器的正极输入端连接信号采集模块的电流采样端SC2，负极输入端连接电流采样端SC1，差动放大器的输出端连接到相位差检测电路中的高速过零比较器A的负极输入端；比例放大器的输入端连接信号采集模块的电压采样端口SV2，比例放大器的输出端连接到相位差检测电路中的高速过零比较器B的负极输入端；两个高速过零比较器的输出端分别接到D触发器的D端口和CLK端口，D触发器的置位输入S和复位输入R都接地；两个高速过零比较器的输出端分别接到异或门的输入端。

3.如权利要求1所述的磁致伸缩换能器自动阻抗匹配器的控制方法，其特征为包括以下步骤：

第一步，装置上电开机，系统初始化，接着进行第二步；

第二步，延时10ms后，信号采集模块对换能器进行电压采样、电流采样；

第三步，单片机判断一个周期电流过零次数n>3是否成立，成立则对阻抗匹配模块中，两套8路带光耦隔离功能的继电器模块进行控制，通过控制继电器的启停，按照Step0=1μF的步长增加匹配电容，再返回第三步继续判断；n>3不成立则执行第四步；

第四步，判断反馈模块输出的相位差θ>50°是否成立，成立则令Step=1μF，即大步长，再跳到第七步；不成立则执行第五步；

第五步，判断反馈模块输出的相位差θ>20°是否成立，成立则令Step=0.2μF,即中步长，再跳到第七步；不成立则执行第六步；

第六步，判断反馈模块输出的相位差θ>5°是否成立，成立则令Step=0.1μF，即小步长，执行第七步；θ>5°不成立则表示一次自动阻抗匹配完成，运行结束；

第七步，判断反馈模块输出的电压、电流相位关系Q=0是否成立，并根据判断结果对阻抗匹配模块中，两套8路带光耦隔离功能的继电器模块中的继电器进行控制：Q=0成立则通过控制继电器的启停，按照Step的步长值增大匹配电容，再跳回第二步；Q=0不成立则通过控制继电器的启停，按照Step的步长值减小匹配电容，再跳回第二步；继续执行自动匹配流程，直至第六步中所述的θ>5°不成立，运行结束。