CN109061294B - 超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统及方法 - Google Patents

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CN109061294B CN201810540085.0A CN201810540085A CN109061294B CN 109061294 B CN109061294 B CN 109061294B CN 201810540085 A CN201810540085 A CN 201810540085A CN 109061294 B CN109061294 B CN 109061294B
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Abstract

本申请提供一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统及方法，所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的回路中串联所述补偿电路与所述电信号采样电路。所述电信号采样电路测量并采集电信号作为采样数据，将采样数据通过数据接口返回所述计算机处理。所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统通过设定所述跟踪增量、所述跟踪减量以及所述采集阈值等相关参数，实现了对所述超磁致伸缩换能器进行谐振频率的实时跟踪。当负载或者温升变化引起所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统频率漂移时，采用一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法将在跟踪精度与跟踪灵敏度的参数范围内对其进行跟踪，实现能量转换效率最大化。

Description

超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统及方法
技术领域
本申请涉及超声精密特种加工技术领域，特别是涉及一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统及方法。
背景技术
近年来，随着能量密度大、磁致伸缩系数高的稀土超磁致伸缩材料的出现，超磁致伸缩换能器的研究得到了极大的重视，特别是在大功率高速切削加工领域。激励线圈在超声频电信号的作用下，变幅杆末端产生的超声振幅可以使得加工过程中的切削力降低，延长刀具使用寿命并提高加工效率。超磁致伸缩换能器作为感性负载，需要对其进行电路补偿，使其工作在加工系统谐振状态时，变幅杆末端可以输出最大振幅，实现最高的能量转换效率。但是，大功率下的超磁致伸缩换能器在加工过程中存在温升明显、负载冲击作用大等负面影响，系统温升将引起超磁致伸缩超声系统谐振频率降低，而负载增大将引起系统谐振频率升高。因此，超磁致伸缩换能器在加工过程中存在不稳定的频率漂移问题。
发明内容
基于此，有必要针对超磁致伸缩换能器在加工过程中存在不稳定的频率漂移的问题，提供一种可以确保超磁致伸缩换能器始终工作在最佳状态的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统及方法。
本申请提供一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统包括单频信号发生器、滤波放大电路、超磁致伸缩换能器、补偿电路、电信号采样电路以及计算机。所述滤波放大电路的输入端与所述单频信号发生器的输出端连接。所述超磁致伸缩换能器的两端分别与所述滤波放大电路的输出端正负极连接，构成回路。所述补偿电路串联于所述滤波放大电路与所述超磁致伸缩换能器之间。所述电信号采样电路串联于所述补偿电路与所述超磁致伸缩换能器之间。所述计算机与所述单频信号发生器的输入端连接，用以控制所述单频信号发生器输出的频率电信号，所述计算机与所述电信号采样电路连接，用以获取回路信号的采样数据。
在其中一个实施例中，所述补偿电路为可调电容。
在其中一个实施例中，所述单频信号发生器包括单片机以及直接数字式频率合成器。所述单片机与所述计算机连接，用以接收来自所述计算机的数据帧。所述直接数字式频率合成器与所述单片机连接，用以输出控制频率电信号。所述滤波放大电路的输入端与所述直接数字式频率合成器连接，用以滤掉频率信号直流分量。
在其中一个实施例中，所述电信号采样电路为电流传感器。所述电流传感器串联于所述补偿电路与所述超磁致伸缩换能器之间，且所述计算机与所述电流传感器连接，用以获取回路信号的采样数据。
在其中一个实施例中，所述电信号采样电路包括采样电阻以及电压传感器。所述采样电阻串联于所述补偿电路与所述超磁致伸缩换能器之间。所述电压传感器与所述采样电阻两端连接，用以采样所述采样电阻的两端电压，且所述计算机与所述电压传感器连接，用以获取回路信号的采样数据。
在其中一个实施例中，所述计算机的USB接口与所述单片机的驱动板通过USB转串口的通讯协议形式进行连接，所述单片机的驱动板的I/O引脚与所述直接数字式频率合成器进行连接。
在其中一个实施例中，一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法，应用于如上述任一所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统，包括：
S10，设定采样频率、采样时间、采集阈值Ue以及信号频率f；
S20，在采样时间内，根据所述采样频率采集交流电信号数据点进行交流电信号的有效值处理，获得所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的一路电压信号Us(f)；
S30，将所述电压信号Us(f)与所述采集阈值Ue进行比较，判断是否需要程序启动跟踪循环；
S40，若所述电压信号Us(f)小于所述采集阈值Ue，则不启动跟踪循环，并根据所述采样时间采集下一路电压信号Us(f)；
S50，若所述电压信号Us(f)大于所述采集阈值Ue，则启动跟踪循环。
在其中一个实施例中，所述步骤S50中，所述跟踪循环包括以下步骤：
S510，将所述电压信号Us(f)与所述计算机保留的当前电压信号Ucurr进行比较；
S520，如果所述电压信号Us(f)大于所述当前电压信号Ucurr，则对所述信号频率f进行跟踪减量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给所述当前电压信号Ucurr，重新进入采样循环；
S530，如果所述电压信号Us(f)小于所述当前电压信号Ucurr，则对所述信号频率f进行跟踪增量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给所述当前电压信号Ucurr，重新进入采样循环。
在其中一个实施例中，在所述步骤S10所述采样频率为所述信号频率f的2～5倍。
在其中一个实施例中，所述步骤S510中所述当前电压信号Ucurr初始值设定为0。
本申请提供一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统及方法，所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的回路中串联所述补偿电路与所述电信号采样电路。所述电信号采样电路测量并采集电信号作为采样数据，将采样数据通过数据接口返回所述计算机处理。所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统通过设定所述跟踪增量、所述跟踪减量以及所述采集阈值等相关参数，实现了对所述超磁致伸缩换能器进行谐振频率的实时跟踪。当负载或者温升变化引起所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100频率漂移时，采用一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法将在跟踪精度与跟踪灵敏度的参数范围内对其进行跟踪，实现能量转换效率最大化。
所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统及方法对所述超磁致伸缩换能器的适用性好。根据可调节的采集阈值、频率跟踪增量、频率跟踪减量以及电压电流转换灵敏度，可以适用于不同结构、不同性能、不同回路的超磁致伸缩超声系统。
附图说明
图1为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的结构示意图；
图2为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的原理框图；
图3为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的单频信号发生器结构示意图；
图4为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的电流传感器采样回路结构示意图；
图5为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的电压传感器采样回路结构示意图；
图6为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的超磁致伸缩换能器等效补偿电学回路示意图；
图7为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的阻抗圆示意图；
图8为本申请提供的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的超磁致伸缩换能器频率跟踪方法的程序流程图；
图9为本申请提供的含有超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统的超磁致伸缩超声振动刀具结构示意图。
附图标记说明
超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100、单频信号发生器10、单片机110、直接数字式频率合成器120、滤波放大电路20、超磁致伸缩换能器30、补偿电路40、电信号采样电路50、电流传感器510、采样电阻520、电压传感器530、计算机60。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参见图1-2，本申请提供一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统包括单频信号发生器10、滤波放大电路20、超磁致伸缩换能器30、补偿电路40、电信号采样电路50以及计算机60。所述滤波放大电路20的输入端与所述单频信号发生器10的输出端连接。所述超磁致伸缩换能器30的两端分别与所述滤波放大电路20的输出端正负极连接，构成回路。所述补偿电路40串联于所述滤波放大电路20与所述超磁致伸缩换能器30之间。所述电信号采样电路50串联于所述补偿电路40与所述超磁致伸缩换能器30之间，也就是说所述补偿电路40串联于所述滤波放大电路20与所述电信号采样电路50之间。所述计算机60与所述单频信号发生器10的输入端连接，用以控制所述单频信号发生器10输出的频率电信号，所述计算机60与所述电信号采样电路50连接，用以获取回路信号的采样数据。
所述计算机60与所述单频信号发生器10的输入端连接，通过串口通信协议给所述单频信号发生器10发送数据帧，每帧数据的数据位由帧首、频率高八位、频率低八位、频率输出控制位以及帧尾五个字节组成。所述计算机60控制所述单频信号发生器10输出初始频率电信号，所述计算机60与所述电信号采样电路50连接获取回路信号的采样数据。随后所述计算机60根据所述电信号采样电路50获得的采样数据判定是否输出指定频率的电信号。所述滤波放大电路20的输入端与所述单频信号发生器10的输出端连接，可以滤掉信号直流分量，并实现调节输出电信号的电流或电压大小，使系统达到加工功率。
所述补偿电路40串联于所述滤波放大电路20与所述超磁致伸缩换能器30之间，对所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100回路进行等效补偿，使所述超磁致伸缩换能器30能够在谐振点处呈现纯电阻性。所述电信号采样电路50串联于所述补偿电路40与所述超磁致伸缩换能器30之间，可以实时把所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100回路中的电信号相关信息反馈给所述计算机60。
所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100通过设定跟踪增量、跟踪减量以及采集阈值等相关参数，实现了对所述超磁致伸缩换能器30进行谐振频率的实时跟踪。其中，跟踪增量与跟踪减量反映了所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的跟踪精度，采集阈值反映了所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的跟踪灵敏度。所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100及方法对所述超磁致伸缩换能器30的适用性好。根据可调节的采集阈值、频率跟踪增量、频率跟踪减量以及电压电流转换灵敏度，可以适用于不同结构、不同性能、不同回路的超磁致伸缩超声系统。
在一个实施例中，所述补偿电路40为可调电容。所述可调电容串联于所述滤波放大电路20与所述电信号采样电路50之间，形成电容补偿电路。可调电容在实际应用中具有与固定电容相同的功能，但是它的灵活性在于可以调整容量大小，通过改变容量大小，来实现与电感等元件实现电路的共振。可调电容在电路中用于与电感线圈等振荡元件来调整谐振频率，通常体现可调电容的一个重要指标就是共振频率的高低，共振频率越高，其精密度就越好。可调电容一般也是用在振荡回路中，作为正常工作中的频率调节。可调电容的结构适用多次连续调节，寿命长，调节容易。
请参见图3，在一个实施例中，所述单频信号发生器10包括单片机110以及直接数字式频率合成器120。所述单片机110与所述计算机60连接，用以接收来自计算机的数据帧。所述直接数字式频率合成器120与所述单片机110连接，用以输出控制频率电信号。所述滤波放大电路20的输入端与所述直接数字式频率合成器120连接，用以滤掉频率信号直流分量。
所述单片机110作为所述单频信号发生器10的单频信号输出的驱动控制部分，接收来自所述计算机60的数据帧，并向所述直接数字式频率合成器(Direct DigitalSynthesizer，DDS)120传输频率控制字，驱动所述直接数字式频率合成器120(DDS)输出控制频率信号。
在一个实施例中，所述计算机60的USB接口与所述单片机110的驱动板通过USB转串口的通讯协议形式进行连接，所述单片机110的驱动板的I/O引脚与所述直接数字式频率合成器120(DDS)进行连接。
所述直接数字式频率合成器120(DDS)输出的单频信号与所述滤波放大电路20的输入端连接，所述滤波放大电路20滤除信号直流分量，并放大输出电信号的电压或电流大小，输出电信号与所述超磁致伸缩换能器30的激励线圈两端连接，形成系统回路。所述超磁致伸缩换能器30的两端分别与所述滤波放大电路20的输出端正负极连接，构成回路。
请参见图4，在一个实施例中，所述电信号采样电路50为电流传感器510。所述电流传感器510串联于所述补偿电路40与所述超磁致伸缩换能器30之间，且所述计算机60与所述电流传感器510连接，用以获取回路信号的采样数据。
所述电信号采样电路50选择所述电流传感器510进行采样，采集电流信号作为系统回路的采样数据。
请参见图5，在一个实施例中，所述电信号采样电路50包括采样电阻520以及所述电压传感器530。所述采样电阻520串联于所述补偿电路40与所述超磁致伸缩换能器30之间。所述电压传感器530与所述采样电阻520两端连接，用以采样所述采样电阻520的两端电压，且所述计算机60与所述电压传感器530连接，用以获取回路信号的采样数据。
所述电信号采样电路50选择所述电压传感器530进行采样。所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的回路电流流经高精度的所述采样电阻520，所述电压传感器530采集所述采样电阻520的两端电压，经过电压电流信号转换得到回路信号的采样数据。电压电流信号转换时采用I＝U/R公式进行转换。其中，公式中I为转换得到的采样电流信号，U为电压传感器采集的电压信号，R为所述采样电阻520的阻值。
所述电信号采样电路50串联于所述补偿电路40与所述超磁致伸缩换能器30之间，可以实时把所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100回路中的电信号相关信息反馈给所述计算机60。根据所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的跟踪频率的变化结果，可以逆向研究加工负载、系统温升、机械结构等影响因素对所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的影响情况。
磁致伸缩是指铁磁物质。由于磁化状态的改变，所引起的线度和体积的变化。利用这种属性可把磁能转换成机械能，用来做超声发生器，传动器和传感器等。磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数(或应变)来描述，为原来的长度，为物质在外磁场作用下伸长(或缩短)后的长度。同时，能量密度大、磁致伸缩系数高的稀土超磁致伸缩材料能够实现大功率能量输出，采用所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100实时频率跟踪可以最大化降低系统能量损耗，可在大功率超磁致伸缩超声加工系统中使用。
请参见图6，所述补偿电路40与所述超磁致伸缩换能器30组成的等效补偿电学回路图如图6所示。其中，R线圈表示所述超磁致伸缩换能器30的激励线圈电阻，L线圈表示所述超磁致伸缩换能器30的激励线圈电感，C分布表示所述超磁致伸缩换能器30的激励线圈匝间等效分布电容，Z机械表示所述超磁致伸缩换能器30机械结构等效总阻抗，ωs表示所述超磁致伸缩换能器30机械结构固有频率，Z补偿表示所述补偿电路40等效总阻抗。当所述超磁致伸缩换能器30处于机械共振状态，即回路电信号频率，ω＝ωs，所述超磁致伸缩换能器30产生机械共振，有Z机械＝R机械。因此，需要增加所述补偿电路40的等效总阻抗Z补偿，使等效补偿电路总阻抗在ω＝ωs，时呈现纯电阻性，产生电路谐振，最大化实现能量转换效率。即：
Figure BDA0001679091430000081
请参见图7，通过阻抗分析仪，对所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100进行阻抗分析，得到系统总阻抗。通过调节所述可调电容的电容大小，使得到的阻抗圆关于横坐标对称，间接对电路进行补偿，实现电路谐振。对电路补偿后的所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100进行频率跟踪，所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100以设定的初始频率(一般为空载、室温环境下系统的谐振频率)运行。当负载或者温升变化引起所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100频率漂移时，采用一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法将在跟踪精度与跟踪灵敏度的参数范围内对其进行跟踪，实现能量转换效率最大化。
请参见图8，在一个实施例中，一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法，应用于上述任一所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100，包括：
S10，设定采样频率、采样时间、采集阈值Ue以及信号频率f；
S20，在采样时间内，根据所述采样频率采集交流电信号数据点进行交流电信号的有效值处理，获得所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的一路电压信号Us(f)；
S30，将所述电压信号Us(f)与所述采集阈值Ue进行比较，判断是否需要程序启动跟踪循环；
S40，若所述电压信号Us(f)小于所述采集阈值Ue，则不启动跟踪循环，并根据所述采样时间采集下一路电压信号Us(f)；
S50，若所述电压信号Us(f)大于所述采集阈值Ue，则启动跟踪循环。
在一个实施例中，所述步骤S50中的所述跟踪循环步骤包括：
S510，将所述电压信号Us(f)与计算机保留的当前电压信号Ucurr进行比较；
S520，如果所述电压信号Us(f)大于所述当前电压信号Ucurr，则对所述信号频率f进行跟踪减量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给所述当前电压信号Ucurr，重新进入采样循环；
S530，如果所述电压信号Us(f)小于所述当前电压信号Ucurr，则对所述信号频率f进行跟踪增量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给所述当前电压信号Ucurr，重新进入采样循环。
所述计算机60通过通讯协议媒介与所述单片机110驱动板连接，所述单片机110驱动板的输出I/O口与所述直接数字式频率合成器120(DDS)连接，所述直接数字式频率合成器120(DDS)的单频信号输出端与所述滤波放大电路20的输入端连接。所述滤波放大电路20的输出端的正负极分别与所述超磁致伸缩换能器30的激励线圈两端连接构成所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的回路。所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的回路中串联所述补偿电路40与所述电信号采样电路50。所述电信号采样电路50测量并采集电信号作为采样数据，将采样数据通过数据接口返回所述计算机60处理。
设定所述采样时间，每次在所述采样时间内，根据所述采样频率采集交流电信号数据点，并计算出交流电信号有效值，作为一次采样结果。在每次采样时间内根据采样频率采集电信号，得到若干数据点。所述计算机60对每次采样得到的若干数据点进行交流电信号的有效值处理，得到一次采样结果，并根据所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法进行程序判断，控制输出信号频率，进而实现频率跟踪。
在一个实施例中，在所述步骤S10所述采样频率为所述信号频率f的2～5倍。
为保证采样信号的完整性，根据奈奎斯特采样定律，采样频率取2-5倍的电信号频率。在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>＝2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。采样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。
在一个实施例中，所述步骤S510中所述当前电压信号Ucurr初始值设定为0。
电路补偿后的所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的谐振频率特性曲线在谐振点处具有电流极小值，即谐振状况下，回路电流有效值最小。采集的一路所述电压信号Us(f)传输到所述计算机60进行数据处理。首先，将所述电压信号Us(f)与设定的所述采集阈值Ue进行比较，判定是否需要程序启动跟踪循环。通过对所述采集阈值Ue的设定可以起到节约内存资源的作用。如果判定结果为“否”，也就是说所述电压信号Us(f)小于所述采集阈值Ue，则表明采样结果未超出跟踪范围，不需要进行跟踪，程序根据采样时间采集下一路电压信号。如果判定结果为“是”，也就是说所述电压信号Us(f)大于所述采集阈值Ue，则启动跟踪。
当启动跟踪时，在所述跟踪循环步骤中再对最新采样结果的所述电压信号Us(f)与所述计算机60的内存保留的电压信号Ucurr(初始值定为0)进行比较。如果判定结果为“否”，也就是说所述电压信号Us(f)大于所述当前电压信号Ucurr，表明当前采样结果大于Ucurr，需要对信号频率进行跟踪减量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给Ucurr，重新进入采样循环。如果判定结果为“是”，也就是说所述电压信号Us(f)小于所述当前电压信号Ucurr，表明当前采样结果小于Ucurr，需要对信号频率进行跟踪增量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给Ucurr，重新进入采样循环。
所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法可以很好地适用于不同的超磁致伸缩超声系统，根据不同系统的谐振频率特性曲线，可以设定相应的采集阈值、跟踪增量和跟踪减量，以达到最优的跟踪效果。在温升与负载变化明显的大功率超磁致伸缩超声加工系统中，对所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的谐振频率进行跟踪，最大化保证加工效率与超声功率。并且，针对结构不同的超磁致伸缩超声系统，可以通过修正所述采集阈值、所述频率跟踪增量、所述频率跟踪减量，对所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100进行跟踪性能调节。
请参见图9，一种超磁致伸缩超声振动刀具包括上述所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100、机床主轴箱70、变幅杆80、中空刀柄、副边部件、原边部件以及螺纹压块。其中，所述超磁致伸缩换能器30与所述变幅杆80通过螺杆连接，形成一个整体的超声振子，安装在中空刀柄下部空腔内。所述超磁致伸缩换能器30和所述变幅杆80连接组成的超声振子与刀柄内壁接触。所述超磁致伸缩换能器30下端通过螺纹压块与刀柄压紧，螺纹压块与刀柄通过螺纹连接。所述变幅杆80下端通过螺纹压块压紧，螺纹压块与刀柄连接。副边部件下端通过螺钉与刀柄进行固定，原边部件固定于机床主轴箱70端面。
通过包括所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统100的一种超磁致伸缩超声振动刀具，可以减少超声加工过程中因频率漂移现象引起的切削力增大的情况，延长刀具使用寿命，提高实际加工效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)，其特征在于，包括：
单频信号发生器(10)，用于发出频率电信号；
滤波放大电路(20)，所述滤波放大电路(20)的输入端与所述单频信号发生器(10)的输出端连接，所述滤波放大电路(20)用于将所述频率电信号的信号直流分量滤除，并将滤除信号直流分量后的所述频率电信号进行放大，输出放大后的所述频率电信号得电压或电流大小；
超磁致伸缩换能器(30)，所述超磁致伸缩换能器(30)的两端分别与所述滤波放大电路(20)的输出端正负极连接，构成回路；
补偿电路(40)，串联于所述滤波放大电路(20)与所述超磁致伸缩换能器(30)之间，所述补偿电路(40)用于对所述回路进行等效补偿，使所述回路的电流有效值最小；
电信号采样电路(50)，串联于所述补偿电路(40)与所述超磁致伸缩换能器(30)之间；以及
计算机(60)，与所述单频信号发生器(10)的输入端连接，用以控制所述单频信号发生器(10)输出的频率电信号，所述计算机(60)与所述电信号采样电路(50)连接，用以获取回路信号的采样数据。
2.如权利要求1所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)，其特征在于，所述补偿电路(40)为可调电容。
3.如权利要求1所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)，其特征在于，所述单频信号发生器(10)包括：
单片机(110)，与所述计算机(60)连接，用以接收来自所述计算机(60)的数据帧；
直接数字式频率合成器(120)，与所述单片机(110)连接，用以输出控制频率电信号；
所述滤波放大电路(20)的输入端与所述直接数字式频率合成器(120)连接，用以滤掉频率信号直流分量。
4.如权利要求1所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)，其特征在于，所述电信号采样电路(50)为电流传感器(510)，所述电流传感器(510)串联于所述补偿电路(40)与所述超磁致伸缩换能器(30)之间，且所述计算机(60)与所述电流传感器(510)连接，用以获取回路信号的采样数据。
5.如权利要求1所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)，其特征在于，所述电信号采样电路(50)包括：
采样电阻(520)，串联于所述补偿电路(40)与所述超磁致伸缩换能器(30)之间；以及
电压传感器(530)，与所述采样电阻(520)两端连接，用以采样所述采样电阻(520)的两端电压，且所述计算机(60)与所述电压传感器(530)连接，用以获取回路信号的采样数据。
6.如权利要求3所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)，其特征在于，所述计算机(60)的USB接口与所述单片机(110)的驱动板通过USB转串口的通讯协议形式进行连接，所述单片机(110)的驱动板的I/O引脚与所述直接数字式频率合成器(120)进行连接。
7.一种如权利要求1至6中任一所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法，其特征在于，包括：
S10，设定采样频率、采样时间、采集阈值Ue以及信号频率f；
S20，在采样时间内，根据所述采样频率采集交流电信号数据点进行交流电信号的有效值处理，获得所述超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪系统(100)的一路电压信号Us(f)；
S30，将所述电压信号Us(f)与所述采集阈值Ue进行比较，判断是否需要程序启动跟踪循环；
S40，若所述电压信号Us(f)小于所述采集阈值Ue，则不启动跟踪循环，并根据所述采样时间采集下一路电压信号Us(f)；
S50，若所述电压信号Us(f)大于所述采集阈值Ue，则启动跟踪循环。
8.如权利要求7所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法，其特征在于，所述步骤S50中，所述跟踪循环包括以下步骤：
S510，将所述电压信号Us(f)与所述计算机(60)保留的当前电压信号Ucurr进行比较；
S520，如果所述电压信号Us(f)大于所述当前电压信号Ucurr，则对所述信号频率f进行跟踪减量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给所述当前电压信号Ucurr，重新进入采样循环；
S530，如果所述电压信号Us(f)小于所述当前电压信号Ucurr，则对所述信号频率f进行跟踪增量的修正，并将所述电压信号Us(f)赋值给所述当前电压信号Ucurr，重新进入采样循环。
9.如权利要求7所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法，其特征在于，在所述步骤S10所述采样频率为所述信号频率f的2～5倍。
10.如权利要求8所述的超磁致伸缩换能器谐振频率跟踪方法，其特征在于，所述步骤S510中所述当前电压信号Ucurr初始值设定为0。
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