[实用新型]阵列式换能器超声波电源装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，具体涉及一种阵列式换能器超声波电源装 置。

背景技术

超声波发生器通常称为超声波发生源、超声波发生器，其作用是把电能转 换成与超声波换能器相匹配的高频交流信号。超声波电源的原理首先由信号发 生器产生一个特定频率的信号，该信号可以是正弦信号，也可以是脉冲信号， 该特定频率就是换能器工作的频率。

目前，国内外超声波电源的研究大多数侧重于变频率、变功率、阻抗匹配、 频率自动跟踪以及智能控制等单一换能器的研究，而应用于超声聚焦、超声悬 浮和机械工程“内加工”领域研究的专用多频率超声波电源装置目前还未见公 开，同时利用换能器阵列实现多频率的超声聚焦方面应用研究的超声波电源装 置也未出现。

实用新型内容

基于上述现有技术，本实用新型提出一种阵列式换能器超声波电源装置， 其通过控制换能器阵列实现多频率的超声聚焦、超声悬浮、机械工程“内加工” 等领域的应用研究。

本实用新型弥补了现有超声波电源设备在实际专业领域应用中的不足，其 所采用的技术方案如下：

阵列式换能器超声波电源装置，包括PC上位机、USB总线、信号发生及 功放模块、相控信号总线、阵列式超声波换能器等，PC上位机通过USB总线 与信号发生及功放模块相联，信号发生及功放模块通过相控信号总线与阵列式 超声波换能器相联。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，信号发生及功放模块包括STM32F4 控制系统、FPGA模块、高速D/A转换模块、四路功放及补偿电路，STM32F4 控制系统、FPGA模块、高速D/A转换模块、四路功放及补偿电路依次相连。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，STM32F4控制系统包括STM32控 制器、STM32匹配电路、LCD触摸显示屏、晶振电路、JTAG接口电路，STM32 控制器采用基于Cortex-M4处理器的芯片STM32F407ZGT6，STM32控制器的 第一接口连接FPGA模块，STM32控制器的第二接口连接STM32匹配电路， STM32控制器的第三接口连接LCD触摸显示屏，STM32控制器的第四接口连 接晶振电路，STM32控制器的第五接口连接JTAG接口电路，STM32控制器通 过USB总线接口电路连接USB总线，USB总线进而连接PC上位机，其中， USB总线接口电路与USB总线、USB总线与PC上位机之间均采取双向通信方 式。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，FPGA模块包括FPGA芯片、FPGA 配置电路、JTAG接口电路，FPGA芯片的第一接口与FPGA配置电路相连，FPGA 芯片的第二接口与JTAG接口电路，FPGA芯片的第三接口与高速D/A转换模块 相连。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，四路功放及补偿电路包括驱动电路、 电源、调压整流滤波模块、保护电路、预放大电路、可控增益放大电路、网络 匹配电路，驱动电路与高速D/A转换模块相联，电源与高压整流滤波模块相联， 高频模拟信号经过驱动电路与调压整流滤波模块、预放大电路、可控增益放大 电路都相联，保护电路与调压整流滤波模块、预放大电路、可控增益放大电路 都相联，可控增益放大电路与网线匹配电路相联，网络匹配电路联接阵列式超 声波换能器。

所述的阵列式换能器超声波电源装置，阵列式超声波换能器通过采样电路 与信号放大电路相联，信号放大电路与带通滤波电路相联，带通滤波电路与 STM32控制器相联。

该装置正常工作时，换能器阵列的每个换能器转换对应固定频率的高频电 信号，而每个换能器对应的高频电信号频率又不尽相同，从而实现超声波电源 换能器阵列的多频率工作。该装置的硬件电路如：信号产生模块、功率放大模 块、匹配电感切换控制模块、电路采样模块、保护电路模块和上位机的控制显 示模块均可采用现有技术实现。STM32F4的程序编写可在软件KeiluVision5上 完成，FPGA的程序编写可在软件QuartusII上完成，STM32F4和FPGA之间的 通信采用基于RS232的串口通信方式完成。