专利名称：超声电源的动态匹配装置及其方法
技术领域：
本发明涉及功率超声系统技术领域，具体涉及一种超声电源的动态匹配装置及其方法。
背景技术：
对任何一个功率超声系统来说，它的等效阻抗都可以用
权利要求
1.超声电源的动态匹配装置，其特征在于包括依次串联的超声信号发生器、驱动隔离电路、超声功率放大器、匹配变压器、调谐电感和超声换能器，所述超声换能器安装在反应容器的底部，用于驱动反应容器内液体发生空化效应；还包括用于采集包括调谐电感在内的超声换能器电路两端的实时工作电压和工作电流的电压电流采样电路，所述电压电流采样电路依次通过后级隔离电路、滤波整形电路、可编程逻辑器件相连接，所述可编程逻辑器件内设有相位测量单元，且可编程逻辑器件的PWM激励脉冲输出端与超声信号发生器相连接。
2.根据权利要求I所述的超声电源的动态匹配装置，其特征在于所述控制面板与可编程逻辑器件相连，用于显示当前超声换能器的工作频率和超声换能器匹配状态。
3.根据权利要求I所述的超声电源的动态匹配装置，其特征在于所述超声信号发生器所采用的芯片内置推挽式输出电路，所述信号发生芯片为单片集成PWM控制芯片，根据输入的PWM激励脉冲的频率来控制推挽式输出电路输出超声驱动信号的频率。
4.根据权利要求I所述的超声电源的动态匹配装置，其特征在于所述驱动隔离电路包括全桥逆变电路和隔离变压器，所述全桥逆变电路的每一半桥的上管为NPN型达林顿功率晶体管，所述全桥逆变电路的每一半桥的下管为PNP型达林顿功率晶体管；所述隔离变压器设有一个输入端和两个输出端，两个输出端的缠绕方向反相，以产生两个同频反相的信号使半桥型D类功率放大电路的上、下两个功率开关管交替导通工作。
5.根据权利要求I所述的超声电源的动态匹配装置，其特征在于所述超声功率放大电路为半桥型D类功率放大电路。
6.根据权利要求I所述的超声电源的动态匹配装置，其特征在于所述反应容器为各面用钢板围成的空心立方体容器，超声换能器紧贴在反应容器的底部。
7.根据权利要求I所述的超声电源的动态匹配装置，其特征在于所述超声换能器为柱状压电陶瓷换能器，与反应容器的底部采用直接粘接法进行连接。
8.根据权利要求I所述的超声电源的动态匹配装置，其特征在于所述隔离电路用于实现电压电流采样电路输出的采样信号的后级隔离；所述滤波整形电路包括滤波单元和波形变换单元，所述波形变换单元将采样信号转化成脉冲信号。
9.基于权利要求I的超声电源的动态匹配装置的匹配方法，其特征在于包括以下步骤 步骤(A)接通可编程逻辑器件的电源，按下控制面板的自检按钮，进入模块自检状态，保证可编程逻辑器件内设有的相位测量单元正常工作； 步骤(B)接通超声信号发生器电源，通过匹配变压器利用阻抗变换实现调谐电感、超声换能器和超声功率放大器的阻抗匹配，保证超声换能器输出最大的有用功率； 步骤(C)待反应容器底部的超声换能器工作稳定后，超声换能器的谐振点会产生偏移，则进行动态调谐匹配； 步骤(D)重复步骤(C)，进行动态调谐匹配，保证超声换能器工作在谐振点，输出最大的有用功率。
10.根据权利要求9所述的超声电源的动态匹配装置的匹配方法，其特征在于步骤(C)进行动态调谐匹配的方法如下， (Cl)通过可编程逻辑器件每隔5s开启相位测量单元的采样信号输入通道，快速测量相时延和判断包括调谐电感在内的超声换能器电路的阻抗特性； (C2)判断相时延是否在设定的正常工作范围内，若相时延在设定的正常工作范围内，则保持可编程逻辑器件输出的PWM激励脉冲频率不变；若相时延不在设定的正常工作范围内，则继续判断测出的相时延对应的超声换能器的阻抗特性； (C3)若超声换能器电路呈电感性，则减小可编程逻辑器件输出的PWM激励脉冲频率，减小超声信号发生器的输出超声驱动信号的频率；若超声换能器电路呈电容性，则增加可编程逻辑器件输出的PWM激励脉冲频率，增加超声信号发生器的输出超声驱动信号的频率； (C4)重复步骤(C4)，直到测量的相时延稳定在设定的正常工作范围内，超声换能器工作在谐振点 ，输出最大的有用功率。
全文摘要
本发明公开了一种超声电源的动态匹配装置及其方法，包括依次串联的超声信号发生器、驱动隔离电路、超声功率放大器、匹配变压器、调谐电感和超声换能器，还包括电压电流采样电路，电压电流采样电路依次通过后级隔离电路、滤波整形电路、可编程逻辑器件(PLD)相连接，可编程逻辑器件内设有相位测量单元，可编程逻辑器件的PWM激励脉冲输出端与超声信号发生器相连接。本发明通过实时监测超声换能器电路的阻抗特性来动态调整超声驱动信号的频率，实现一个动态匹配的过程，保证换能器始终工作在谐振点，输出最大的有用功率，匹配精度高，电路简单，实现成本较低，易于实现，具有较广的应用前景。
文档编号B06B1/06GK103252314SQ20131017293
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者董观利, 朱昌平, 徐斐, 曹智勇, 何贞兵, 单鸣雷, 陈秉岩, 韩庆邦, 李建 申请人:河海大学常州校区