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1、DOI:10.16707/j.cnki.fjpc.2015.02.004福建电脑FUJIANCOMPUTER对超声波发生器频率自动跟踪电路的研究翁芸（宁波职业技术学院同济大学在职研究生浙江宁波315000）【摘要】频率跟踪电路是超声系统中的重要组成电路，文章介绍了频率自动跟踪原理，分析了实现频率自动跟踪所选取的方案，对于几种典型的频率跟踪电路进行了分析说明，并提出电路应用中需注意之处。【关键词】频率自动跟踪换能器典型电路随着现代科学技术飞速发展，功率超声技术凭其独特的优大的原理,改变超声电源的频率，将换能器设定在电流最大时的点在国民经
2、济中得到日益广泛应用。超声技术在超声波清洗、工作状态。超声波钻孔、超声波焊接以及超声波电机等方面能充分发挥其2、功率方案：根据换能器谐振时电功率最大,反射功率最小优势。功率超声系统主要由高频超声波发生器和超声换能器两的原理,将换能器两端采样得到的电压和电流信号相乘,得到最部分组成，超声波发生器是超声设备的重要组成部分，担负着大功率信号,搜索出最大功率点,即为谐振频率点。向超声换能器提供超声频电能的任务。为了使换能器高效率地3、相位方案。利用锁相环技术，将换能器两端采样得到电工作不但要求发生器提供的电能有足够的功率,而且要求其频压和电流
3、信号,送入到鉴相器,使其输出信号控制压控振荡器的率与换能器的谐振频率一致。而换能器谐振频率会由于温度、振动频率,使换能器工作于电压与电流同相状态。湿度以及换能器自身的磨损等原因发生改变，若超声电源发出三、典型的频率跟踪电路的频率不能随之变化，保持与之一致的状态，会导致工作效率以下是几种常见的频率跟踪电路：降低，再继续发展的话可能造成换能器本身的破坏。因此找出1、差动变量桥式电路可以完成超声电源对换能器频率的自动跟踪的自动控制系统,差动变量器桥式自动频率跟踪电路是依靠电桥的平衡机能够快速、准确地寻找新的谐振频率，实现频率自动跟踪就变理来
4、对换能器电学臂的无功和有功分量进行弥补;利用从换能得尤为必要。器提取的电压和换能器的振动电流成比例的原理,再使换能器一、频率自动跟踪原理能够在共振频率上工作。在这里换能器既是自振系统的负载,又在实际超声加工中，随着外界温度、材料刚度、负载等工况是振荡器的选频元件。的变化，会引起系统参数的变化，使得最大效率输出的超声系差动变量桥式电路对压电换能器电学臂进行补偿，使电反统的谐振频率发生漂移，从而导致换能器的谐振频率发生变馈信号取决于机械臂，从而能够在机械谐振频率上始终保持自化。这种变化可能会使换能器工作面的振动幅度减小,加工效率激振荡，达
5、到频率的自动跟踪，工作原理如图1所示。下降，所以必须实时地对换能器的谐振频率进行跟踪。若用手工方式调整频率效率低下，并不适应目前自动化生产的需要。因此，就需要发生器具有自动调节频率的性能，即通常所说的频率自动跟踪。频率跟踪技术其实就是利用反馈原理及技术，自动调节发生器的振荡频率，使其随着换能器谐振频率的变化而改变，以保持换能器能始终工作在某种设定状态下。频率自动跟踪实现方式主要有声反馈和电反馈两大类，声反馈是从换能器上采集谐振频率的电讯号，然后反馈至前级放大器形成自激振荡器，主要应用于超声电机的频率跟踪上，需要在负载端进行机械连接，将
6、换能器的机械振动转换为电信号后送到发生器的输入端，这种反馈电路虽简单，但要进行负载图1差动变量桥式电路端的机械连接较费事，效果也不够理想，故应用较少。目前随着元器件及控制技术的发展，电反馈方式已经占据主导地位，包图中虚线框中的C0、R1、C1、L1是换能器的等效参数，C1、括以差动变量桥式电路为代表的自激振荡方式，以及电流反馈L1、R1所在支路即为串联谐振支路。UO是激励信号，Ui是提取的式跟踪、功率反馈式跟踪及锁相式跟踪电路等它激式自激振荡电信号，TF是电流互感器(实际上是一次侧具有两个对称线圈方式，不同的频率跟踪方案所设定的换能器
7、的工作状态是不同的互感器)，W1和W2是两个对称线圈，C是补偿电容。当C、W1、的，究竟采用哪一种方案需根据实际情况来确定。W2、C0组成的桥式电路平衡时，C:W1=C0:W2，即电容C上流二、实现频率自动跟踪所选取的方案过的电流IC和电容C0上流过的电流I0在TF中的磁通将相互在电反馈系统中,根据对换能器两端的电压和电流采样信抵消，只有Cl上流过的电流I1才会在W3中激发出感应电流，号中所包含幅度和相位信息的不同，可以构成多种频率跟踪方通过线圈时产生的磁通将激励产生电压Ui，并反馈回发生器输案，常用的有以下几种：入端，即Ui只与机械
8、臂电路有关。当串联支路谐振时，I1最大，1、电流方案：根据换能器谐振时谐振阻抗最小,回路电流最Ui才最大，并且满足相位条件，能够与激励电源构成回路产生2015年第2期福建电脑·65·福建电脑FUJIANCOMPUTER自
