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Gerador ultrassônico do seguimento automático de frequência ultrassônica do DDS

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Gerador ultrassônico do seguimento automático de frequência ultrassônica do DDS

A limpeza ultrassônica é a utilização principal da cavitação ultrassônica. Sob o campo sadio, as micro bolhas no líquido produzirão a vibração de alta frequência. Quando a pressão sadia alcança algum valor, as bolhas aumentam rapidamente e de repente fim, e o líquido colide um com o otro para produzir uma onda de choque poderosa. Embora o deslocamento e a velocidade sejam muito pequenos, a aceleração é muito grande e a pressão local pode alcançar milhares de pressão atmosférica. A destruição, a lasca, a separação e a emulsificação do filme sujando na superfície dos materiais de limpeza podem conseguir um efeito de limpeza rápido e eficiente. Presentemente, a limpeza ultrassônica é reconhecida pelo mundo como a eficiência a mais alta e a melhor maneira de limpeza. A eficiência da limpeza alcançou sobre 98%, e a limpeza da limpeza alcançou o mais de nível elevado.

O equipamento da limpeza ultrassônica é composto do gerador ultrassônico e do transdutor ultrassônico. O gerador ultrassônico é uma parte importante do equipamento da limpeza ultrassônica, que é responsável para fornecer a energia ao transdutor ultrassônico durante o processo de trabalho. A fim conseguir uma eficiência elevada dos transdutores, além do que o fornecimento de bastante poder, a frequência do gerador é igualmente consistente com a frequência ressonante do transdutor. Mas a frequência ressonante do transdutor muda geralmente devido aquecer-se e o envelhecimento no processo de trabalho, e o gerador ultrassônico no mercado segue geralmente a frequência ressonante do transdutor ultrassônico manualmente ajustando a frequência do sinal de saída. A fim resolver este problema, um tipo de DDS (número direto) é desenvolvido neste papel. O sintetizador da frequência do tipo sintetizador da palavra da frequência é usado para seguir automaticamente a frequência do gerador, de modo que a frequência do sinal de saída possa automaticamente seguir a frequência ressonante do transdutor, e o transdutor é mantido sempre no estado da eficiência elevada durante o processo de trabalho.

princípio de projeto do sistema 2

A fim fazer para output a frequência do gerador ultrassônico siga a frequência ressonante do transdutor no tempo real, um circuito de seguimento automático da frequência baseado no DDS é projetado. O diagrama de bloco geral do sistema é mostrado em figura 1. O sistema é composto do circuito da geração de sinal do DDS, do circuito da amplificação do poder, do circuito de harmonização, do circuito de feedback atual, do único controle do microcomputador da microplaqueta e de alguns circuitos periféricos. O diagrama de bloco do sistema é mostrado em figura 1.


Diagrama de bloco do sistema do diagrama 1

O princípio de funcionamento do sistema inteiro é como segue: único uma microplaqueta controlada AD9832 da microplaqueta microcomputador DDS produz um sinal da onda de seno com alguma frequência. Este sinal da onda de seno é adicionado às duas extremidades da bobina preliminar de um transformador isolado após dar forma e amplificador preliminar, e os dois sinais da onda quadrada do lado oposto do sentido do lado do transformador são mais adicionais conduzidos por dois. Um amplificador de potência complementar push pull da meia ponte que consiste em um tubo do MOS do canal de N é usado para conduzir o transdutor piezoelétrico através de um circuito de harmonização composto de um transformador da saída e de um indutor ajustável. Durante o funcionamento do transdutor, o sensor atual é usado para ser a corrente de trabalho do transdutor, e o MCU controla o sinal correspondente da frequência da microplaqueta do DDS output de acordo com a informação de feedback, de modo que o transdutor funcione no ponto ressonante todo o tempo e melhore eficazmente sua eficiência de funcionamento.

 

A estrutura do hardware do sistema 3

sinal 3,1 que gera o circuito

O sinal da frequência é produzido pela microplaqueta do DDS. O princípio de funcionamento de DDS é gerar a onda de seno com frequência e pôr em fase verificável por meio do oscilador numericamente controlado. Os circuitos internos incluem geralmente o pulso de disparo de referência, o acumulador da frequência, o acumulador da fase, o circuito da conversão da amplitude/fase, o conversor de D/A e o filtro de passe baixo (LPF). Este projeto usa a microplaqueta de AD9832 DDS, AD9832 é uma fase que acumula o oscilador do NC, a microplaqueta incorporado do CMOS do conversor da tabela de consulta do seno e 10 do bocado D/A. O pulso de disparo máximo 25MHz pode ser conectado, e a saída máxima da frequência é 10MHz. O circuito da geração de sinal é mostrado em figura 2.

 


Figura 2 sinal que gera o circuito

O ATMEGA16 MCU é usado como o controlador principal no projeto. ATMEGA16 controla os três pinos de AD9832 SCLK, XDATA e FXYNC de acordo com o diagrama de sequência do tempo, de modo que AD9832 outputs um sinal atual sinusoidal da frequência, que se transforma um sinal sinusoidal da tensão da frequência correspondente depois que uma resistência é aterrada. A fim encontrar as necessidades de circuitos subsequentes, o sinal gera um sinal da onda quadrada com positivo e negativo 12 volts com a comparação do cruzamento LM393 zero.

 

circuito de 3,2 amplificadores de potência

O sinal da onda quadrada gerado pelo circuito da geração de sinal é um sinal pequeno da onda quadrada do poder, que não possa diretamente conduzir o transdutor, e deve passar através do circuito de amplificação do poder. Há duas maneiras de conseguir a amplificação do poder: um é usar uma baixa tensão e um grande circuito atual; a outro é usar um circuito atual de alta tensão e baixo. O projeto usa-se circuito atual de alta tensão e baixo para conseguir a amplificação do poder. No projeto, um circuito do amplificador de potência de duas fases é usado para terminar a movimentação, que pode ser dividida no circuito de condução da baixa tensão e no circuito de condução de alta tensão. O circuito de movimentação da baixa tensão é mostrado em figura 3.

 

 

Figura 3 circuito de movimentação da baixa tensão

O tipo de tubulação do poder usado no circuito de movimentação da baixa tensão é IRF540, porque o sinal da onda quadrada produzido pelo sinal que gera o circuito não pode conduzir o tubo IRF540 do poder diretamente, assim que o circuito de condução do triode da primeira fase NPN é adicionado. Como pode ser visto de figura 3, o sinal da onda quadrada de positivo e do negativo 12 volts é convertido a um sinal da onda quadrada com algum poder de condução através de um tubo de NPN. As movimentações mais adicionais do sinal da onda quadrada o tubo IRF540 do MOS, de modo que as 2 bobinas laterais que conectam o transformador entre a fonte do tubo do MOS e o VCC possam produzir duas ondas quadradas com a mesma fase e a mesma amplitude. A forma de onda é mostrada em figura 4. O tamanho do VCC pode ser ajustado para mudar a magnitude da bobina lateral do transformador isolante ajustando seu tamanho para mudar o potência de saída do gerador ultrassônico do todo.

Figura 4 forma de onda da saída do transformador do isolamento

O amplificador de potência complementar push pull da meia ponte que consiste em dois tubos do MOS do canal de N é um módulo de circuito de alta tensão da movimentação do sistema inteiro. O esquema de circuito é mostrado em figura 5.

 


Figura 5 circuito de movimentação da alta tensão

A tensão de funcionamento do circuito em Fig. 5 é obtida diretamente retificando e filtrando a fonte de alimentação 220VAC. Devido à grande diferença na tensão de funcionamento do amplificador de potência de duas fases e na maneira diferente de tomar o poder, é necessário adicionar o transformador do isolamento entre o circuito de movimentação da baixa tensão e o circuito de movimentação de alta tensão. O projeto do amplificador de potência complementar push pull da meia ponte usa o transistor de poder IRFP460, que pode a tensão de withstand 500V e para permitir que a corrente do máximo seja 20A. A fim aumentar o poder de condução do gerador, o circuito complementar push pull do amplificador de potência da meia ponte 4 paralela é adotado no projeto. Em figura 5, somente um circuito complementar push pull do amplificador de potência da meia ponte é pintado a fim fazer o esquema de circuito conciso.

 

projeto de circuito da harmonização 3,3

No equipamento ultrassônico do poder, o projeto de harmonização do gerador e o transdutor são muito importantes. Em grande parte, determina se o equipamento ultrassônico pode trabalhar normalmente e eficientemente. A harmonização do gerador e do transdutor ultrassônicos inclui dois aspectos: harmonização de impedância e harmonização de ajustamento. A harmonização de impedância é transformar a impedância do transdutor na melhor carga, isto é, transformação da impedância. A harmonização de ajustamento é fazer a tensão e a corrente de entrada nas duas extremidades do transdutor na mesma fase, de modo que a eficiência seja a mais alta.

 

No projeto, a saída do circuito complementar push pull do amplificador de potência da meia ponte é acoplada ao transdutor através do indutor ajustável para formar um circuito de harmonização após o acoplamento do transformador. O circuito é mostrado como a linha quadro de figura 5. A carga do gerador ultrassônico é apresentada como um estado puro da resistência pelo circuito de harmonização, e a transformação da impedância do transformador do acoplamento é usada para transformar a impedância do transdutor à carga ótima.

 

Projeto do circuito de feedback 3,4 atual

A fim resolver o problema da tração de frequência do transdutor e obter a melhor eficiência acústica, o sinal bonde output pelo gerador ultrassônico pode seguir a frequência ressonante do transdutor ultrassônico que é mudado no trabalho, que é seguimento automático de frequência chamada. Neste projeto, a frequência da saída do gerador ultrassônico é ajustada de acordo com o sinal atual retornado do feedback do tempo real, e a frequência da saída do gerador é usada para seguir a frequência ressonante do transdutor no tempo real.

 

Este módulo inclui duas porções: circuito atual do sensor e de conversão do RMS circuito. O modelo do sensor atual usado no módulo é CLSM-25. O sensor atual é baseado no efeito de Holzer e usa o método magnético do equilíbrio para fazer a corrente de saída proporcional à corrente medida. É apropriado para a C.C., a C.A. ou a toda a outra forma de onda, e pode ser usado como um elemento de amostra para a medida ou o feedback. No projeto, a saída atual do sinal pelo sensor atual transforma-se um sinal da tensão com uma resistência apropriada à terra, e o sinal é amplificado e enviado ao AD637 para processar. AD637 é uma microplaqueta verdadeira do RMS, e sua precisão mais alta é melhor de 0,1%. O sinal de realimentação é mudado em um sinal da tensão de C.C. com AD637, e o sinal da tensão é enviado ao pino do A/D do microcontrolador ATMEGA16 para processar. O microcontrolador ATMEGA16 tem uma precisão A/D de 10 bocados, e a taxa a mais de alta resolução alcança o kSPS 15, que cumpre inteiramente as exigências do projeto.

 

Quando o transdutor se opera no ponto da frequência ressonante, o feedback da tensão de C.C. é o mais alto. No projeto, o microcomputador da único-microplaqueta recolhe o sinal da tensão de C.C. do porto do A/D no tempo real, de modo que o transdutor funcione sempre no ponto da ressonância. O Fig. 6 é o sinal da tensão do transdutor que trabalha no ponto da ressonância.

 


Figura 6 forma de onda da tensão de funcionamento do transdutor

Figura 6 mostra a tensão do transdutor quando está trabalhando normalmente. Da análise de forma de onda da carga, o seno característico do transdutor é muito bom, isto é, a harmonização de impedância e a harmonização de ajustamento são intactos.

 

projeto de software básico 4

Neste projeto, o microcontrolador ATMEGA16 é usado como a microplaqueta do controle principal. O A/D integrado interno de ATMEGA16 é usado para provar os sinais da tensão do feedback no tempo real. O fluxograma do projeto de software deste gerador ultrassônico do seguimento automático da frequência é mostrado em figura 7.

 


Figura 7 fluxograma do projeto de software

No projeto, a frequência de trabalho do gerador ultrassônico é alta, assim que a tensão do feedback não pode ser provada diretamente para encontrar o ponto máximo correspondente no tempo real em que a amostra do A/D está provada, mas o sinal da tensão retornado pelo feedback está convertido em um sinal correspondente do valor verdadeiro usando o AD637. O sinal é um sinal da C.C., que seja conducente à medida rápida do microcontrolador e faça o gerador ajustar rapidamente a frequência.

 

No projeto, o gerador funciona sempre na faixa de frequência de 30 que Hertz em torno da frequência ressonante aponta. Uma vez que o ponto da frequência ressonante é detectado, a frequência central da faixa de frequência ressonante está atualizada imediatamente. Este método faz o gerador ultrassônico trabalhar automaticamente no ponto da frequência da ressonância e melhora eficazmente sua eficiência de funcionamento.

 

Conclusão 5

Baseado no desenvolvimento do gerador ultrassônico do seguimento automático da frequência do DDS, a frequência ressonante do transdutor pode bem ser seguida. O circuito do amplificador de potência tem a confiança alta, poucos calor, bons não combinando o efeito e nenhum fenômeno de alta temperatura. No caso do funcionamento dos muitos tempos, o efeito acústico do transdutor está em um bom estado. Presentemente, o equipamento foi posto na aplicação industrial.

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