输出功率可控的小功率超声波发生器研发

发布时间：2017-08-14 00:24

  本文关键词：输出功率可控的小功率超声波发生器研发

  更多相关文章： 超声波发生器 小功率 功率可控 土壤团聚体稳定性

【摘要】：土壤团聚体的稳定性决定土壤质量、可产值、土壤抗侵蚀能量与抗退化能力。现有的土壤团聚体稳定性评估方法之间存在许多差异,且只能定性的评估土壤团聚体的稳定性。超声分散法可定量评估土壤团聚体的稳定性,然而现有超声仪器的输出功率大,在评估土壤的团聚体稳定性时,会在极短的时间将土壤完全分散,不能测量不同土壤适用的超声分散功率;基于以上背景,本文研发一个输出功率可控的小功率超声波发生器,并将研发的超声波发生器用于土壤团聚体稳定性评估,探索不同类型土壤分散时所适用的超声分散功率。主要研究内容与结论为:(1)根据超声波发生器输出功率小的需求,研究定制一个输出功率可小于10W的超声波换能器;对超声波换能器等效电路的导纳特性进行分析,提出了基于电流法和相位法相结合的频率自动跟踪方法;同时根据换能器回路电流有效值与换能器输出振幅(功率)的关系,提出基于电流有效值作为反馈信号的功率恒定控制方法。(2)设计超声波发生器主电路结构,对整流调功电路、逆变电路、驱动电路、匹配电路、反馈电路及主控电路等进行了分析与探讨。斩波电路实现输出功率的调节。通过DDS产生高精度PWM波、以及IR2110驱动芯片共同实现对全桥逆变电路的驱动;生成频率可调的交流信号来驱动换能器工作。(3)根据硬件电路结构设计了控制软件程序,包括频率自动跟踪控制程序和功率恒定控制程序;为实现快速准确的控制,采用可变步长的控制策略;并设计了操作简单方便的人机交互界面。(4)搭建基于超声波分散的土壤团聚体稳定性评估试验平台,对设计制作的超声波发生器的输出功率小与恒定性能进行验证,试验结果表明本文研发的超声波发生器在功率设定为30%~70%的条件下,换能器的输出功率可以认为是恒定的,且小于10W,实现了输出功率小且恒定的目标;对五种典型土壤的团聚体稳定性进行了评估,并使用传统Yoder湿筛法作为对照,试验结果表明本次研发的小功率超声波发生器可用于中强稳定性土壤的团聚体稳定性评估,但不能分辨弱稳定性土壤的稳定性差异;在不同功率下,对五种典型土壤进行分散试验,试验结果表明不同土壤由于自身性质的不同,其适用超声分散功率的不同;河北壤土与黑龙江暗棕壤适用的超声分散功率为8.86W,重庆黄壤土与江西红壤适用的超声分散功率为9.16W;浙江潮土适用的超声分散功率大于9.52W。
【关键词】：超声波发生器 小功率 功率可控 土壤团聚体稳定性
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152;S237
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 本文的研究背景及意义12-14
• 1.2 超声波设备发展应用概述14-17
• 1.2.1 超声波设备定义及组成14
• 1.2.2 超声波技术发展史14
• 1.2.3 超声空化效应14-16
• 1.2.4 超声空化效应的影响因素16-17
• 1.3 超声波发生器研究现状17-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-19
• 1.5 技术路线19-21
• 第二章 超声波换能器的选择与建模分析21-29
• 2.1 小功率超声波换能器的选择21
• 2.2 压电换能器导纳特性21-24
• 2.3 超声波换能器串联谐振特性24-25
• 2.4 超声波发生器频率跟踪与功率恒定控制依据25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 超声波发生器的硬件电路设计29-44
• 3.1 超声波发生器主电路总体设计29-30
• 3.2 整流调功电路的分析与设计30-32
• 3.2.1 整流桥元器件选型31
• 3.2.2 滤波电容C_(in)的计算31-32
• 3.2.3 直流斩波电路开关管的选型32
• 3.3 高频逆变电路设计32-38
• 3.3.1 高频逆变电路32-34
• 3.3.2 PWM波形发生器34-35
• 3.3.3 死区时间形成电路35-37
• 3.3.4 栅极驱动电路37-38
• 3.4 匹配电路38-39
• 3.4.1 调谐匹配38-39
• 3.5 反馈电路39-42
• 3.5.1 采样电路40-41
• 3.5.2 相位检测电路41
• 3.5.3 电流有效值检测电路41-42
• 3.6 主控电路42-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第四章 超声波发生器的软件设计44-50
• 4.1 主程序设计44
• 4.2 频率跟踪软件设计44-47
• 4.2.1 全程谐振频率搜索程序设计45-46
• 4.2.2 频率自动跟踪程序设计46-47
• 4.3 功率恒定控制软件设计47-48
• 4.4 人机交互界面48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 土壤团聚体稳定性评估系统的搭建与试验分析50-60
• 5.1 土壤团聚体稳定性评估系统的搭建50-51
• 5.2 超声波发生器系统输出功率小与可控性能测试51-53
• 5.2.1 超声波换能器输出功率测量原理51
• 5.2.2 试验设计51-52
• 5.2.3 试验结果与分析52-53
• 5.3 土壤团聚体稳定性评估试验53-56
• 5.3.1 试验材料53-54
• 5.3.2 试验方法54-55
• 5.3.3 试验结果与讨论55-56
• 5.4 在不同功率下土壤的分散效果试验56-59
• 5.4.1 试验方法57
• 5.4.2 结果与讨论57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 秦玉霞;余建明;程岩;崔根群;;农用超声波发生器的设计[J];现代电子技术;2010年14期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 李正中;周光平;梁召峰;陈鑫宏;;超声波发生器关键技术研究[A];中国声学学会功率超声分会2009年学术年会论文集[C];2009年

2 陈康宗;王振华;;超声波发生器高效可靠的调试技术[A];中国声学学会功率超声分会2009年学术年会论文集[C];2009年

3 孔亚广;陈洪欢;郑松;;电流反馈式超声波发生器的频率搜索和跟踪[A];2013年全国功率超声学术会议论文集[C];2013年

4 徐韶华;熊显名;;基于DDS的频率自动跟踪超声波发生器的研制[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 记者 梵心;模糊纠频超声波发生器[N];中国包装报;2001年

2 浙江 郑华东;多频超声波发生器[N];电子报;2002年

3 黄裔华;金士达超声机器公司研制出GF——1模糊纠频超声波发生器[N];中国包装报;2000年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张倩;用于软骨康复的超声波发生器的设计与实现[D];东北大学;2014年

2 谢志强;输出功率可控的小功率超声波发生器研发[D];西北农林科技大学;2016年

3 彭强;新型大功率超声波发生器设计[D];山东科技大学;2008年

4 严勇文;引线键合变频式超声波发生器的研究与设计[D];中南大学;2008年

5 夏自祥;智能化大功率超声波发生器的研究[D];武汉理工大学;2011年

6 陈振伟;超声波发生器的研究[D];浙江大学;2007年

7 柯昌锵;基于FPGA的焊线机超声波发生器的研究与设计[D];广东工业大学;2014年

8 张金勋;金丝球焊线机数字控制超声波发生器的研究与设计[D];广东工业大学;2011年

9 李娜;基于ARM9的数字超声波发生器的设计[D];哈尔滨工业大学;2010年

10 杨闯;药物定位释放系统的可调节超声触发控制系统研究[D];华南理工大学;2013年

，

本文编号：669823