一种超声波发生器谐振频率跟踪方法与流程

本发明涉及超声波发生器，具体为一种超声波发生器谐振频率跟踪方法。

背景技术：

1、超声波电源广泛应用于超声焊接、超声加工、超声清洗、超声马达以及超声医疗等方面，超声波电源通过将市电在整流滤波、全桥逆变、匹配电路等的作用下输出与负载端换能器相匹配的高频交流信号，换能器的作用则是将输出的电能转化为机械能，然而，由于换能器随着工作过程中的温度变化、振动幅度变化，以及负载大小，其频率特性会发生微小变化，从而导致中心频率发生变化，换能器的工作效率降低，甚至会损坏换能器元件，这就要求超声波电源能自动检测并跟踪上述中心频率，同时快速调整输出频率，使电源的工作频率能够与换能器的谐振频率匹配。

2、目前常市场上常用的频率跟踪包括最大电流搜索谐振频率、锁相环频率跟踪、匹配电感调节法，最大电流搜索谐振频率的方法是通过记录一定频率变化范围内输出电流最大值时的频率点，来确定换能器的谐振频率，因此，需要电源记录整个频率变化范围内输出电流值并进行比较才能得出结果，其缺点是采样周期长，且控制精度较低。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，具备快速跟踪和防护的优点，解决了需要电源记录整个频率变化范围内输出电流值并进行比较才能得出结果，其缺点是采样周期长，且控制精度较低的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述快速跟踪和防护的目的，本发明提供如下技术方案：一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，包括以下步骤：

5、步骤一：开启超声波发生器主体之后，微处理器通过驱动控制模块控制高频逆变模块输出一定的初始工作频率；

6、步骤二：高频逆变模块输出频率为f0+δf，输出的过程中隔离电压采集模块采集电压，隔离电流采集模块采集电流；

7、步骤三：电压和电流采集完成后通过隔离电压检测模块检测电压，隔离电流检测模块检测电流；

8、步骤四；检测完毕后的电压和电流通过电压、电流乘法器进行计算，且将计算的结果传递给微处理器；

9、步骤五：同时换能器输出的电流和电压信号作为电压和电流检测实现鉴相控制模块的输入信号；

10、步骤六：根据电压和电流检测实现鉴相控制模块的输出信号生成驱动信号；

11、步骤七：微处理器通过计算结果来控制高频逆变模块的输出功率，驱动信号控制超声波发生器主体的输出频率跟随换能器的谐振频率的变化而变化。

12、一种超声波发生器，包括超声波发生器主体，所述超声波发生器主体包括电源模块、电源整流滤波模块、超声波频率产生模块、超声波功率控制模块、功率器件保护模块和超声波输出模块；

13、所述电源模块为市电220v的交流电源；

14、所述电源整流滤波模块用于将交流电源变为直流，且给超声波功率控制模块供电；

15、所述超声波功率控制模块用于控制超声波源频率产生模块工作；

16、所述超声波源频率产生模块与超声波输出模块相连；

17、所述功率器件保护模块包括串联设置的过流保护直流偏置电路、过压保护电路、过温保护电路和漏电/短路保护电路，功率器件保护模块与超声波功率控制模块相连；

18、所述超声波输出模块与高频逆变模块相连，通过高频逆变模块将直流电源逆变为所需要的频率的正弦或类正弦电流。

19、优选的，所述微处理器上依次串联安装有数字频率合成电路、信号整形处理电路和功率放大电路，所述功率放大电路与超声波源频率产生模块相连。

20、优选的，所述微处理器上连接有无线通信模块，无线通信模块采用联机通信电路或plc外设信号接口电路。

21、优选的，所述微处理器上连接有的显示器和键盘控制模块，所述显示器用于显示电压、电流和功率。

22、优选的，步骤二所述还包括隔离电压采集模块采集隔离电压值和隔离电流采集模块采集隔离电流值后，需要对采集到的隔离电压值和隔离电流值进行信号调理滤波，得到精准的隔离电压值和隔离电流值。

23、优选的，步骤三所述还包括将隔离电压值和隔离电流值发送给隔离电压检测模块检测电压，而隔离电流检测模块检测电流，根据电压、电流乘法器的向量内积的方法计算出该频率下的电流电压相位差值。

24、优选的，所述电流电压相位差值若增大，则说明f0不是超声波系统的谐振频率，则继续按照一定的步长增加高频逆变模块的输出频率f0+δf。

25、优选的，所述换能器的输出频率增加时，超声波系统中的电流电压相位差值减小，则控制高频逆变模块输出频率变为f0-δf，若超声波系统的电流电压相位差值增大，则继续进行减小高频逆变模块的输出功率，直到超声波系统的电流电压相位差值减小，则将上一工作频率作为超声波系统的谐振工作频率。

26、(三)有益效果

27、与现有技术相比，本发明提供了一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，具备以下有益效果：

28、该超声波发生器谐振频率跟踪方法，通过设置率器件保护模块，可以对超声波发生器主体的电路进行防护，通过设置隔离电压采集模块和电流采集模块，在隔离电压采集模块采集隔离电压值和隔离电流采集模块采集隔离电流值后，需要对采集到的隔离电压值和隔离电流值进行信号调理滤波，得到精准的隔离电压值和隔离电流值，使得隔离电压值和隔离电流值更加精确，根据电压、电流乘法器的向量内积的方法计算出该频率下的电流电压相位差值，若电流电压相位差值若增大，则说明f0不是超声波系统的谐振频率，则继续按照一定的步长增加高频逆变模块的输出频率f0+δf，当换能器的输出频率增加时，超声波系统中的电流电压相位差值减小，则控制高频逆变模块输出频率变为f0-δf，若超声波系统的电流电压相位差值增大，则继续进行减小高频逆变模块的输出功率，直到超声波系统的电流电压相位差值减小，则将上一工作频率作为超声波系统的谐振工作频率，从而实现可以快速准确地跟踪超声波发生器主体谐振频率的变化，具有算法简单、跟踪速度快、精度高和适用范围广等优点。

技术特征：

1.一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.一种超声波发生器，包括超声波发生器主体，其特征在于：所述超声波发生器主体包括电源模块、电源整流滤波模块、超声波频率产生模块、超声波功率控制模块、功率器件保护模块和超声波输出模块；

3.根据权利要求1所述的一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：所述微处理器上依次串联安装有数字频率合成电路、信号整形处理电路和功率放大电路，所述功率放大电路与超声波源频率产生模块相连。

4.根据权利要求1所述的一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：所述微处理器上连接有无线通信模块，无线通信模块采用联机通信电路或plc外设信号接口电路。

5.根据权利要求1所述的一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：所述微处理器上连接有的显示器和键盘控制模块，所述显示器用于显示电压、电流和功率。

6.根据权利要求1所述的一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：步骤二所述还包括隔离电压采集模块采集隔离电压值和隔离电流采集模块采集隔离电流值后，需要对采集到的隔离电压值和隔离电流值进行信号调理滤波，得到精准的隔离电压值和隔离电流值。

7.根据权利要求1所述的一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：步骤三所述还包括将隔离电压值和隔离电流值发送给隔离电压检测模块检测电压，而隔离电流检测模块检测电流，根据电压、电流乘法器的向量内积的方法计算出该频率下的电流电压相位差值。

8.根据权利要求7所述的一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：所述电流电压相位差值若增大，则说明f0不是超声波系统的谐振频率，则继续按照一定的步长增加高频逆变模块的输出频率f0+δf。

9.根据权利要求1所述的一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，其特征在于：所述换能器的输出频率增加时，超声波系统中的电流电压相位差值减小，则控制高频逆变模块输出频率变为f0-δf，若超声波系统的电流电压相位差值增大，则继续进行减小高频逆变模块的输出功率，直到超声波系统的电流电压相位差值减小，则将上一工作频率作为超声波系统的谐振工作频率。

技术总结
本发明涉及超声波发生器技术领域，且公开了一种超声波发生器谐振频率跟踪方法，包括以下步骤：步骤一：开启超声波发生器主体之后，微处理器通过驱动控制模块控制高频逆变模块输出一定的初始工作频率。该超声波发生器谐振频率跟踪方法，通过设置隔离电压采集模块和电流采集模块，当换能器的输出频率增加时，超声波系统中的电流电压相位差值减小，则控制高频逆变模块输出频率变为f0‑Δf，若超声波系统的电流电压相位差值增大，则继续进行减小高频逆变模块的输出功率，直到超声波系统的电流电压相位差值减小，则将上一工作频率作为超声波系统的谐振工作频率，从而实现可以快速准确地跟踪超声波发生器主体谐振频率的变化。

技术研发人员：于振涛,卢国宁
受保护的技术使用者：无锡罡正科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15