追踪并匹配振子频率的超声波系统的制作方法

1.本实用新型涉及超声波技术领域，特别涉及一种追踪并匹配振子频率的超声波系统。


背景技术：

2.随着科技的发展，超声焊接技术在各行各业都得到广泛的引用，在超声波焊接中，超声振动系统设计的好坏直接影响到超声加工能否稳定顺利地进行，只要超声波电源输出信号的工作频率等于超声振子的谐振频率才能保证振动系统处于效率最高、最稳定的工作状态。在实际应用中，由于受超声振子发热、工具磨损、负载变化等因素的影响，会使超声振子的谐振频率发生漂移，导致振动系统失谐，如果超声波电源不能及时随之改变其输出信号的工作频率，超声振子将工作于失谐状态而使效率降低，影响超声加工精度。因此，如何开发一种追踪并匹配振子频率的超声波系统已成为本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本实用新型解决的技术问题是，提供一种能够提高效率及超声加工精度的追踪并匹配振子频率的超声波系统。
4.本实用新型提供一种追踪并匹配振子频率的超声波系统，包括采样电路、电压跟随电路、信号变换电路、整形电路、鉴相电路、微处理器、驱动电路及超声波电源逆变电路，所述采样电路与所述电压跟随电路电连接，所述电压跟随电路与所述信号变换电路电连接，所述信号变换电路与所述整形电路电连接，所述整形电路与所述鉴相电路电连接，所述鉴相电路与所述微处理器电连接，所述微处理器与所述驱动电路电连接，所述驱动电路与所述超声波电源逆变电路电连接。
5.在一个实施例中，所述采样电路包括电流传感器、电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述电流传感器的第一端与所述第一电阻的第一端电连接，所述电流传感器的第二端与所述电容的第一端电连接，所述电流传感器的第三端及第四端接地；所述第一电阻的第一端与所述电压跟随电路电连接，所述第一电阻的第二端接地；所述第二电阻的第一端用于与电源及所述电容的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第一端与所述电压跟随电路电连接，所述第三电阻的第二端接地。
6.在一个实施例中，所述电流传感器为霍尔电流传感器。
7.在一个实施例中，所述电压跟随电路包括第一运算放大器及第二运算放大器，所述第一运算放大器的正向输入端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述信号变换电路电连接；
8.所述第二运算放大器的正向输入端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第二运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的输
出端与所述信号变换电路电连接。
9.在一个实施例中，所述信号变换电路包括第一比较器、第二比较器、第一二极管及第二二极管，所述第一比较器的正向输入端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一比较器的反向输入端接地，所述第一比较器的输出端与所述第一二极管的阳极电连接，所述第一二极管的阴极与所述整形电路电连接；
10.所述第二比较器的正向输入端与所述第二运算放大器的输出端电连接，所述第二比较器的反向输入端接地，所述第二比较器的输出端与所述第二二极管的阳极电连接，所述第二二极管的阴极与所述整形电路电连接。
11.在一个实施例中，所述第一二极管及所述第二二极管均为快速恢复二极管。
12.在一个实施例中，所述整形电路包括第一与非门及第二与非门，所述第一与非门的第一信号输入端及第二信号输入端均与所述第一二极管的阴极电连接，所述第一与非门的信号输出端与所述鉴相电路电连接；
13.所述第二与非门的第一信号输入端及第二信号输入端均与所述第二二极管的阴极电连接，所述第二与非门的信号输出端与所述鉴相电路电连接。
14.在一个实施例中，所述鉴相电路为d触发器。
15.本实用新型具有如下有益效果：本实用新型通过采样电路、电压跟随电路、信号变换电路、整形电路、鉴相电路、微处理器、驱动电路及超声波电源逆变电路之间的配合，工作时采样电路对超声振子的电压与电流进行取样，然后通过信号变换与整形后进行鉴相，以鉴相出超声振子的电压与电流的相位关系，最后微处理器根据所述相位关系信息控制驱动电路，从而使驱动电路改变逆变电路的工作频率，进而实现匹配振子频率。因此，本实用新型具有提高效率、提高超声加工精度的优点。
附图说明
16.图1为本实用新型的追踪并匹配振子频率的超声波系统的电路图。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。
18.请参阅图1，本实用新型提供一种追踪并匹配振子频率的超声波系统，包括采样电路1、电压跟随电路2、信号变换电路3、整形电路4、鉴相电路5、微处理器6、驱动电路7及超声波电源逆变电路8。所述采样电路1与所述电压跟随电路2电连接，所述电压跟随电路2与所述信号变换电路3电连接，所述信号变换电路3与所述整形电路4电连接。所述整形电路4与所述鉴相电路5电连接，所述鉴相电路5与所述微处理器6电连接，所述微处理器6与所述驱动电路7电连接。所述驱动电路7与所述超声波电源逆变电路8电连接。
19.所述采样电路1包括电流传感器t、电容c、第一电阻r1、第二电阻r2及第三电阻r3，所述电流传感器t的第一端与所述第一电阻r1的第一端电连接，所述电流传感器t的第二端与所述电容c的第一端电连接，所述电流传感器t的第三端及第四端接地。所述第一电阻r1的第一端与所述电压跟随电路2电连接，所述第一电阻r1的第二端接地。所述第二电阻r2的
第一端用于与电源及所述电容c的第一端电连接，所述第二电阻r2的第二端与所述第三电阻r3的第一端电连接，所述第三电阻r3的第一端与所述电压跟随电路2电连接，所述第三电阻r3的第二端接地。在本实施例中，所述电流传感器t为霍尔电流传感器t。霍尔电流传感器t是一种快速检测电流的元件，其具有功耗低，精度高的优点。
20.所述电压跟随电路2包括第一运算放大器a1及第二运算放大器a2，所述第一运算放大器a1的正向输入端与所述第三电阻r3的第一端电连接，所述第一运算放大器a1的反向输入端与所述第一运算放大器a1的输出端电连接，所述第一运算放大器a1的输出端与所述信号变换电路3电连接。
21.所述第二运算放大器a2的正向输入端与所述第一电阻r1的第一端电连接，所述第二运算放大器a2的反向输入端与所述第二运算放大器a2的输出端电连接，所述第二运算放大器a2的输出端与所述信号变换电路3电连接。在本实施例中，所述第一运算放大器a1及第二运算放大器a2为型号为lm358的运算放大器芯片。通过所述电压跟随电路2来隔离缓冲电压与电流采样信号。
22.所述信号变换电路3包括第一比较器a3、第二比较器a4、第一二极管d1及第二二极管d2，所述第一比较器a3的正向输入端与所述第一运算放大器a1的输出端电连接，所述第一比较器a3的反向输入端接地，所述第一比较器a3的输出端与所述第一二极管d1的阳极电连接，所述第一二极管d1的阴极与所述整形电路4电连接。
23.所述第二比较器a4的正向输入端与所述第二运算放大器a2的输出端电连接，所述第二比较器a4的反向输入端接地，所述第二比较器a4的输出端与所述第二二极管d2的阳极电连接，所述第二二极管d2的阴极与所述整形电路4电连接。在本实施例中，所述第一二极管d1及所述第二二极管d2均为快速恢复二极管，因而可以减少延迟误差。通过信号变换电路3可以把正弦形式的电压与电流采样信号变换为方波脉冲信号。
24.所述整形电路4包括第一与非门u1及第二与非门u2，所述第一与非门u1的第一信号输入端及第二信号输入端均与所述第一二极管d1的阴极电连接，所述第一与非门u1的信号输出端与所述鉴相电路5电连接。所述第二与非门u2的第一信号输入端及第二信号输入端均与所述第二二极管d2的阴极电连接，所述第二与非门u2的信号输出端与所述鉴相电路5电连接。
25.在本实施例中，所述鉴相电路5为d触发器，该d触发器的d端用于接收上述所述的方波脉冲信号。该d触发器的输出端输出高电平，则说明电压超前电流，输出低电平，则说明电压滞后电流，即通过鉴相电路5鉴相出超声振子的电压与电流的相位关系，然后微处理器6根据所述相位关系信息控制驱动电路7工作，使驱动电路7改变逆变电路的工作频率，使超声振子的电压与电流的相位差减小，如此反复，最终使超声振子在谐振状态下工作。在本实施例中，微处理器6、驱动电路7及超声波电源逆变电路8为现有技术，其具体结构在此不再赘述。
26.综上所述，本实用新型通过采样电路1、电压跟随电路2、信号变换电路3、整形电路4、鉴相电路5、微处理器6、驱动电路7及超声波电源逆变电路8之间的配合，工作时采样电路1对超声振子的电压与电流进行取样，然后通过信号变换与整形后进行鉴相，以鉴相出超声振子的电压与电流的相位关系，最后微处理器6根据所述相位关系信息控制驱动电路7，从而使驱动电路7改变逆变电路的工作频率，进而实现匹配振子频率。因此，本实用新型具有
提高效率、提高超声加工精度的优点。
27.以上对本实用新型所提供的追踪并匹配振子频率的超声波系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内，不应理解为对本实用新型的限制。