CN110496779B - 超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法及超声筛分换能器电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筛分系统超声波频率锁定和修正方法及电源电路。本发明的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，根据换能器负载谐振电路特性，采用恒流源供电情况下的数字频率扫描锁频方法，利用数字频率合成和直流高压端隔离检测技术，通过频率扫描和极值判断实现换能器的谐振频率锁定；在超声波电源工作期间，采用恒流源端电压偏离值自动触发方法实时对超声波输出频率进行修正；根据不同频点下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出换能器的谐振点频率，然后控制DDS电路，让换能器工作在谐振频点上。超声波电源工作在恒流模式，输出频率精度高，解决了目前筛分系统中超声波电源输出频率不稳定、换能器互换性差以及超精细微粉筛分效率低等技术问题。

Description

超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法及超声筛分 换能器电源电路

技术领域

本发明涉及一种筛分系统超声波频率锁定和修正的方法，尤其是涉及一种超声筛分换能器谐振频率自动锁定与实时修正的方法及其电源电路。

背景技术

超声波振动筛通过高频振动对微小颗粒物进行筛分，有效地解决了强吸附性、易团聚、高静电、轻比重等微粉物料的筛分问题，特别在超细物料生产中超声振动筛具有较高的筛分效率，因此超声筛分技术在食品、化工、制药、金属、火药、陶瓷、锂电、涂料、石墨烯等行业中应用十分广泛。

随着微粉材料应用领域的不断扩大，超声筛分技术应用也得到快速发展。在超声波电源和丝网组成的超声波微粉筛分系统中，由于受筛网架结构、环境温湿度、安装等因素影响，超声波换能器的谐振频率经常发生变化。如果超声波换能器工作在定频模式下，当换能器的谐振频率发生变化时，超声波输出功率将明显下降，从而导致筛分系统生产效率大大降低。

为了解决以上问题，现有超声波电源常采用以下几种方法：

(1)扫频方法

为了解决因超声波换能器谐振点漂移产生的不利影响，现有超声波筛分系统的换能器常用一种具有一定带宽的超声波信号扫描驱动，即扫频方法。此种方法也是一种超声波变频输出方法，只要设定好超声波频率变化范围△f，当换能器谐振点变化时，其谐振频率f0总能落在△f内。当换能器的谐振频率发生变化时，此种方法可以保证换能器可以保障换能器正常输出。在超声波扫频筛分系统中，超声波电源的频率只有与换能器的谐振点重合，换能器工作效率最大。由于换能器Q值较高，换能器电-机转换效率只占超声波电源输出功率一部分，适当调整△f，最高可达50％效率。并且超声波电源功耗较大，换能器容易发热，只能应用于筛分精细度低、温度要求不高的物料筛分生产，如250目以下微粉物料的筛分生产行业。

(2)定频输出方法

超精细微粉筛分对超声波频率和强度有较高要求，如对350目以上微粉筛分，并且对频率稳定度也有一定限制。目前超精细微粉筛分系统常用定频输出方式，如德国公司xx型超声波电源系统。定频输出的超声波频率可以调整到超声换能器谐振点，但在实际应用中，换能器安装前必须先对换能器、网架组成的谐振系统以及电源系统进行调试，才能确保筛分系统具有良好工作效率。虽然定频输出方法可以使换能器获得较高的转换效率，但设备和安装工艺导致超声波系统价格昂贵，并且为了保证换能器温度恒定，定频筛分系统的超声波电源输出功率较小，应用的筛网尺寸有一定限制，不能做到大尺寸筛网的驱动。并且应用中需要技术人员经常对系统进行统调，不易实现规模化微粉物料的筛分生产。

(3)追频方法

为了克服因换能器谐振频率变化而导致的筛分效率低问题，近年来国内出现一种换能器自动追频的技术，此种方法一般采用含有锁相环PLL的压控振荡VCO电路，换能器与驱动电路组成一个闭环，当超声波筛分系统的换能器谐振频率发生变化时，超声波电源输出的超声信号频率在一定范围内可以自动追踪换能器的谐振频率。采用追频方法筛分系统能够很好的跟踪换能器的谐振频率，筛分效率大大提升。但实际应用中存在以下问题：首先，采用PLL、VCO电路的追频方法的超声筛分电源系统，由于受振荡电路和反馈环带宽影响，其输出的超声波频率范围有一定限制，超过带宽将无法实现锁频，换能器互换性较差；其次，由于换能器谐振频率受温度影响较大，并且电路各个参数有较多不确定因素，当换能器谐振频率发生温漂现象时，锁定的频率与工作中的换能器谐振频率存在误差，影响筛分生产效率；因此，到目前为止，现有纯粹的追频方法无法在超细微粉筛分系统中推广应用。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，能在超声波电源不间断工作情况下实现筛分换能器的频率自动修正，解决了目前筛分系统中超声波电源输出频率不稳定、换能器互换性差，超精细微粉筛分效率低等技术问题；

本发明同时提出了一种超声筛分换能器电源电路，采用恒流源端电压偏离值自动触发方法实时对超声波输出频率进行修正。输出频率精度高，可广泛应用到200-500目微粉筛分生产，在超精细微粉物料筛分系统中具有较高筛分效率。

本发明采用的技术方案：

一种超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，1)根据超声筛分换能器负载谐振电路特性，采用恒流源供电情况下的数字频率扫描锁频方法，利用直接数字频率合成器和直流高压端隔离检测技术，通过频率扫描和极值判断方法实现超声筛分换能器的谐振频率锁定；2)在超声波电源工作期间，采用恒流源端电压偏离值自动触发方法实时对超声波输出频率进行修正；根据不同频点情况下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出超声筛分换能器的谐振点频率，然后控制直接数字频率合成器，让超声筛分换能器工作在谐振频点上。

根据超声筛分换能器负载谐振电路特性，在恒流源供电情况下，利用不同频率驱动超声筛分换能器系统，可以获得超声筛分换能器电路端电压和频率关系。首先利用极值判断法找出超声筛分换能器系统的谐振点，再让超声波电源输出谐振点频率，实现频率锁定，然后再利用阈值自动触发的方法，在超声筛分换能器系统工作中实时对超声筛分换能器的谐振频率自动修正。

本发明采用恒流源供电情况下的数字频率扫描锁频方法，根据不同频点情况下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出超声筛分换能器的谐振点频率，然后控制直接数字频率合成器，让超声筛分换能器工作在谐振频点上。

谐振频率锁定与实时修正所使用的超声筛分换能器负载电源电路，包括恒流源供电单元以及超声波开关功率放大电路，恒流源供电单元通过超声波开关功率放大电路连接至超声筛分换能器负载，含有低压单片机系统、PWM发生器以及直接数字频率合成器，在恒流源供电单元输出两侧设有直流电压传感器检测超声波驱动两端的供电电压，并通过A-D转换器送至单片机进行处理，所述单片机输出侧连接PWM发生器，通过所述PWM发生器来控制电流源的大小，同时，单片机输出侧连接直接数字频率合成器，通过直接数字频率合成器产生一个频率可控的正弦波信号，经过方波变换和激励，驱动开关功率放大电路输出大功率超声波信号，加载到超声筛分换能器两端。

本发明的有益效果：

1、本发明超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，利用数字频率合成和直流高压隔离检测技术，通过频率扫描和极值判断方法实现换能器的谐振频率锁定。超声波电源工作在恒流模式，输出频率精度高，解决了目前筛分系统中超声波电源输出频率不稳定、换能器互换性差，超精细微粉筛分效率低等技术问题。

2、本发明超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，采用恒流源端电压偏离值自动触发方法实时对超声波输出频率进行修正，在超声波电源不间断工作情况下实现筛分换能器的频率自动修正，其过程在超声波电源工作期间进行，不影响筛分系统正常工作。具有连续修正速度快、不影响筛分生产等优点。

3、本发明超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，根据恒流源情况下换能器的负载特性找出合适的谐振频率，换能器的阻抗最小，工作电压最低的工作环境。这样避免了发热而导致电路板无法正常工作和使用寿命较短的问题。跟传统的超声筛分系统比较减少了扫频时间和Δf间隔频率，使谐振频率更准确地检测和节约扫频时间，大大节约生产成本，提高生产效率，使机器正常工作时间变长和机器维护成本降低，同时也避免了因机器问题而导致工作停止带来的损失，增加了企业生产产量。

4、本发明超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，在超声波电源不间断工作情况下实现筛分换能器的频率自动修正，具有输出频率精度高的特点，在超精细微粉物料筛分系统中具有较高筛分效率，可广泛应用到200-500目微粉筛分生产。在传统的超声筛分系统基础上，真正解决了强吸附性、易团聚、高静电、高精细、高密度、轻比重等筛分难题。可应用到筛分碳化硅、合金粉末、钼粉、不锈钢粉、钨粉、镍粉、钴粉、粉末涂料、石英粉、丁米酮粉、麦芽粉、病毒唑、咖啡粉、电磁粉、负极材料、激光粉等物料。

附图说明

图1为超声波换能器等效电路，其中图1(a)串联驱动，图1(b)串联支路等效电路；

图2为实现换能器谐振频率自动锁频方法的电路原理图；

其中，图2-1筛分换能器在恒流供电状态下的频率特性；图2-2谐振频率偏离修正流程图；

图3为换能器负载驱动电路端电压变化情况示意图；

图4为实现换能器谐振频率自动锁频方法的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，结合附图对本发明技术方案进一步详细描述。以下各实施例仅用于说明本发明，不应当构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

本发明超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其实现过程包括：

1)根据超声筛分换能器负载谐振电路特性，采用恒流源供电情况下的数字频率扫描锁频方法，利用直接数字频率合成器和直流高压端隔离检测技术，通过频率扫描和极值判断方法实现超声筛分换能器的谐振频率锁定；

2)在超声波电源工作期间，采用恒流源端电压偏离值自动触发方法实时对超声波输出频率进行修正；根据不同频点情况下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出超声筛分换能器的谐振点频率，然后控制直接数字频率合成器，让超声筛分换能器工作在谐振频点上。

实施例2

本实施例的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，与实施例1不同的是：

进一步的，在恒流源供电情况下，利用不同频率驱动超声筛分换能器系统，获得超声筛分换能器电路端电压和频率关系；首先利用极值判断法找出超声筛分换能器系统的谐振点，再让超声波电源输出谐振点频率，实现频率锁定，然后再利用阈值自动触发的方法，在超声筛分换能器系统工作中实时对超声筛分换能器的谐振频率自动修正。

实施例3

本实施例的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，与实施例1或实施例2不同的是：

通过直流高压端隔离检测超声波驱动两端的供电电压，并通过A-D转换器送至单片机进行处理，实现数字频率扫描；利用低压单片机系统控制PWM发生器以控制电流源的大小，使超声波电源工作在恒流模式；低压单片机系统根据不同频点情况下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出超声筛分换能器的谐振点频率，然后通过直接数字频率合成器产生一个频率可控的正弦波信号，经过方波变换和激励，驱动开关功率放大电路输出大功率超声波信号，并加载到超声筛分换能器两端，让超声筛分换能器工作在谐振频点上，实现超声筛分换能器谐振频率自动锁频。

实施例4

参见图1-3，本实施例超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，具体实现过程如下：

1、恒流源供电情况下的换能器负载特性分析

对于电感串联式超声筛分换能器负载，超声波振动筛的换能器可以看成一个二端网络(图1(a))，换能器通过L₀与驱动电路之间进行功率耦合匹配，则换能器负载电抗为

Z＝R+jX (1)

结合图1(b)超声筛分换能器等效电路，则有

在恒流I模式下，超声筛分换能器负载驱动电路端电压为

当超声筛分换能器在谐振频点工作时，理想情况下其的等效电抗为零，则式(2)可简化为

其中ω₀为串联匹配谐振角频率，则当超声筛分换能器谐振时，在恒流I模式下，驱动电路端电压为

由式(3)与(5)比较可得，当超声波电源输出的信号与超声筛分换能器负载谐振点重合时，由于超声筛分换能器负载电抗最低，电路负债加重，在恒流供电情况下，恒流源电路的直流电压出现最低极值，超声筛分换能器负载驱动电路端直流电压变化情况见图3所示。

2、换能器谐振频率自动锁频方法

1)极值判断法实现频率锁定

超声筛分换能器系统自动对超声筛分换能器扫频过程中，首先超声筛分换能器系统利用直接数字频率合成器技术产生一个带宽为W的频率f对换能器负载扫描，f覆盖现有筛分换能器谐振频率。设直接数字频率合成器初始频率为f₀，步进频率Δf和扫描速度v_f，在W内，超声波电源驱动筛分换能器，频率扫描过程中，则

f＝f₀+i*Δf；

则f＝{f₀+0*Δf,f₀+1*Δf,…,f₀+i*Δf,…,f₀+n*Δf}(i＜＝n)；

对应端电压为u₀＝{u_t0,u_t1,…,u_ti,…,u_tn}(i<＝n)；

u_0min＝{u_t0min,u_t1min,…,u_tnmin}；

n为带宽W内频点数量，n＝W/Δf。当检测电路检测到恒流源端电压极小值u_0min时，确定i，则f_i＝f₀+i*Δf即为超声筛分换能器谐振点f₀₁，扫描结束，超声筛分换能器在恒流源供电状态下，驱动电路端电压与频率对应关系见图2-1所示。

考虑直流电压传感器电路时间延迟t_d，实际锁定f_i＝f₀+i*Δf+t_d*v_f，f_i精度为步进频率Δf。当Δf取值越小，f_i精度越高。超声筛分换能器系统找到f_i后，单片机将控制直接数字频率合成器产生频率f_i，使超声波驱动电路输出的频率刚好为超声筛分换能器的谐振频率，完成自动锁定操作。

2)谐振频率偏离修正方法

利用极值判断可以实现超声筛分换能器系统的谐振频率，但在筛分过程中，随着超声筛分换能器温度以及物料加载质量变化等因素影响，超声筛分换能器系统的谐振频率将会有微小变化，从而造成超声筛分换能器工作中输出功率不稳定，导致筛分效率变化等现象。本发明采用一种频率修正的方法，在超声筛分生产中实时修正超声波电源的输出频率，使超声波电源输出频率与换能器达到最佳匹配，以解决超声筛分换能器频率漂移引起的超声波功率下降问题。

首先，在超声波电源工作中，利用直流电压传感器在规定的时间T₁内检测恒流源端电压变化，获得电压数组V[i]，平均值为V_a，然后找出数组中最大值偏离ΔV_i，当ΔV_i大于设定的阈值V_b后，触发超声筛分换能器谐振频率修正操作，即超声波频率发生器开始以初始频率f₀为中心进行范围为W变化，此时仍然利用极值判断法找出恒流源端电压最低值，并重新锁定超声筛分换能器系统的谐振点。偏离值触发频率修正在超声波电源工作中连续进行，具有连续修正速度快，不影响筛分生产等优点，该方法流程见图2-2所示。

3、算法实现

1)自动锁频

超声筛分换能器系统电路中单片机采用了具有在线可编程功能的STC15F2K08S2，自动锁频的功能的启动通过判断直流电压传感器得到的超声波驱动电路端电压实现。当超声筛分换能器工作频率发生漂移时，超声筛分换能器电路进入失谐状态，超声筛分换能器阻抗增加，恒流源供电情况下，驱动电路端电压u₀升高，当u₀>＝u_max(用户设定最大锁频电压值)时，单片机自动启动锁频程序。此时单片机控制直接数字频率合成器产生一个带宽为W、步进频率为Δf、扫描速度为v_f的扫频信号，经过开关功率放大电路后驱动超声筛分换能器，同时记录各个频率值和与频率变化对应的驱动电路端电压值。得到数组

f[i]＝{f₀+0*Δf,f₀+1*Δf,…,f₀+i*Δf}(i＝0,1,2,…,n)；

u[i]＝{u_t0,u_t1,…,u_ti}(i＝0,1,2,…,n)；

当f₀+i*Δf>＝W时，扫频结束，再通过单片机C语言程序排序求极值，即

其中n＝W/Δf

2)换能器谐振频率偏离值修正

在一个周期T＝60s内，设超声筛分换能器系统的直流电压传感器获得的实时恒流源端电压为V_i，i＝0,1,2,3,…n，通过A-D转换后，单片机获得的电压数组为V[i]，则电压均值为

通过以下程序获得最大离散值

if(j)>＝V_B，V_B为预设门限电压，则触发以初始频率f₀进行重新锁定，过程同1)，最后完成超声筛分换能器频率修正。由于W范围较小(W＝1kHz)，频率修正操作基本不影响超声筛分的生产效率，因此，在不间断工作状态下，超声筛分换能器系统可以实时进行超声波电源输出频率修正。

实施例5

参见图4，本实施例为实现前述超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法所使用的超声筛分换能器负载电源电路，即实现换能器谐振频率自动锁频方法的电路原理。电源电路包括恒流源供电单元以及超声波开关功率放大电路，恒流源供电单元通过超声波开关功率放大电路连接至筛分换能器负载，含有低压单片机系统、PWM发生器以及直接数字频率合成器，在恒流源供电单元输出侧设有直流电压传感器检测超声波开关功率放大两端的供电电压，并通过A-D转换器送至单片机进行处理，所述单片机输出侧连接PWM发生器，通过所述PWM发生器来控制电流源的大小，同时，单片机输出侧连接直接数字频率合成器，通过直接数字频率合成器产生一个频率可控的正弦波信号，经过方波变换和激励，驱动开关功率放大电路输出大功率超声波信号，加载到超声筛分换能器两端。

如图4所示，单片机控制一个PWM发生器，用来控制电流源的大小，低压单片机系统通过直接数字频率合成器电路产生一个频率可控的正弦波信号，经过方波变换和激励，驱动开关功率放大电路输出大功率超声波信号，并加载到超声筛分换能器两端。扫频过程中，超声波驱动两端的供电电压，可以通过直流电压传感器检测，并通过A-D转换器送至单片机进行处理。

本发明根据换能器负载谐振电路特性，采用恒流源供电情况下的数字频率扫描锁频方法。根据不同频点情况下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出换能器的谐振点频率，然后控制直接数字频率合成器电路，让换能器工作在谐振频点上。

本发明超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法的应用：

对于40kHz压电陶瓷压制的4片组合外置式换能器，测定谐振频率f₀＝24.680kHz，2次谐波f₁＝45.046kHz；三次谐波f₂＝49.585kHz。通过系统自动锁定后，经过频率修正，实际工作频率为24.508-24.790kHz之间，达到超声波电源输出频率与超声筛分换能器的良好匹配。

频率锁定一般发生在超声筛分换能器系统在首次筛分系统开机或更换超声筛分换能器时进行，选择不同扫频范围W、扫频速度v_f和步进频率Δf对自动锁频时间、锁频精度影响较大，不同W、v_f、Δf对应的锁频时间、锁频精度见表1所示。考虑到超声波换能器的串联谐振电路参数匹配和超声筛分换能器实际应用频率，频率锁定操作中，为了缩短锁定时间，Δf₁取50Hz，扫描速度v₁为200Hz/s，锁定完成后，输出频率与超声筛分换能器谐振频率误差小于30Hz，锁定超声筛分换能器谐振频率总时长小于10S。

在超声筛分换能器系统正常工作情况下，频率修正不是随时发生。实际应用中，当超声筛分换能器谐振频率发生较大温漂发生自动频率修正时，频率修正期间W_A一般选择在1kHz范围内，一旦发生偏离值触发修正，系统自动修正小于10s。由于修正频率范围窄，修正期间超声波电源输出功率平稳度大达90％以上(修正期间功率下降不大于10％)，完全满足超精细物料筛分要求。

表1锁频时间与精度

由串联电感、补偿电容组成的筛分超声波负载输出电路中，当串联电感不匹配时，系统锁定的超声筛分换能器谐振点频率与输出回路谐振频率偏离较大，超声筛分换能器和电源很容易发生温升现象，在电源的装配调试过程中必须根据原锁定频率仔细调节超声波输出回路有关参数。应用表明，在超声波筛分电源的输出回路与超声筛分换能器良好匹配时，利用实时修正方法能够保证超声筛分电源的输出频率与超声筛分换能器谐振频率实时匹配，完全达到精细筛分要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其特征在于：

1)根据超声筛分换能器负载谐振电路特性，采用恒流源供电情况下的数字频率扫描锁频方法，利用直接数字频率合成器和直流高压端隔离检测技术，通过频率扫描和极值判断方法实现超声筛分换能器的谐振频率锁定；

2)在超声波电源工作期间，采用恒流源端电压偏离值自动触发方法实时对超声波输出频率进行修正；根据不同频点情况下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出超声筛分换能器的谐振点频率，然后控制直接数字频率合成器，让超声筛分换能器工作在谐振频点上；

通过直流高压端隔离检测超声波驱动两端的供电电压，并通过A-D转换器送至单片机进行处理，实现数字频率扫描；

利用低压单片机系统控制PWM发生器以控制电流源的大小，使超声波电源工作在恒流模式；

低压单片机系统根据不同频点情况下的电源端电压变化，利用极值判断方法找出超声筛分换能器的谐振点频率，然后通过直接数字频率合成器产生一个频率可控的正弦波信号，经过方波变换和激励，驱动开关功率放大电路输出大功率超声波信号，并加载到超声筛分换能器两端，让超声筛分换能器工作在谐振频点上，实现超声筛分换能器谐振频率自动锁频。

2.根据权利要求1所述的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其特征在于：在恒流源供电情况下，利用不同频率驱动超声筛分换能器系统，获得超声筛分换能器电路端电压和频率关系；首先利用极值判断法找出超声筛分换能器系统的谐振点，再让超声波电源输出谐振点频率，实现频率锁定，然后再利用阈值自动触发的方法，在超声筛分换能器系统工作中实时对超声筛分换能器的谐振频率自动修正。

3.根据权利要求1或2所述的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其特征在于：利用极值判断法实现频率锁定的过程如下：

超声筛分换能器系统自动对超声筛分换能器扫频过程中，首先利用直接数字频率合成器技术产生一个带宽为W的频率f对换能器负载扫描，f覆盖现有超声筛分换能器谐振频率；

设直接数字频率合成器初始频率为f₀，步进频率Δf和扫描速度v_f，在带宽W内，超声波电源驱动超声筛分换能器，频率扫描过程中，则

f＝f₀+i*Δf；

则f＝{f₀+0*Δf,f₀+1*Δf,…,f₀+i*Δf,…,f₀+n*Δf}(i＜＝n)；

对应端电压为u₀＝{u_t0,u_t1,…，u_ti…u_tn}(i<＝n)；

u_0min＝{u_t0min,u_t1min,…,u_tnmin}；

n为带宽W内频点数量，n＝W/Δf；

当检测电路检测到恒流源端电压极小值u_0min时，确定i，则f_i＝f₀+i×Δf即为超声筛分换能器谐振点f₀₁，扫描结束；

考虑直流电压传感器电路时间延迟t_d，实际锁定f_i＝f₀+i*Δf+t_d*v_f，f_i精度为步进频率Δf，当Δf取值越小，f_i精度越高，超声筛分换能器系统找到f_i后，单片机将控制直接数字频率合成器产生频率f_i，使超声波驱动电路输出的频率刚好为超声筛分换能器的谐振频率，完成自动锁定操作。

4.根据权利要求3所述的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其特征在于：自动锁频的功能的启动通过判断直流电压传感器得到的超声波驱动电路端电压实现，当超声筛分换能器工作频率发生漂移时，超声筛分换能器电路进入失谐状态，超声筛分换能器阻抗增加，恒流源供电情况下，驱动电路端电压u₀升高，当u₀>＝用户设定最大锁频电压值u_max时，单片机自动启动锁频程序；此时单片机控制直接数字频率合成器产生一个带宽为W、步进频率为Δf、扫描速度为v_f的扫频信号，经过开关功率放大电路后驱动超声筛分换能器，同时记录各个频率值和与频率变化对应的驱动电路端电压值；得到数组

f[i]＝{f₀+0*Δf，f₀+1*Δf,…,f₀+i*Δf}(i＝0,1,2,…n)；

u[i]＝{u_t0,u_t1,…u_ti}(i＝0,1,2,…n)；

当f₀+i*Δf>＝W时，扫频结束，再通过单片机C语言程序排序求极值，并确定电压极值对应的频率，然后保存锁定频率值；其中n＝W/Δf。

5.根据权利要求4所述的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其特征在于：

利用谐振频率偏离修正方法，在超声筛分生产中实时修正超声波电源的输出频率，使超声波电源输出频率与换能器达到最佳匹配，以解决超声筛分换能器频率漂移引起的超声波功率下降问题：

首先，在超声波电源工作中，利用直流电压传感器在规定的时间T₁内检测恒流源端电压变化，获得电压数组V[i]，平均值为V_a；

然后，找出数组中最大值偏离ΔV_i，当ΔV_i大于设定的阈值V_b后，触发超声筛分换能器谐振频率修正操作，即超声波频率发生器开始以初始频率f₀为中心进行范围为W变化，此时仍然利用极值判断法找出恒流源端电压最低值，并重新锁定超声筛分换能器系统的谐振点。

6.根据权利要求5所述的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其特征在于：超声筛分换能器谐振频率偏离值修正：

在一个周期T＝60s内，设超声筛分换能器系统的直流电压传感器获得的实时恒流源端电压为V_i，i＝0,1,2,3，…n，通过A-D转换后，单片机获得的电压数组为V[i]，则电压均值为

通过以下C语言算法获得最大离散值；

unsigned int i,j,n＝60；

j＝V[0]；

for(i＝0；i<＝n；i++)

确定偏离电压最大值：

{

if(j-V_a)<(V[i+1]-V_a)；

j＝V[i+1]；

}

if(j)>＝V_B，V_B为预设门限电压，则触发以初始频率f₀进行重新锁定，最后完成超声筛分换能器频率修正。

7.根据权利要求1所述的超声筛分换能器谐振频率自锁定与实时修正方法，其特征在于：所使用的超声筛分换能器负载电源电路，包括恒流源供电单元以及超声波开关功率放大电路，所述恒流源供电单元通过超声波开关功率放大电路连接至超声筛分换能器负载，其特征在于，含有低压单片机系统、PWM发生器以及直接数字频率合成器，在恒流源供电单元输出侧设有直流电压传感器检测超声波开关功率放大电路两端的供电电压，并通过A-D转换器送至单片机进行处理，所述单片机输出侧连接PWM发生器，通过所述PWM发生器来控制电流源的大小，同时，单片机输出侧连接直接数字频率合成器，通过直接数字频率合成器产生一个频率可控的正弦波信号，经过方波变换和激励，驱动开关功率放大电路输出大功率超声波信号，加载到超声筛分换能器两端。

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