CN110090767A - 一种具有自我校正功能的超音波驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有自我校正功能的超音波驱动装置，其利用中央控制模块搭配驱动模块进行超音波频率的设定，而可达到全频段的超音波操作；并且通过相位比较模块进行相位信息的回传，以确认超音波喷头较佳的共振频率；除此之外，也可利用功率计算单元进行超音波喷头老化状态的监控，以提醒更换喷头的时间点；同时，通过温度感测模块进行超音波喷头温度的监控，配合临界调整单元进行温度临界判断与调整，延长超音波喷头连续使用的时间，降低超音波振荡的位移量衰减问题，以增加超音波喷头的工作产量。

Description

一种具有自我校正功能的超音波驱动装置

技术领域

本发明涉及一种超音波驱动装置，特别涉及一种具有自我校正功能的超音波驱动装置。

背景技术

超音波应用范围极广，其中之一为应用于喷头上，超音波喷头可将液体雾化，进而喷涂于物体的表面上形成薄膜，简单的说，超音波喷涂技术是利用电子振荡原理，通过压电陶瓷振荡器产生高频率振波将所供应的涂料分子结构打散，以此方式将涂料振成极小的雾状粒子，同时也可避免涂料内的固体粒子再结合影响薄膜的均匀度及质量，所形成的薄膜特性可依据其涂料的材质，达到特定的功用，例如使用抗菌或防水的涂料，则可使物体的表面达到抗菌或防水的效果。除此之外，一般不规则状的物体表面极难使用其他方式形成表面薄膜，但利用超音波喷涂的方式，便可以有效的、均匀的形成薄膜。

目前的超音波喷头雾化驱动器，皆为单一频率操作，如中国专利公开第102019264号的“一种超威雾化喷涂方法”，其公开了一种利用两次不同喷涂方式以达到均匀涂布的效果，而这些技术中，若要进行频率的选择，便必须要同时更换超音波喷头以及其对应的驱动器，且并无针对超音波喷头老化提出警示的作用，容易造成喷头内部压电换能器损坏、表面容易发热后，造成输出功率减小，无法满足使用的需求。同时，不同频率的超音波喷头在共振频率上都会有些微小的差异，举例来说，标示为28KHz的超音波喷头，其实际上的共振频率有可能是28.3KHz，若设定振荡的频率为28KHz进行操作，则有可能不在最佳的工作效率下使用，反而容易造成喷头的老化及损坏。

因此，如何有效解决上述问题，实为相关业者所欲积极研发改进的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于解决不同频率的超音波喷头需连同驱动器一起更换的问题。

本发明的次要目的在于解决超音波喷头实际上并未操作在其有效的共振频率上的问题。

为达上述目的，本发明提供一种具有自我校正功能的超音波驱动装置，其包括一中央控制模块、一与该中央控制模块电性连接的驱动模块、一与该驱动模块电性连接的超音波喷头以及一电性连接该超音波喷头与该中央控制模块的相位比较模块。该中央控制模块设定超音波振荡的频率以及功率并输出一驱动信号；该驱动模块接收该中央控制模块所传送的一驱动信号进行对应功率输出；该超音波喷头经由该驱动模块进行对应频率的超音波振荡；该相位比较模块取得该超音波喷头的一工作电压以及一工作电流，并进行相位比较后将一相位信息传送回该中央控制模块。借此，该中央控制模块利用该相位信息进一步的判断该超音波喷头的一共振频率，并进行该驱动信号的微调，以使该超音波喷头工作在该共振频率。

其中，该中央控制模块为一现场可程序化门阵列，并包括一接收该相位信息的锁相回路频率控制单元以及一与该锁相回路频率控制单元电性连接的脉波宽度调变单元。

其中，该驱动模块包括一与该中央控制模块电性连接的数字模拟转换单元以及一与该数字模拟转换单元电性连接的信号放大单元。

其中，该具有自动校正功能的超音波驱动装置还包括一电性连接该超音波喷头与该中央控制模块的功率计算单元，其用以取得该超音波喷头的该工作电压以及该工作电流，借此计算出该超音波喷头的一功率值，进而传回至该中央控制模块。

其中，该具有自动校正功能的超音波驱动装置还包括一监测该超音波喷头的温度的温度感测模块，该温度感测模块更与该中央控制模块电性连接，以将该超音波喷头的工作温度实时传回该中央控制模块。

其中，该中央控制模块还包括一与该温度感测模块电性连接的临界调整单元，其根据该温度感测模块的温度变化进行该驱动信号的调整。

其中，该临界调整单元根据温度随时间变化的斜率进行临界判断，当该斜率大于一临界斜率时，调整该驱动信号以降低该驱动模块的输出功率。

其中，该临界斜率为0.025(℃/Min)。

综上所述，本发明具有下列特点：

一、利用中央控制模块搭配驱动模块的方式，可对超音波的频率进行设定，而不需同时更换驱动器及超音波喷头。

二、通过该相位比较模块进行该相位信息的回传，以使该中央控制模块得知该超音波喷头较佳的共振频率，进而达到提高效率的效果。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的方块配置示意图。

图2为本发明另一较佳实施例的方块配置示意图。

图3为本发明一较佳实施例的温度控制差异比较结果图。

附图标记说明

中央控制模块10 锁相回路频率控制单元11

脉波宽度调变单元12 临界调整单元13

驱动模块20 数字模拟转换单元21

信号放大单元22 超音波喷头30

工作电压31 工作电流32

相位比较模块40 功率计算单元50

温度感测模块60

具体实施方式

以下参照各附图详细描述本发明的示例性实施例，且不意图将本发明的技术原理限制于特定公开的实施例，而本发明的保护范围仅由权利要求书限制，涵盖了替代、修改和等同物。

请参阅图1，本发明为一种具有自我校正功能的超音波驱动装置，包括一中央控制模块10、一与该中央控制模块10电性连接的驱动模块20、一与该驱动模块20电性连接的超音波喷头30以及一电性连接该超音波喷头30与该中央控制模块10的相位比较模块40。该中央控制模块10设定超音波振荡的频率以及功率并输出一驱动信号，在本实施例中，该中央控制模块10可为一现场可程序化门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)，并包括一接收该相位信息的锁相回路频率控制单元11以及一与该锁相回路频率控制单元11电性连接的脉波宽度调变单元12，用户可通过外部连接接口如RS485或网络控制接口进行频率的输入，而通过该锁相回路频率控制单元11进一步的锁定频率，该脉波宽度调变单元12则根据预定的频率进行波形的输出。

该驱动模块20接收该中央控制模块10所传送的一驱动信号进行对应功率输出，在本实施例中，该驱动模块20包括一与该中央控制模块10电性连接的数字模拟转换单元21以及一与该数字模拟转换单元21电性连接的信号放大单元22，该数字模拟转换单元21接收该脉波宽度调变单元12的数字信号后转换为模拟的波形信号进行输出，接着通过该信号放大单元22将功率提高以对该超音波喷头30进行驱动。

该超音波喷头30经由该驱动模块20进行对应频率的超音波振荡，进而对预定的喷涂材料或液体进行雾化输出。

该相位比较模块40取得该超音波喷头30的一工作电压31以及一工作电流32，并进行相位比较后将一相位信息传送回该中央控制模块10。借此，该中央控制模块10利用该相位信息进一步的判断该超音波喷头30的一共振频率，并进行该驱动信号的微调，以使该超音波喷头30工作在该共振频率。更进一步的说明，超音波喷头30若工作在其共振频率上时，该工作电压31及工作电流32的相位应会相同，因此通过该相位比较模块40取得该工作电压31及工作电流32的相位差异后，便可由该中央控制模块10进行判断，而调整超音波振荡的频率，以控制该超音波喷头30工作在其对应的共振频率进行超音波振荡。

除此之外，本发明还包括一电性连接该超音波喷头30与该中央控制模块10的功率计算单元50，其通过该工作电压31及工作电流32计算出该超音波喷头30的一功率值，进而传回至该中央控制模块10。除了监控该超音波喷头30的工作电压31及工作电流32的相位之外，亦可通过该功率计算单元50将该超音波喷头30实际的工作效率传回至该中央控制模块10，进而得知该超音波喷头30实际的输出功率，一方面可监控该超音波喷头30的老化程度，另一方面亦可通过了解该超音波喷头30的实际输出功率，来确定是否符合该中央控制模块10预定的输出，避免中央控制模块10预定输出功率与实际功率不符的问题。

同时，超音波喷头30适合于室温附近进行工作，若温度过高，则会影响超音波喷头30本身的振荡位移量，甚至会使得超音波喷头30停止工作，因此该具有自我校正功能的超音波驱动装置还可包括一检测该超音波喷头30的温度的温度感测模块60，该温度感测模块60与该中央控制模块10电性连接，以将该超音波喷头30的工作温度实时传回该中央控制模块10；请参阅图2，在本实施例中，该中央控制模块10还包括一与该温度感测模块60电性连接的临界调整单元13，其根据该温度感测模块60的温度变化进行该驱动信号的调整，举例来说，可设定温度的上限值，例如为摄氏36度，该临界调整单元13透过该温度感测模块60监测到该超音波喷头30的温度大于摄氏36度时，便会发出信号给该中央控制模块10，进而降低该驱动模块20的输出功率，以避免该超音波喷头30温度的继续上升。

除此之外，该临界调整单元13亦可设定根据温度随时间变化的一斜率进行临界判断，当该斜率大于一临界斜率时，调整该驱动信号以降低该驱动模块20的输出功率，其中，在本实施例中，该临界斜率为0.025(℃/Min)，其斜率纵坐标为温度变化，单位为摄氏℃，而横坐标为时间，单位为分钟。由于超音波喷头30的温度随着使用时间上升为常态，以温度作为临界判断的话，容易因超音波喷头30到达所设定的温度而必须大幅度的降低功率，因此在本实施例中，利用温度与时间变化的斜率作为临界的判断因素，仅需要避免温度的大幅度上升，借此来延长超音波喷头30的连续使用时间，提升超音波喷头30设备的工艺产量。请参阅图3，其为利用临界调整单元13监控超音波喷头30的温度变化斜率差异比较结果，当起始温度都是摄氏25℃时，位移量为20微米(μm)，无控制温度的超音波喷头30在连续使用第15天，便已经到达摄氏37℃，位移量为15微米，仅为初始状态的75％；而利用临界调整单元13进行温度变化斜率控制的超音波喷头30，在连续使用第15天时，超音波喷头30的温度为摄氏32℃，位移量为17微米，仍有初始状态的85％，而在连续使用第240天后，超音波喷头30的温度为摄氏36℃，位移量为15微米。若以超音波喷头30的位移量75％为使用的临界点作为判断的话，无温度控制的超音波喷头30仅能连续使用15天，便必须进行淘汰更换；而利用本发明的临界调整单元13进行温度斜率的控制，超音波喷头30能连续使用超过240天，本发明的成果显而易见。

综上所述，本发明具有下列特点：

一、利用中央控制模块10例如FPGA，搭配驱动模块20的方式，可对超音波的频率进行设定，而不需同时更换驱动器及超音波喷头30。

二、通过该相位比较模块40进行该相位信息的回传，以使该中央控制模块10得知该超音波喷头30较佳的共振频率，进而达到提高效率的效果。

三、利用功率计算单元50进一步的监控超音波喷头30的工作效能，可在各模块之间的信号错误发生时第一时间发现，亦可通过效能的监控，了解超音波喷头30的老化状况，在效能明显不足时，提醒使用者进行更换。

四、通过温度感测模块60进行超音波喷头30温度的监控，配合该功率计算单元50同时进行功率以及温度的监控，更有效的监控喷头老化的状况。

五、通过该临界调整单元13配合该温度感测模块60进行温度临界判断与调整，延长超音波喷头30连续使用的时间，降低超音波振荡的位移量衰减问题，以增加超音波喷头30的工作产量。

虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属于本发明所保护的范围，因此，本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，包括：

一中央控制模块，设定超音波振荡的频率以及功率并输出一驱动信号；

一与该中央控制模块电性连接的驱动模块，其接收该中央控制模块所传送的一驱动信号进行对应功率输出；

一与该驱动模块电性连接的超音波喷头，其通过该驱动模块进行对应频率的超音波振荡；

一电性连接该超音波喷头与该中央控制模块的相位比较模块，其取得该超音波喷头的一工作电压以及一工作电流，并进行相位比较后将一相位信息传送回该中央控制模块；

该中央控制模块利用该相位信息进一步的判断该超音波喷头的一共振频率，并进行该驱动信号的微调，以使该超音波喷头工作在该共振频率。

2.如权利要求1所述的具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，该中央控制模块为一现场可程序化门阵列，并包括一接收该相位信息的锁相回路频率控制单元以及一与该锁相回路频率控制单元电性连接的脉波宽度调变单元。

3.如权利要求2所述的具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，该驱动模块包括一与该中央控制模块电性连接的数字模拟转换单元以及一与该数字模拟转换单元电性连接的信号放大单元。

4.如权利要求1所述的具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，该具有自动校正功能的超音波驱动装置还包括一电性连接该超音波喷头与该中央控制模块的功率计算单元，其用以取得该超音波喷头的该工作电压以及该工作电流，借此计算出该超音波喷头的一功率值，进而传回至该中央控制模块。

5.如权利要求1所述的具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，该具有自我校正功能的超音波驱动装置还包括一监测该超音波喷头的温度的温度感测模块，该温度感测模块还与该中央控制模块电性连接，以将该超音波喷头的工作温度实时传回该中央控制模块。

6.如权利要求5所述的具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，该中央控制模块还包括一与该温度感测模块电性连接的临界调整单元，其根据该温度感测模块的温度变化进行该驱动信号的调整。

7.如权利要求6所述的具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，该临界调整单元根据温度随时间变化的斜率进行临界判断，当该斜率大于一临界斜率时，调整该驱动信号以降低该驱动模块的输出功率。

8.如权利要求7所述的具有自我校正功能的超音波驱动装置，其特征在于，该临界斜率为0.025℃/Min。