超声波频率跟踪 超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法.docVIP

超声波频率跟踪 超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法 电子科技 2005年第9期（总第192期） 超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法 吴秀玲，方少元 （华南理工大学 电信学院，广东 广州 510640） 摘 要 用检相法测试出换能器输出电压和电流相位差的值和滞后/超前情况作为超声波焊接机工作频率调整信号… 网络作业：《勇闯科学测量关》 第一关：长度 1、某同学测木块长度，读数为23．51cm，则该读数正确值和估计值各为( ) A 23cm和0．51cm B 23cm和0．01cm C 23．5cm和0．01cm D 23．5cm和0．1cm 2、某同学… 生活环境与生活 生活环境，指与人类生活密切相关的各种自然条件和社会条件的总体，它由自然环境和社会 环境中的物质环境所组成。空气湿度与人类的生活环境关系密切。太阳光是地球上一切生命的源泉，是人类健康的真正保证，人体的免疫功能只有经过太阳光的适当照射才能… 电子科技 2005年第9期（总第192期） 超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法 吴秀玲，方少元 （华南理工大学 电信学院，广东 广州 510640） 摘 要 用检相法测试出换能器输出电压和电流相位差的值和滞后/超前情况作为超声波焊接机工作频率调整信号，通过磁饱和原理和数字电位器改变线圈电场强度来改变其电感值（即改变电路工作频率）从而跟踪控制频率使电路回到谐振状态。本文讲述了频率控制原理，给出了实现电路和测试数据，证明了此方法是可行的。 关键词 换能器；磁饱和；数字电位器 中图分类号 TN712 相，当ω（谐振频率）超声波焊接机换能器在不带负载的情形下，振 s 动于谐振频率上，可近似看作纯电阻。但是一旦带负载工作，由于负载的变化，换能器等效电路参数有所变化，实际工作频率与电源的谐振频率有差异，此时焊接效率低下，焊接质量和效果受影响，焊接机也易受损。所以在设计电路时，必须要考虑到谐振频率的自动跟踪。 容性，i相位超前u相位；当ωs ω时电路呈感性，i相位滞后u相位。以1000W功率源，20kHz谐振频率的超声波焊接机为例，测试数据如表1，波形如图1所示。 2 相位检测法 以上数据显示，换能器输出电压与电流相位差的值和滞后/超前情况代表着工作频率与振动系统固有谐振频率之间的关系。所以，若把电压、电流相位差信号取出，作为工作频率变化的控制信号， 1 超声波换能器特性 调谐状态时，换能器两端电压U=iRm，即电压 达到频率跟踪的目的。电路原理框图如图2所示。 与电流是同相的。当换能器失谐时，u与i不再同 （b）调谐工作下输出电压－电流波形图（电流相位超前电压相位） 41 超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法 （d）失谐下输出电压－电流波形图（电流相位滞后电压相位） 图1 输出电压－电流波形图 表1 超声波焊接机输入电流、输出电压电流检测 状态 F(kHz) Ii～(A)交流频率 输入电流 220AC端 调谐 调谐 失谐 失谐 调谐工作 调谐工作 Iiˉ(A)直流输入电流150DC端 Vp-p(v)输出电压峰-峰值 Vrms(v)输出电压有效值 Ip-p(A)输出电流峰-峰值 Irms(A)输出电流有效值 Qu-Qi(o)电压-电流相位差 Vo(v) 整流检测电压 0.188 1.96 1.698 1.906 注：调谐指焊接之前调整电路频率接近谐振频率，失谐指焊接之前调整电路频率远离谐振频率，调谐工作指在调谐频率下进行焊接操作。 图2 电路原理框图 相位检测法电路如图3所示，它能读出同频率电压电流输入信号的相位差值并以电压的正负表明其滞后/超前情况。输入的电压电流信号u和i分别经由Af﹑Az放大器构成的过零比较器输出两个方波送入D触发器和异或门后，D 端和CK端分别得到与电压﹑电流相位差值有关的脉冲信号，Q端输出取样电压﹑电流的相位差滞后/超前关系信号（当电压超前电流时，电流信号的每个上升沿到来时，D触发器输出为“1”。当电压滞后电流时，电流信号的每个上升沿到来时，D触发器输出为42 IT Age/ Sep. 15, 2005 “0”），异或门输出信号的宽度等于相位差值，幅度为逻辑高电平。 图3 相位检测电路图 超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法 3 电场－磁场效应 磁导率μ是表示磁场空间媒质磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加。磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激励磁场的电流) 增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将