压电超声换能器自适应匹配系统研究

发布时间：2022-08-06 19:47

　　随着大功率压电超声换能器在不同领域的广泛使用,其驱动效率成为至关重要的方面。因负载变化或温度升高导致大功率压电换能器阻抗变化、频率漂移等问题,从而降低静态阻抗匹配效率甚至匹配失效。动态阻抗匹配虽然可解决压电超声换能器工作过程中参数变化的问题,但仍然存在着匹配效率低、匹配精度差等不足之处。针对上述问题,本文通过优化现有动态匹配方案和指出压电换能器热功耗将持续影响换能器电学特性,需要合理的散热,降低温升对驱动系统的影响,从而提出了压电超声换能器自适应匹配方案。首先根据阻抗匹配原理分析不同类型匹配电路,选择适合动态匹配的继电器控制匹配元件切换的电感电容型匹配电路,通过MATLAB仿真分析压电换能器驱动系统得到匹配元件允许误差为±10%,激励信号频率分辨率需达到10Hz。然后实验测试温度、负载对压电换能器各项等效参数的影响,结果表明温度大于50℃或压强大于1.77×10~4 N/m~2均降低其驱动效率,利用ANSYS仿真压电换能器稳态温度场分布,对比选择半导体制冷作为其散热方式。最后根据前文分析及实验,设计基于FPGA的自适应匹配系统,系统主要包括DDS模块、阻抗检测、温度控制、动态匹配电路、... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究目的及意义
    1.4 课题研究内容
    1.5 本章小结
第二章 压电换能器匹配模型研究及分析
    2.1 压电换能器电端匹配
    2.2 匹配电路类型选择
    2.3 动态匹配模型研究
    2.4 本章小结
第三章 温度、负载对系统效率影响研究及优化
    3.1 实验系统平台设计
    3.2 温度对系统效率影响实验及分析
    3.3 负载对系统效率影响实验及分析
    3.4 压电换能器热仿真及散热分析
    3.5 本章小结
第四章 基于FPGA的自适应匹配系统设计
    4.1 系统结构设计
    4.2 FPGA及系统电源
    4.3 DDS模块
    4.4 阻抗检测
    4.5 温度控制
    4.6 动态阻抗匹配电路
    4.7 通信接口
    4.8 上位机软件设计
    4.9 本章小结
第五章 系统搭建与测试
    5.1 自适应匹配系统搭建
    5.2 DDS误差测试
    5.3 阻抗检测性能测试
    5.4 动态匹配性能测试
    5.5 温度控制性能测试
    5.6 本章小结
总结
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
附录
    A.初版电路图
    B.增改电路图



本文编号：3670260