基于谐振频率自动识别的超声波电源研究

论文摘要

超声波抛光技术可以对模具内腔进行有效的抛光加工。超声波电源是超声抛光系统的主要设备之一,承担了波形产生、检测监控、功率控制和电路保护等功能。针对目前超声波电源在超声抛光应用中谐振频率无法自动识别和功率不可调问题,本文开展了相关的理论和实验研究,具体开展的研究工作如下:1.根据超声波抛光的特点,分析了超声波抛光电源的组成以及超声波电源负载的组成和各部分的功能,并以压电换能器作为研究对象,建立了电路模型。2.以压电换能器的电路模型为基础,推导了电路动态参数的理论测量方法。结合应用,介绍了两种动态测量谐振频率的方法和一种手动检测验证方法。3.在已知谐振频率的情况下,对超声波电源负载进行了必要的匹配,使其工作在最优状态。4.根据理论分析谐振频率和动态检测谐振频率的方法,做了谐振频率的检测实验,将理论测量值与动态测量值做了比较,验证了动态测量的可行性。5.根据设计的匹配电路,开展了驱动负载的实验,有效的证明了检测结果的准确性和可行性。基于上述的工作,本文从理论上解决了超声波电源在超声抛光应用上无法自动识别谐振频率和匹配问题。结合相关的实验,证明了方法的有效性和可行性,为以后超声波电源的研究和设计提供了理论依据和方法基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 超声波简介
• 1.2 超声波在加工中的应用
• 1.2.1 超声技术在工业中的应用
• 1.2.2 超声加工在抛光过程中的应用
• 1.2.3 超声抛光技术在模具加工中的应用
• 1.3 超声波电源的应用现状和发展历程
• 1.3.1 超声波电源的研究历程
• 1.3.2 超声波电源的发展历程
• 1.4 课题的研究背景和意义
• 1.5 课题的主要任务
• 第二章 超声波电源的负载介绍及等效电路
• 2.1 换能器
• 2.1.1 流体动力换能器
• 2.1.2 磁致伸缩换能器
• 2.1.3 压电换能器
• 2.2 变幅杆
• 2.3 抛光工具头
• 2.4 压电换能器的等效电路
• 2.5 本章小结
• 第三章 换能器谐振频率的检测
• 3.1 换能器谐振频率检测方法
• 3.1.1 导纳圆测量方法
• 3.1.2 静态电容的测量
• 3.1.3 导纳圆法动态测量谐振频率原理
• 3.1.4 可控电抗器法动态测量谐振频率
• 3.1.5 串联谐振频率带的确定
• 3.2 几种检测方法的仿真与比较
• 3.2.1 并联电抗器电路仿真
• 3.2.2 误差分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 换能器谐振频率的检测系统设计研究
• 4.1 基于DDS 技术的信号产生电路
• 4.1.1 DDS 的工作原理和特点
• 4.1.2 常用DDS 芯片及选型
• 4.1.3 正弦波产生电路的主电路设计研究
• 4.2 滤波电路的选择
• 4.3 放大电路的设计
• 4.4 基于AD8032 的相幅和相位差测量
• 4.4.1 基本结构
• 4.4.2 AD8302 测量原理
• 4.4.3 电路设计
• 4.5 可控电抗器的设计研究
• 4.5.1 可控电抗器的分类及发展现状
• 4.5.2 磁饱和可控电抗器设计研究
• 4.5.3 可控电抗器的感值测量
• 4.6 本章小结
• 第五章 换能器的匹配及主电路设计研究
• 5.1 压电换能器匹配电路的研究
• 5.1.1 串联电感匹配电路分析
• 5.1.2 并联电感匹配电路分析
• 5.2 超声波电源主电路设计
• 5.2.1 逆变电路的选择
• 5.2.2 超声波电源控制电路设计
• 5.3 驱动电路设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验
• 6.1 换能器谐振频率测量
• 6.2 静态电容的测量
• 6.3 动态测量
• 6.4 主电路实验
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢