CN101152648B

CN101152648B - 一种用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器

Info

Publication number: CN101152648B
Application number: CN200610113572A
Authority: CN
Inventors: 姚国民; 马智龙
Original assignee: Institute of Acoustics CAS
Current assignee: Institute of Acoustics CAS
Priority date: 2006-09-30
Filing date: 2006-09-30
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-09-30
Also published as: CN101152648A

Abstract

本发明涉及一种用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，包括依次电连接的主控模块、功率放大模块、用于与外接换能器匹配的匹配模块，所述匹配模块包括一变压器单元；其特征在于，还包括分别与主控模块电连接的保护模块和通讯模块，所述保护模块包括热保护模块和液位保护模块；所述通讯模块包括移动终端和集中控制接口；采样模块分别对功率放大模块和匹配模块的输出电流平均值以及输出电流与输出电压的相位差值进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块。本发明的优点在于：能够实现高速精确可靠控制；能够保证转换效率；具备完备过流、短路、过压、过热等保护措施；可以灵活修改和显示运行参数。

Description

一种用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器

技术领域

本发明涉及一种超声波发生器，特别是涉及一种用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器。

背景技术

名称为“自动频率跟踪功率超声波发生器”(申请号：93212829.7)的专利申请公开了一种自动频率跟踪功率超声波发生器，包括有直流电源，脉冲信号产生电路，开关功放电路和谐振回路，其特征在于：

a.谐振回路选用具有阻抗变换，电能传输和匹配电感三重作用的匹配变压器B与换能器G相接构成；

b.谐振回路输出的功率取样信号连接到相位比较电路与脉冲信号产生电路输出的1/4时钟脉冲信号进行相位比较，再将比较后的误差信号连接到脉冲信号产生电路的输入端，控制1/4时钟脉冲信号频率自动跟随在换能器获得最大功率的谐振频率上；

c.脉冲信号产生电路与开关功放电路之间连接有过流保护电路和功率管电流自动调节电路。

但这种仪器运用到啤酒瓶清洗线上存在以下问题：该专利方案是采用自激振荡的技术路线，利用锁相环技术实现频率自动跟踪的系统。啤酒瓶清洗需要均匀的清洗力度，仪器输出频率自动跟踪，能保证系统及时跟踪谐振频率，系统处于较好的工作状态，从而使每个处于清洗线上的啤酒瓶清洗效果一致。但在清洗过程中液位、温度、瓶体等外界条件的变化即机械负载变化引起系统参数变换时，整个系统输出功率会随之变化，清洗力度也随之变化，清洗效果不能达到一致，从而不能符合啤酒瓶清洗要求。一般来说用到啤酒瓶清洗线上的超声波清洗设备，需要近似恒功率输出的超声波清洗设备。因为啤酒瓶的清洗随着季节变化，也要求所用的清洗频度变化，夏季清洗啤酒瓶量大，但由于啤酒瓶周转周期短，所以比较干净。但是冬季啤酒瓶清洗量小，由于啤酒瓶周转周期长，比较脏，难度会有很大不同。由于清洗啤酒瓶的特殊要求，就需要超声波发生器具备一定的智能，参数可以实时调整并显示。再者，超声波清洗啤酒瓶的功率相当大，清洗面积和清洗速度要求很高。每个单元功率都有几千瓦，有几个到几十个单元协同工作。这就需要发生器具备通讯功能，同时，系统的功率较大，即如果电流很大，会产生很大的无功热量，降低转换效率，这样对一般的功放电路和功放电源就不能解决问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用适应于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，它能实现运行参数可随时修改和显示，具备通讯功能，可以协同工作，能多单元任意组合的，并且要求该超声波发生器具有近似恒功率输出，功率较大、效率较高，来满足啤酒瓶的清洗要求。

为实现上述发明目的，本发明提供的用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，包括，依次电连接的主控模块A、功率放大模块B和用于与外接换能器匹配的匹配模块C，所述匹配模块C包括一变压器单元；所述功率放大模块B包括依次电连接的驱动与保护单元B1和功率放大单元B2；还包括分别与主控模块A电连接的保护模块D和通讯模块E，所述保护模块D包括热保护模块D1和液位保护模块D2；所述通讯模块E包括移动终端E1和集中控制接口E2；所述功率放大模块B的输出端连接第一采样模块S2，所述第一采样模块S2对功率放大模块B的输出电流平均值以及输出电流与输出电压的相位差值进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块A；所述匹配模块C的输出端连接第二采样模块S3，所述第二采样模块S3对匹配模块C的输出电流平均值以及输出电流与输出电压的相位差值进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块A.

上述技术方案中，所述主控模块A包括单片机1和信号发生单元2，单片机1在正常工作模式下向信号发生单元2发出指令，信号发生单元2产生两路同步反相的脉冲宽度调制信号作为所述功率放大模块B的驱动信号。

上述技术方案中，所述功率放大模块B的功率放大单元由两个绝缘栅双极晶体管串联构成。

上述技术方案中，所述移动终端E1通过RS485通信协议与主控模块A进行通讯，同时在移动终端E1上显示工作情况。

上述技术方案中，所述集中控制接口E2通过RS485通信协议与主控模块A进行通讯。

上述技术方案中，所述匹配模块C还包括电感匹配单元和电容匹配单元，所述电感匹配单元和电容匹配单元与外接的超声换能器构成谐振网络。

上述技术方案中，所述热保护模块D1包括温度开关芯片和光耦。

上述技术方案中，所述液位保护模块D2包括液位开关器件和光耦，所述液位开关器件为干簧管。

本发明的优点在于：能够实现频率、功率、相位的高速精确可靠控制；能够与外围集中控制模块进行接口通讯；在功放输出和匹配网络输出端进行双重实时电流和相位采样检测，实时频率跟踪，保证转换效率；实时采样功放电流、电压、相位和温度具备完备过流、短路、过压、过热等保护措施；配备移动终端，能与主控单元进行通讯，可以灵活修改和显示运行参数；因此本发明的超声波发生器能够更好地满足清洗啤酒瓶的各种特殊要求。

附图说明

图1是本发明的原理方框图

图2是本发明的电路图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细地说明：

实施例1

参阅图1，本实施例中提供的用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器包括，主控模块A、功率放大模块B、匹配模块C、保护模块D和通讯模块E.其中，功率放大模块B包括驱动与保护单元B1和功率放大单元B2；匹配模块C包括变压器单元C1、电感匹配单元C2和电容匹配单元C3；保护模块D包括热保护模块D1和液位保护模块D2；通讯模块E包括移动终端E1和集中控制接口E2.

主控模块A，在正常工作模式下接受移动终端E1或集中控制接口E2或自身内部命令向功率放大模块B发出两路同步反相的脉冲宽度调制(即Pulse widthmodulation，缩写为PWM)信号输入驱动与保护单元B1，驱动与保护单元B1与功率放大单元B2连接，本实施例中，功率放大单元B2由两个绝缘栅双极晶体管(Insulated gate bipolar transistor，缩写为IGBT)串联构成。

本实施例中，三相整流单元G为功率放大单元B2提供电源，采用三相整流单元G为功率放大模块B提供电源，电压较单相整流大1.7倍左右，电流减小为原来的60％左右，产生的热量只有单相整流的36％左右，所以较单相整流系统更安全、更高效。

功率放大单元B2将驱动与保护单元B1的驱动信号放大后输出到匹配模块C中的变压器单元C1的初级，变压器起到阻抗变换和能量传递的功能。变压器单元C1的输出端接有电感匹配单元C2利电容匹配单元C3，所述电感匹配单元C2和电容匹配单元C3与外接的超声换能器F构成谐振网络，驱动超声换能器产生4000W以上的超声波以达到清洗效果。主控模块A在不断发出两路PWM信号的同时，第一采样模块S2对功率放大模块B的输出电流平均值以及输出电流与输出电压的相位差值进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块A，对这两个采样值进行监视、控制和保护以达到超声功率可控目的。第二采样模块S3对匹配模块C输出的电流的平均值以及输出电流与输出电压的相位差值进行采样，并将采样结果传输至主控模块A，从而达到控制谐振效果，提高转换效率的目的。另外，本实施例还增加了热保护模块D1和液位保护模块D2，它们向主控模块A发出信号，主控模块A对接收到的信号进行处理以达到保护作用，提高使用寿命。移动终端E1通过RS485通信协议与主控模块A进行通讯，同时在移动终端E1上显示工作情况。集中控制接口E2也通过RS485通信协议与主控模块A进行通讯，交换处理功率、频率、时间等参数，并向上一级传递数据。

实施例2

本实施例中提供的用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器包括，主控模块A、功率放大模块B、匹配模块C、保护模块D和通讯模块E。其中，功率放大模块B包括驱动与保护单元B1和功率放大单元B2；匹配模块C包括变压器单元C1、电感匹配单元C2和电容匹配单元C3；保护模块D包括热保护模块D1和液位保护模块D2；通讯模块E包括移动终端E1和集中控制接口E2。

参照图2，主控模块A包括单片机1和信号发生单元2，单片机1采用ATMEL公司的AVR单片机芯片或是TI公司的C3X系列或C3X以上系列的DSP芯片。单片机1在正常模式下接受移动终端E1或集中控制接口E2或自身内部命令向信号发生单元2发出指令，信号发生单元2产生两路同步反相PWM信号。功率放大模块B中的驱动与保护单元B1由两个EXB841芯片3、4组成，分别接收信号发生单元2产生的两路同步反相PWM信号。

三相整流单元G为功率放大单元B2提供电源，功率放大单元B2出两个绝缘栅双极晶体管5、6串联组成，在驱动与保护单元B1的驱动下，由输出端7向匹配模块C中的变压器8提供一个输出.变压器8输出端与电感匹配单元和电容匹配单元连接，所述电感匹配单元和电容匹配单元与外接的超声换能器F构成谐振网络，驱动超声换能器产生4000W以上的超声波以达到清洗效果.主控模块A中的信号发生单元2在不断发出两路同步反相的PWM信号的同时，第一采样模块S2对功放模块B输出电流的平均值及输出电流与输出电压的相位差值进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块A的单片机1，对其进行监视、控制和保护以达到超声功率可控目的.第二采样模块S3对匹配模块C输出电流和电压的相位差值进行采样，从而达到控制谐振效果，提高转换效率的目的.本实施例中，如采样得到的相位差值的绝对值在20度以下，则可认为达到了较好的谐振效果.

本实施例中增加热保护模块D1和液位保护模块D2，其中热保护模块D1包括温度开关芯片9和光耦10，温度开关芯片9发出开关信号，当温度达到设定值时，信号由0变1，并向主控模块发出信号。液位保护模块D2包括液位开关器件11和光耦10，其中液位开关器件为干簧管，当液位达到设定值时，信号由0变1，并向主控模块A发出信号，主控模块A对接收到的信号进行处理。本实施例通过添加保护模块D达到了保护作用，提高了发生器的寿命。移动终端E1通过RS485通信协议与主控模块A进行通讯，同时在移动终端E1上显示发生器的工作情况；集中控制接口E2和主控模块A进行通讯，交换处理功率、频率、时间等参数，并向上一级传递数据。

Claims

1.一种用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，包括依次电连接的主控模块(A)、功率放大模块(B)、用于与外接换能器匹配的匹配模块(C)，所述匹配模块(C)包括-变压器单元；其特征在于，还包括分别与主控模块(A)电连接的保护模块(D)和通讯模块(E)，所述保护模块(D)包括热保护模块(D1)和液位保护模块(DZ)；所述通讯模块(E)包括移动终端(El)和集中控制接口(EZ)；所述功率放大模块(B)的输出端连接第一采样模块(52)，所述第一采样模块(52)对功率放大模块(B)的输出电流平均值以及输出电流与输出电压的相位差值进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块(A)；所述匹配模块(C)的输出端与第二采样模块(S3)电连接，所述第二采样模块(S3)对匹配模块(C)的输出电流平均值以及输出电流与输出电压的相位差值进行数字采样，并将采样结果传输至主控模块(A)；

所述主控模块(A)包括单片机(1)和信号发生单元(2)，单片机(1)在正常工作模式下向信号发生单元(2)发出指令，信号发生单元(2)产生两路同步反相的脉冲宽度调制信号作为所述功率放大模块(B)的驱动信号；

所述功率放大模块(B)的功率放大单元由两个绝缘栅双极晶体管串联构成；

所述热保护模块(D1)包括温度开关芯片和光耦

所述液位保护模块(D2)包括液位开关器件和光耦所述液位开关器件为于簧管。

2.按权利要求1所述的用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，其特征在于，所述功率放大模块(B)采用三相整流电路作为工作电源。

3.按权利要求1所述的用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，其特征在于，所述移动终端(E1)通过RS485通信协议与主控模块(A)进行通讯，同时在移动终端(EI)显示工作情况。

4.按权利要求1所述的用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，其特征在于，所述集中控制接口(E2)通过RS485通信协议与主控模块(A)进行通讯。

5.按权利要求1所述的用于啤酒瓶清洗线的超声波发生器，其特征在于，所述匹配模块(C)还包括电感匹配单元和电容匹配单元，所述电感匹配单元和电容匹配单元与外接的超声换能器构成谐振网络。