[发明专利]一种超声波控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种超声波控制系统及其控制方法，所述控制系统包括顺次连接的上位机、控制单元、驱动模块、功率输出模块、匹配模块和超声波换能器，所述控制单元和所述功率输出模块同时还连接有功率控制模块和电流检测模块。所述超声波控制系统首先扫频确定超声波换能器的最佳谐振频率，然后根据定频驱动命令使超声波换能器以最佳频率谐振点工作，大大减少了电能的损耗，超声波换能器可在短时间内以最佳谐振频率驱动，大大提高了输出功率，进一步扩大了超声波控制系统的应用范围。

技术领域

本发明属于超声波发生器技术领域，具体地说，涉及一种超声波控制系 统及其控制方法。

背景技术

近年来，随着超声波系统的快速发展，超声波发生器(也称超声波驱动 电源、超声波控制器)的应用日益广泛，超声波发生器是一种大功率超声系 统的重要组成部分，用于将市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电 信号，驱动超声波换能器工作。目前，超声波驱动电源技术已应用于超声清 洗、超声粉碎、超声焊接、超声化学以及超声复合加工等工业领域，超声波 驱动电源技术一直以来也是行业内的研究热点。

超声波电源控制系统是超声波驱动电源中非常重要的一部分，影响着超 声波驱动电源的性能和效率，因此对超声波电源控制系统的研究也具有十分 重要的价值。

目前，常规超声波电源控制系统只能用作定频或扫频工作，无法为超声 波驱动换能器提供最佳谐振频率，输出功率不足，从而导致其应用受限。

发明内容

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种可先扫频再定频 驱动的超声波控制系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明一方面提供一种超声波控制系统，其包括顺次连接的上位机、控 制单元、驱动模块、功率输出模块、匹配模块和超声波换能器，所述控制单 元和所述功率输出模块同时还连接有功率控制模块和电流检测模块。

作为优选，所述上位机为计算机终端或通讯芯片，所述上位机与所述控 制单元通过RS232接口、USB接口或无线通讯连接。

作为优选，所述控制单元为单片机、FPGA、CPLD中的一种，用于生成 脉冲宽度调制方波信号，所述驱动模块为功率MOS管、功率三极管、IGBT中 的一种，用于将所述控制单元产生的脉冲宽度调制方波信号功率放大。

作为优选，所述功率输出模块为变压器，用于输出超声波换能器所需额 定功率，所述匹配模块包括变压器和电感，用于将所述功率输出模块输出的 电源与所述超声波换能器进行阻抗匹配和调谐匹配。

作为优选，所述电流检测模块为ADC检测系统，用于检测所述超声波控 制系统在扫频工作状态下的电流，所述功率控制模块为直流电压变换器，用 于将控制单元产生的PWM方波信号利用占空比控制输出的电源大小，并将电 源信号输出至功率输出模块。

本发明另一方面提供一种采用所述的超声波控制系统的控制方法，其包 括如下步骤：

S1、上位机向控制单元发送扫频驱动指令，控制单元接收指令并产生脉 冲宽度调制方波信号，所述脉冲宽度调制方波信号驱动驱动模块以及功率控 制模块，生成电源信号并输出至功率输出模块；

S2、所述功率输出模块输出的电源信号经匹配模块进行阻抗匹配和调谐 匹配，驱动超声波换能器。

作为优选，所述步骤S1还包括，控制电流检测模块检测扫频工作状态下 的电流值，将检测到最大电流值时所述控制单元输出的电压频率作为驱动超 声波换能器的最佳谐振频率，所述控制单元存储所述最佳谐振频率并将所述 最佳谐振频率上报至所述上位机。

作为优选，所述步骤S2后还包括：

S3、上位机发送读取命令，读取所述最佳谐振频率；