[发明专利]一种超声设备的自动匹配网络的匹配方法

权利要求书

1.一种超声设备的自动匹配网络的匹配方法，所述超声设备包括整流滤波模块(6)、逆变模块(7)和换能模块(8)，所述自动匹配网络包括处理器模块(1)，所述处理器模块(1)的输入端接有用于检测换能模块(8)电压参数的电压互感器(2)和用于检测换能模块(8)电流参数的电流互感器(3)，所述处理器模块(1)的输出端接有数字电感模块(4)，所述数字电感模块(4)串联连接在逆变模块(7)和换能模块(8)之间，所述逆变模块(7)和换能模块(8)之间并联连接有匹配电容(5)，所述逆变模块(7)与处理器模块(1)的输出端连接；所述数字电感模块(4)能够通过所述处理器模块(1)控制，切换选择输出不同的电感值；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、设置所述处理器模块(1)的扫频范围；

步骤二、所述处理器模块(1)在扫频范围内，以1Hz递增，输出方波，控制逆变模块(7)的输出电压频率；

步骤三、所述电压互感器(2)采集换能模块(8)的电压参数，所述电流互感器(3)采集换能模块(8)的电流参数，电压电流参数传输到处理器模块(1)中；

步骤四、所述处理器模块(1)根据换能模块(8)的电压电流参数，获取换能模块(8)的谐振频率和动态电阻；

步骤五、所述处理器模块(1)计算换能模块(8)的动态电感、动态电容和静态电容；

步骤501、所述处理器模块(1)给定频率1kHz，换能模块(8)等效电路串联支路中动态电感L_m、动态电容C_m和动态电阻R_m进一步等效为动态电容C_m；

步骤502、推导计算动态电容C_m+静态电容C₀；

动态电容C_m和静态电容C₀两端的电压u为：其中，A_u为电压峰值，ω为频率1kHz对应的角频率，为频率1kHz对应的相位差；

对电压u进行微分，

动态电容C_m和静态电容C₀上电压电流关系式表示为：

当时，电流峰值I_max＝(C_m+C₀)ωA_u；

得到

步骤503、推导动态电感L_m的表达式；

所述换能模块(8)等效电路的等效阻抗Z的表达式为

其中，θ为相位差，因远大于因此

得到动态电感L_m的表达式为

步骤504、所述处理器模块(1)再给定两个频率f₁和f₂，所述电压互感器(2)和电流互感器(3)采集换能模块(8)的电压电流参数，并传输到处理器模块(1)中，通过电压电流关系，获得频率f₁对应的相位差θ₁和频率f₂对应的相位差θ₂，以及频率f₁对应的角频率ω₁和频率f₂对应的角频率ω₂；

步骤505、推导计算动态电容C_m和动态电感L_m；

将得到的相位差θ₁、相位差θ₂、角频率ω₁和角频率ω₂代入动态电感L_m的表达式中，得到

得到动态电容

进而得到动态电感

步骤506、计算静态电容C₀；

静态电容

步骤六、所述处理器模块(1)根据换能模块(8)的谐振频率、动态电阻和静态电容，以及匹配电容(5)的值，计算匹配电感值；

步骤601、所述换能模块(8)串联谐振时等效电路的等效阻抗Z_s的表达式为

其中，R_m为动态电阻，ω_s为谐振角频率，ω_s＝2πf_s，f_s为谐振频率，C_s＝C₁+C₀，C₁为匹配电容(5)，C₀为静态电容，L₁为匹配电感；

步骤602、令等效阻抗Z_s的虚部为零，得到匹配电感

步骤七、所述处理器模块(1)控制数字电感模块(4)进行切换选择，输出匹配电感值。