超聲波是一種能量存在的方式，超聲波通過高頻的振動作用于水介質(zhì)，從而產(chǎn)生超聲空化效應(yīng)，這種空化效應(yīng)已經(jīng)在超聲波清洗中得到應(yīng)用，或者超聲波作用于傳聲媒介當中，能夠引起媒介之間發(fā)生不同的效應(yīng)，已經(jīng)在基礎(chǔ)學(xué)科研究和工程應(yīng)用開發(fā)都表示出非常廣闊的應(yīng)用前景[12]。按照超聲波研究內(nèi)容上劃分，可以分為功率超聲和檢測超聲兩大領(lǐng)域Bl]。檢測超聲是工業(yè)及醫(yī)學(xué)檢查的一種方法之一，也被認為是弱超聲的“被動應(yīng)用”，功率超聲主要是通過超聲接觸對接觸面進行高頻的振動摩擦，以改變介質(zhì)的一些特性，所以功率超聲也被稱為“主動應(yīng)用”[]。本課題主要是針對功率超聲波換能器進行研究。超聲波的產(chǎn)生主要依靠的是超聲波換能器。超聲波換能器是一種能夠進行機、電能量或者聲、電能量轉(zhuǎn)換的器件。對于功率超聲換能器而言，換能器通過壓電材料的壓電效應(yīng)將輸入的高頻電能轉(zhuǎn)換成高頻振動的機械能量。換能器的種類有很多，應(yīng)用的領(lǐng)域也不相同，如磁致伸縮超聲換能器間，壓電陶瓷換能器等等。目前研究最為廣泛的是壓電陶瓷換能器，壓電陶瓷換能器是依靠壓電陶瓷的壓電效應(yīng)及逆壓電效應(yīng)來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。壓電陶瓷的壓電效應(yīng)是由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起的，壓電材料主要有鈦酸鋇、錯鈦酸鉛、偏銳酸鉛、銳酸鉀鈉、鈦酸鉛等]。這些電介質(zhì)在某一恰當?shù)姆较蚴┘右欢ǖ耐饬r，會引起內(nèi)部電極分布狀態(tài)發(fā)生改變，在介質(zhì)的相對表面上會出現(xiàn)和外力成正比且極性相反的帶電電荷，這種由外力引起的電介質(zhì)的現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)則。相反，若在電介質(zhì)上某一恰當?shù)姆较蚣由弦欢◤姸鹊耐怆妶鰰r，會引起電介質(zhì)內(nèi)部電極分布發(fā)生相應(yīng)的變化，從而產(chǎn)生和外電場強度成正比的應(yīng)變效應(yīng)，這種由于外電場引起的電介質(zhì)的應(yīng)變現(xiàn)象叫做逆壓電效應(yīng)]。功率超聲換能是超聲學(xué)領(lǐng)域中一個重要的分支學(xué)科。本課題主要針對壓電陶瓷式功率超聲波換能器展開研究。20世紀初期超聲波技術(shù)開始出現(xiàn)，而我國50年代才開始進行大功率超聲的研究[]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是電子技術(shù)的發(fā)展，如單片機、DSP、FPFA等微處理器得快速發(fā)展，微處理器功能越來越強大，運算速度越來也快，以及IGBT、MOSFET等功率器件的快速發(fā)展，功率器件的容量不斷的增加，響應(yīng)速度不斷的提高。對超聲波發(fā)生器的要求也越來越高，體積越來越小，功能越來越強大，越來越智能，可靠性進一步提高。
標簽： 超聲波換能器
上傳時間： 2022-06-18
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鑒于超磁致伸縮材料作換能器的大功率超聲波發(fā)生器需正弦激勵方可達到最高效率，高頻大功率超聲正弦電源已構(gòu)成超聲波應(yīng)用瓶頸。就國內(nèi)而言，大功率正弦波電源局限于400Hz以下低頻，高頻逆變電源也僅為方波，無法滿足超聲波發(fā)生器的正弦激勵需求。本課題針對電源逆變開關(guān)管工作頻率高、開關(guān)損耗大、輸出功率大等特點，從基本拓撲結(jié)構(gòu)和工作原理入手，基于SPWM逆變技術(shù)，對硬件構(gòu)成、控制方案、參數(shù)選擇及軟件實現(xiàn)等問題進行了分析和論證；運用了HPWM控制方式與ZVS諧振軟開關(guān)技術(shù)；采用了MOSFET并聯(lián)運行方式，解決了工作頻率高與輸出功率大的矛盾；采用80C196MC作主控芯片以軟體生成SPWM波；以性能優(yōu)異的LM5111芯片作驅(qū)動。實驗表明，本課題提出的高頻大功率正弦波電源性能優(yōu)良、應(yīng)用前景看好。
上傳時間： 2022-07-26
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