研究生陈张平
钢丝线
专业控制理论与控制工程
指导教师王建中教授
邹洪波讲师
完成日期 2013年1月
隔离dcdc电源
学位论文原创性声明和使用授权说明
电容式触摸屏结构原创性声明
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杭州电子科技大学硕士学位论文
超声波换能器特性分析
及其电源设计
研究生：陈张平369ii
指导教师：王建中教授
气浮转台邹洪波讲师
2013年1月
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University
for the Degree of Master
Analysis on the Features of the Ultrasonic Transducer and Design for the Power Supply
Candidate: Zhangping Chen
Supervisor: Prof. Jianzhong Wang,
Lecturer Hongbo Zhou
January，2013
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘要
超声波设备主要由超声波换能器、超声波发生电源（简称超声波电源，本文中介绍的超声波电源为数控式超声波电源）组成。论文的第一章主要介绍了超声波的背景、意义及超声波设备的工业化运用。第二章主要介绍了换能器的结构，运用推导换能器的导纳圆图，MATLAB进行仿真等方式直观的描述了换能器的一些基本电气特性。第三章和第四章介绍了超声波发生电源内部匹配网络、电流检测、功率放大、系统保护等电路及原理。第五章主要分析了系统的软件思路、程序流程等。最后一章节主要对本文进行简短的总结，展望超声波行业在今后的发展前景。 本文所设计的数控超声波电源采用意法半导体的STM32F103为主控芯片，其优势主要有系统主频72M
Hz，指令运行速度快，内部有灵活的7路通用DMA存储器可以直接访问，并包含有多达7个定时器等。主控芯片产生四路PWM波通过全桥驱动芯片分别驱动桥式电路的四个IGBT，使得变压器副边耦合产生高频交流信号，经匹配网络后输入换能器驱动其工作。系统运用智能化的多闭环控制算法，控制换能器输出振幅恒定，频率跟踪精细，系统故障报警机制完善。但是由于数控电源产生的PWM脉冲为高频的方波，此方波经过傅里叶变换以后得到直流分量、基波、高次谐波。直流分量将会在输入换能器前被滤除，但是高次谐波如果没有很好的匹配网络，输入换能器的信号将为非常不规则的正弦波。高次谐波的输入会使得换能器极快的发热，运行一段时间以后就可能会烧毁换能器。超声波电源现有的经典超声波匹配网络有并联匹配、串联匹配，本文主要介绍了一种以串联、并联为基础的串并联混合式的匹配形式。
随着超声波技术的发展，国内越来越多的行业跟超声波技术开始组合运用。例如超声波制药、超声波冷却水除垢等。国外在超声波技术方面比我国提前很多年，技术的成熟程度也比我们高很多，但是国外的超声波设备价格十分昂贵，一台普通的清洗设备都可能需要好几万、甚至好几十万，随着国内越来越大的需求量，超声波设备在国内的前景也将越来越好。
关键词：换能器，超声波电源，匹配网络，STM32F103，PWM
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