多频变功率式超声波中药提取设备的研究

发布时间：2017-05-16 03:07

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【摘要】：超声波中药材有效成分提取分离技术,因其具有提取率高、提取时间短、低温提取、不改变提取物化学成分等诸多优点,近几年来得到了迅猛发展。随着超声波中药提取技术研究的进一步深化,很多学者采用不同的超声波设备进行了中药材的提取实验,以便在大量实验数据的基础上探究最佳的超声提取工艺参数。而目前超声波中药提取设备的频率和功率单一,给提取工艺参数的优化研究带来了诸多不便。本文研究了超声波发生、多频换能器阻抗匹配以及超声波频率跟踪技术,利用多频段换能器设计了多频段可变功率的超声波发生实验设备,并将其应用于中药材超声提取分离实验研究中。首先,本文对超声波换能器阻抗匹配原理进行了研究。在传统单频换能器串并联匹配的方法基础上,针对多频换能器阻抗匹配特性,提出了其电路模型参数计算方法,并对可控式电抗器原理进行了分析,利用磁通可控电抗器实现了多频换能器的阻抗匹配。其次,本文对超声波换能器工作中频率漂移问题进行了分析。根据多频段换能器超声发生的特点,设计了利用电流反馈及锁相环锁频的复合频率跟踪方案,解决了多频换能器谐振频率点搜索以及换能器实际工况中自然谐振频率点漂移跟踪的问题。最后,本文对硬件模块进行设计和调试。不仅对调试中出现的实际问题进行了分析,还在整合了各个模块之后,对本文所设计的实验设备进行了测试,并在中药金银花萃取中进行了应用实验,实验结果表明：本文研制的设备具有多频可变、功率可调、持续工作保持最高效率等优点,为将来研制工业化多频段超声提取设备提供了参考。
【关键词】：多频换能器 多频匹配 多频频率跟踪 提取设备
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB552
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 课题研究背景和意义14-15
• 1.2 超声提取技术的原理与应用15-17
• 1.2.1 提取原理15-16
• 1.2.2 超声波提取的特点16
• 1.2.3 超声波技术在天然产物提取方面的应用16-17
• 1.3 超声波中药提取技术的研究现状17-19
• 1.4 超声波提取设备需求分析19-21
• 1.4.1 超声波中药提取设备基本组成19-20
• 1.4.2 多频超声波提取设备需求分析20-21
• 1.5 本课题研究主要内容及创新点21-24
• 第二章 多频换能器阻抗匹配研究24-38
• 2.1 压电换能器等效电路模型24-27
• 2.2 换能器的阻抗匹配原理27-29
• 2.2.1 串联匹配电路原理28
• 2.2.2 并联匹配电路原理28-29
• 2.3 多频换能器阻抗特性分析29-32
• 2.4 多频换能器阻抗匹配方法研究32-37
• 2.4.1 调气隙式电抗器的匹配32-35
• 2.4.2 磁通可控电抗器的匹配35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 多频超声波频率跟踪技术研究38-50
• 3.1 超声波频率跟踪概述38
• 3.2 锁相环频率跟踪方法38-43
• 3.2.1 锁相环原理38-40
• 3.2.2 锁相环数学分析40-42
• 3.2.3 锁相环控制电路实现42-43
• 3.3 电流反馈频率跟踪方法43-45
• 3.3.1 最大电流频率跟踪原理43-44
• 3.3.2 电流反馈实现方法44-45
• 3.4 复合多频率跟踪方案的设计45-49
• 3.4.1 复合频率跟踪方案提出45-46
• 3.4.2 频率跟踪模块硬件设计46-48
• 3.4.3 频率跟踪模块软件设计48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 主体电路硬件设计50-64
• 4.1 多频超声设备总体设计方案50-51
• 4.2 整流调功模块设计51-54
• 4.2.1 整流模块参数设计51-52
• 4.2.2 调功模块参数设计52-54
• 4.3 高频逆变模块设计54-58
• 4.3.1 逆变拓扑结构设计54-55
• 4.3.2 驱动电路设计55-57
• 4.3.3 死区及隔离电路设计57-58
• 4.4 匹配模块设计58-59
• 4.4.1 调阻匹配58-59
• 4.4.2 调谐匹配59
• 4.5 采样模块设计59-61
• 4.5.1 电流采样59-60
• 4.5.2 电压采样60-61
• 4.6 控制器模块设计61-62
• 4.7 本章小结62-64
• 第五章 实验结果与分析64-70
• 5.1 主电路模块调试及分析64-67
• 5.1.1 整流调功模块调试64
• 5.1.2 高频逆变模块调试64-67
• 5.2 超声波中药提取设备运行测试67-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 研究成果及发表的学术论文78-80
• 作者简介80-81
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李长有;贾明明;王文华;;超声波电源智能频率跟踪系统应用研究[J];电力电子技术;2014年03期

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本文编号：369432