CN114798396B - 一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，属于超声系统领域：包括：多频超声电源、多频换能器和计算工作站；所述多频超声电源产生并输出频率可调整的多频电信号；多频换能器接收多频超声电源传送的多频电信号，并将多频电信号转换为相应频率的机械振动信号，进行残余应力去除；计算工作站根据得到的多频换能器的工作频率，及对应工作频率下的标定超声振幅，计算多频换能器各工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比，实现多频换能器输出的超声振动在被去除残余应力的工件中传播时能量分布均匀，并传送给多频超声电源；本系统实现超声振动在被去除残余应力的工件中传播时能量分布均匀，可将工件中残余应力去除完全，缩短去除时间。
Description
技术领域
本发明涉及超声振动系统，具体来说是一种多频超声振动系统。
背景技术
目前，超声振动时效处理已经越来多应用于铸件、锻件、焊接件、模具、机械加工件以及仪器仪表、精密加工制造的残余应力去除。超声振动时效为高频振动，该时效处理后构件宏观变形量非常小，不易导致构件产生疲劳损伤，具有效率高、工艺处理稳定、效果稳定可靠的优势。超声振动系统是实现超声振动时效的核心装备，超声振动系统的好坏决定着超声振动时效的作用效果，而超声振动系统的核心部件为超声电源及其控制方法。
专利CN210225227U提供一种超声电源系统，该系统中包括处理器、电源控制器、数字开关电源。处理器确定超声设备的工作频率，电源控制器确定数字开关电源的开关频率，数字开关电源用于输出开关频率的目标电压。该超声电源系统及超声设备，通过超声设备的工作频率，确定数字开关电源的开关频率，输出目标电压，从而可以降低数字开关电源对超声设备工作频率的干扰，提高超声成像设备的成像效果。
专利CN102350409A提供了可以在同一时刻实现双频同时驱动的超声发生器，该方法同时对双频驱动信号的不同频率范围分别处理，实现不同频率下的频率跟踪与控制，可以选择性地在任意时刻激发任意一种或者几种谐振频率，实现多种频率的超声振动输出。该发生器驱动双频换能器输出两种频率的超声振动进行超声键合、加工等，能对不同频率超声驱动信号的幅值分别进行控制、调整，以适应不同的应用需求。
由于残余应力去除用超声振动能量是由纵波的驻波产生，是入射波与反射波相互干扰而形成的不再推进的正弦或余弦波，产生的超声振动能量也仅在相邻的波腹与波节之间往复变化。采用专利CN102350409A的工作方式，虽然对工作频率的干扰较小，但是由于该系统仅输出单一频率，在消除残余应力时，仅能消除振幅较大位置的残余应力，其他激振位置得不到充足激振能量，在振动节点位置激振能量几乎为零，因此无法有效地消除残余应力。专利CN102350409A虽然采用多频的方法，可以同时输出多种频率，对超声信号的振幅进行控制，但未对各振动频率和振幅进行时间分配和控制，因此各位置的激振能量依然不均匀，甚至出现某些位置振幅为零，因此仍然无法有效地消除残余应力。
因此，目前为止，无论是单频或多频输出的超声振动系统都存在不同位置激振能量不均匀，某些位置振幅为零，导致残余应力去除不完全，甚至不去除的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，采用以下技术方案：一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，包括：多频超声电源、多频换能器和计算工作站；
所述多频超声电源产生并输出频率可调整的多频电信号；
所述多频换能器接收所述多频超声电源传送的多频电信号，并将多频电信号转换为相应频率的机械振动信号，进行残余应力去除；
所述计算工作站根据得到的多频换能器的工作频率，及对应工作频率下的标定超声振幅，计算所述多频换能器各工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比，并传送给所述多频超声电源，实现多频换能器输出的超声振动在被去除残余应力的工件中传播时能量分布均匀。
所述多频超声电源包括控制单元、信号发生及功率放大模块、频率扫描跟踪模块和匹配电路；
所述频率扫描跟踪模块接收所述匹配电路传送的多频换能器工作电流信号和电压信号，进行电流和电压信号相位差信息提取并转化成数字信号，以及进行电流电压相位的超前和滞后关系进行判断，并将转化后的数字信号及判断结果传送给所述控制单元；
所述控制单元根据输入的频率范围，接收所述频率扫描跟踪模块传送的超前和滞后关系控制信号发生电路进行加频率或减频率以及根据电流电压相位差的大小，控制信号发生电路加减频率的步长，实现多频换能器频率的快速跟踪；
所述信号发生及功率放大模块接收所述控制单元传送的控制信号，并对超声信号进行放大，并将放大后的信号传送给所述匹配电路；
所述匹配电路接收所述控制单元传送的控制信号，以及所述信号发生及功率放大模块传送的放大超声信号；根据多频换能器的不同工作频率进行多路调谐变阻匹配，并根据多频换能器在不同工作频率下工作时，进行实时切换。
进一步地，所述信号发生及功率放大模块包括：信号发生电路、功放驱动电路和功率放大电路；
所述信号发生电路接收所述控制单元传送的控制信号产生相应频率、占空比和具有初始相位的超声波信号；
所述功放驱动电路接收所述信号发生电路传送超声波信号，进行升压，提供驱动能量；
所述功率放大电路所述接收所述功放驱动电路提供的驱动能量，对超声信号进行功率放大，并将放大后的信号传送给所述匹配电路。
进一步地，所述频率扫描跟踪模块包括电流反馈电路、电流信号采集及调理电路、电压信号采集及调理电路、相位差信息提取电路、相位位置关系判别电路及模数转换电路；
所述电流反馈电路通过所述匹配电路采集所述多频换能器工作电流信号；
所述模数转换电路接收所述电流反馈电流传送的所述多频换能器工作电流信号，转换为所述控制单元所能读取的数字信号；所述控制单元通过对比判断反馈电流的大小，当反馈电流达到峰值时，此时所述控制单元发出的工作频率既在多频换能器的一个谐振频率；
所述电流信号采集及调理电路通过所述匹配电路对多频换能器的工作电流信号进行采集和调理，经过带通滤波和过零比较调理后，分别传送给所述相位位置关系判别电路和所述相位差信息提取电路；
所述电压信号采集及调理电路通过对匹配电路对多频换能器的工作电压信号进行采集，同样经过带通滤波和过零比较调理后，分别传送给所述相位位置关系判别电路和所述相位差信息提取电路；
所述相位位置关系判别电路对接收到的电流和电压信号进行电流电压相位的超前和滞后关系进行判断，并将判断结果传送给所述控制单元。
所述相位差信息提取电路对接收到的电流和电压信号进行相位差信息提取，并将提取结果传递给所述模数转换电路，所述模数转换电路将电流电压相位差信息转化为数字信号传送到所述控制单元。
进一步地，所述控制单元包括控制芯片、按键、显示屏，
所述控制芯片分别与所述计算工作站、所述按键、所述显示屏电连接；
通过按键对多频超声电源的工作信息进行设置；
所述控制芯片根据所述按键输入的频率范围，控制信号发生及功放模块在设定频率范围内多频换能器进行频率扫描，根据所述扫描跟踪模块的反馈信号，确定所述多频换能器的工作频率；
所述控制芯片在工作时，实时监控所述频率扫描跟踪模块的反馈信号，当所述多频换能器的工作频率因外界因素和自身发热影响发生变化时，根据所述频率扫描跟踪模块的反馈信号，实时调整信号发生及功放模块的输出频率，使所述多频换能器工作在谐振频率上，并将实时的工作频率反馈给所述计算工作站，所述计算工作站根据反馈的工作频率对初始相位差、占空比和激振时间配比进行实时优化计算，并传递给控制芯片，所述控制芯片根据得到的实时对初始相位差、占空比和激振时间配比，控制信号发生及功放模块的电信号输出；
所述显示屏用于显示按键输入的频率搜索范围，实时工作频率、初始相位差、占空比、激振时间配比和工作时间参数。
进一步地，所述电流信号采集及调理电路包括电流采集模块和调理模块I，所述电流采集模块采用电流传感器，所述调理模块I采用带通滤波器和过零比较器。
进一步地，所述电压信号采集及调理电路包括电压采集模块和调理模块II，所述电压采集模块采用电压传感器，所述调理模块I与调理模块II的结构相同。
进一步地，所述相位位置关系判别电路采用D触发器。
进一步地，所述相位差信号提取电路采用数字鉴相器。
进一步地，所述电流反馈电路采用电流互感器。
本发明所用的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，针对多频换能器工作频率受外界因素和自身发热影响而发生变化时，利用电流和电压信号的相位位置关系和相位差信息实现工作频率的快速准确跟踪，计算工作站根据跟踪的工作频率对初始相位差、占空比和激振时间配比进行实时优化计算，并通过控制芯片根据优化结果控制信号发生电路实时调整各工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比，保证超声振动能量在工件中分布的均匀性不受外界因素和自身发热等因素的影响；同时本发明所用的多频超声振动系统利用计算工作站的强大计算能力实现多频换能器工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比的快速计算，利用控制芯片做简单的逻辑判断和信号传递，有效保证了多频换能器工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比更新的实时性，进一步保证了超声振动能量在工件中分布的均匀性。本发明所用的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，根据多频换能器的工作频率及对应工作频率下的超声振幅，对多频换能器各工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比进行优化，保证多频换能器输出的超声振动在被去除残余应力的工件中传播时能量分布均匀，可将工件中残余应力去除完全，且大大缩短去除时间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、多频超声电源，2、多频换能器，3、计算工作站，11、控制单元，12、信号发生及功率放大模块，13、频率扫描跟踪模块，14、匹配电路，111、控制芯片、112，按键，113、显示屏，121、信号发生电路、122功放驱动电路，123、功率放大电路，131、电流信号采集及调理电路、132、电压信号采集及调理电路，133、电流反馈电路，134、相位位置关系判别电路，135、相位差提取电路，136、和模数转换电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统及控制方法，包括多频超声电源1、多频换能器2和计算工作站3。
所述多频超声电源1用于产生多频信号，提高功率和功率因数，驱动多频换能器2，并根据频率扫描跟踪模块13反馈信号进行输出频率调整；
所述多频换能器2将多频超声电源1产生的电信号转换为相应频率的机械振动，用于残余应力去除；
所述计算工作站3根据反馈信号进行激振时间配比计算，并将计算结果传递给多频超声电源1的控制芯片111，所述计算工作站3根据得到的多频换能器2的工作频率，及对应工作频率下的标定超声振幅，计算多频换能器2各工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比，实现多频换能器2输出的超声振动在被去除残余应力的工件中传播时能量分布均匀，并传送给控制芯片111。
所述多频超声电源1包括控制单元11、信号发生及功率放大模块12、频率扫描跟踪模块13和匹配电路14；
所述控制单元11包括控制芯片111、按键112与显示屏113，控制芯片111分别与按键112和显示屏113电连接，并与计算工作站3通信连接；
控制芯片111根据接收的控制信号，控制信号发生及功放模块12根据多频换能器的工作频率、初始相位差和占空比，按照各工作频率的激振时间配比进行电信号循环输出，驱动多频换能器工作。控制芯片111在工作时，实时监控频率扫描跟踪模块13的反馈信号，当多频换能器2的工作频率因外界因素和自身发热影响发生变化时，根据频率扫描跟踪模块13的反馈信号，实时调整信号发生及功放模块的输出频率，使多频换能器2工作在谐振频率上，并将实时的工作频率反馈给计算工作站3，计算工作站3根据反馈的工作频率对初始相位差、占空比和激振时间配比进行实时优化计算，并传递给控制芯片111，控制芯片111根据得到的实时对初始相位差、占空比和激振时间配比，控制信号发生及功放模块的电信号输出。
匹配电路14根据多频换能器2的不同工作频率进行多路调谐变阻匹配，并根据多频换能器2在不同工作频率下工作时，控制芯片111发送的信号进行实时切换。
多频换能器2将匹配电路14传递的超声电能转化为相应频率的机械能，用于残余应力去除。
所述控制芯片111用于向所述信号发生及功率放大模块12和所述匹配电路14发出控制信息，接收所述频率扫描跟踪模块13反馈的电流电压相位位置关系、相位差信息和反馈电流信号，根据上述反馈信息对多频换能器2的工作频率参数和工作状态进行判断，并将多频换能器2的工作频率和对应的超声振幅传送至计算工作站3和接收计算工作站3发送的多频换能器2工作频率初始相位差、占空比和激振时间配比等信息。按键112用于设置和调整多频超声电源1的频率搜索范围、功率、超声振幅和工作时间等工作信息。
显示屏113用于显示本发明的当前工作状态、按键112设置的参数和计算工作站3的计算结果等信息，即显示屏113用于显示按键输入的频率搜索范围，实时工作频率、初始相位差、占空比、激振时间配比和工作时间等参数。
信号发生及功率放大模块12由串行连接的信号发生电路121、功放驱动电路122和功率放大电路123组成；
信号发生电路121根据控制芯片111输出的多频换能器2的工作频率、初始相位差、占空比、激振时间配比和工作时间信息产生超声信号；并将超声信号传送至功放驱动电路122；
功放驱动电路122将信号发生电路121输出的超声信号进行升压，为功率放大电路123提供开关驱动信号，驱动能量，并对信号发生电路121和功率放大电路123提供电气隔离；
功率放大电路123将信号发生电路121产生的超声信号进行功率放大，经过匹配电路14后驱动多频换能器2进行工作。
频率扫描跟踪模块13包括电流信号采集及调理电路131、电压信号采集及调理电路132、电流反馈电路133、相位位置关系判别电路134、相位差提取电路135和模数转换电路136；
电流信号采集及调理电路131通过匹配电路14对多频换能器2的工作电流信号进行采集和调理，并将调理后的电流信号同时传递给相位位置关系判别电路134和相位差提取电路135；
电压信号采集及调理电路132通过匹配电路14对多频换能器2的工作电压进行采集和调理，并将调理后的电压信号同时传递给相位位置关系判别电路134和相位差提取电路135；
电流反馈电路133通过匹配电路14对多频换能器2工作电流的大小进行采集，并将采集结果传送至模数转换电路136；
模数转换电路136将接收到的电流电压相位差信息和工作电流大小信息转换成数字信号传送给控制芯片111；控制芯片111通过对比判断反馈电流的大小，当反馈电流达到峰值时，此时控制芯片111发出的工作频率既在多频换能器2的一个谐振频率；
电流信号采集及调理电路131可采用电流传感器进行采集，采用带通滤波器和过零比较器进行调理，并将调理后的结果分别送至相位位置关系判别电路134和相位差信息提取电路135；
电压信号采集及调理电路132可采用电压传感器进行采集，采用带通滤波器和过零比较器进行调理，并将调理后的结果分别送至相位位置关系判别电路134和相位差信息提取电路135；
相位位置关系判别电路134对传递来的电流和电压信号的相位超前和滞后关系进行判断，并将判断结果传送给控制单元11；控制单元11根据超前和滞后关系控制信号发生电路进行加频率或减频率，实现多频换能器的频率跟踪；
相位差提取电路135对传递来的电流和电压信号的相位差信息进行提取，并将提取结果传送给模数转换电路136；模数转换电路136将电流电压相位差信息转化为数字信号传送到控制单元11，控制单元11根据电流电压相位差的大小，控制信号发生电路加减频率的步长，实现多频换能器频率的快速跟踪。
所述电流信号采集及调理电路131可采用电流采集模块和调理模块I；
所述电流采集模块采用电流传感器进行电流采集；
所述调理模块I采用带通滤波器和过零比较器进行调理；
所述电压信号采集及调理电路132可采用电压采集模块和调理模块II；
所述电压采集模块可采用电压传感器进行电压采集，所述调理模块II和调理模块I结构相同，都采用带通滤波器和过零比较器进行调理；
所述电流反馈电路133采用电流互感器实现；
所述相位位置关系判别电路134采用D触发器实现；
所述相位差信号提取电路135采用数字鉴相器实现；
所述模数转换电路136采用模数转换器实现。
本发明一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统的典型工作过程为：
通过按键112对多频超声电源1的频率搜索范围和功率等信息进行设置，控制芯片111根据设置信息控制信号发生电路121在频率范围内对多频换能器2的工作频率进行扫描，电流反馈电路133将采集到的工作电流的大小信号经过模数转换电路136实时的反馈给控制芯片111，控制芯片111经过比较判断后，对达到电流峰值对应的频率值记录，根据记录的频率值对多频换能器2的工作频率和超声振幅进行标定。
通过按键112对多频超声电源1的工作频率、功率、超声振幅和工作时间等工作信息进行设置，控制芯片111根据设置信息将工作频率和超声振幅信息传递给计算工作站3，计算工作站3以输出能量分布均匀为目标对工作频率初始相位差、占空比和激振时间配比进行优化计算，并将计算结果传递给控制芯片111，控制芯片111在接收到计算结果后，根据计算结果和设置的工作时间信息控制信号发生电路121按照工作频率的激振时间配比循环进行超声信号输出，同时控制匹配电路14根据工作频率进行实时切换成对应的匹配电路，多频换能器2将匹配电路14传递的超声电能转化为相应频率的超声振动，用于残余应力去除。同时，电流信号采集及调理电路131对多频换能器2的工作电流信号进行采集和调理，并将调理后的电流信号同时传递给相位位置关系判别电路134和相位差提取电路135；电压信号采集及调理电路132对多频换能器2的工作电压进行采集和调理，并将调理后的电压信号同时传递给相位位置关系判别电路134和相位差提取电路135；相位位置关系判别电路134对传递来的电流和电压信号的相位超前和滞后关系进行判断，并将判断结果传送给控制芯片111；相位差提取电路135对传递来的电流和电压信号的相位差信息进行提取，并将提取结果经过模数转换电路136传递给控制芯片111；控制芯片111根据电流和电压信号的超前和滞后关系控制信号发生电路121进行加频率或减频率，根据电流和电压信号相位差的大小确定加减频率的步长大小。当多频换能器2的工作频率发生变化时，控制芯片111将变化后的工作频率发送至计算工作站3，计算工作站3对初始相位差、占空比和激振时间配比重新进行优化计算，并将计算结果反馈给控制芯片111，控制芯片111根据反馈结果实时调整多频超声电源1的超声电能输出，以保证多频换能器2输出的超声振动能量在工件中分布的均匀性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：包括：多频超声电源、多频换能器和计算工作站；
所述多频超声电源产生并输出频率可调整的多频电信号；
所述多频换能器接收所述多频超声电源传送的多频电信号，并将多频电信号转换为相应频率的机械振动信号，进行残余应力去除；
所述计算工作站根据得到的多频换能器的工作频率，及对应工作频率下的标定超声振幅，计算所述多频换能器各工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比，并传送给所述多频超声电源，实现多频换能器输出的超声振动在被去除残余应力的工件中传播时能量分布均匀；
所述多频超声电源包括控制单元、信号发生及功率放大模块、频率扫描跟踪模块和匹配电路；
所述频率扫描跟踪模块接收所述匹配电路传送的多频换能器工作电流信号和电压信号，进行电流和电压信号相位差信息提取并转化成数字信号，以及进行电流电压相位的超前和滞后关系进行判断，并将转化后的数字信号及判断结果传送给所述控制单元；
所述控制单元根据输入的频率范围，接收所述频率扫描跟踪模块传送的超前和滞后关系控制信号发生电路进行加频率或减频率以及根据电流电压相位差的大小，控制信号发生电路加减频率的步长，实现多频换能器频率的快速跟踪；
所述信号发生及功率放大模块接收所述控制单元传送的控制信号，并对超声信号进行放大，并将放大后的信号传送给所述匹配电路；
所述匹配电路接收所述控制单元传送的控制信号，以及所述信号发生及功率放大模块传送的放大超声信号；根据多频换能器的不同工作频率进行多路调谐变阻匹配，并根据多频换能器在不同工作频率下工作时，进行实时切换；
所述频率扫描跟踪模块包括电流反馈电路、电流信号采集及调理电路、电压信号采集及调理电路、相位差信息提取电路、相位位置关系判别电路及模数转换电路；
所述电流反馈电路通过所述匹配电路采集所述多频换能器工作电流信号；
所述模数转换电路接收所述电流反馈电流传送的所述多频换能器工作电流信号，转换为所述控制单元所能读取的数字信号；所述控制单元通过对比判断反馈电流的大小，当反馈电流达到峰值时，此时所述控制单元发出的工作频率既在多频换能器的一个谐振频率；
所述电流信号采集及调理电路通过所述匹配电路对多频换能器的工作电流信号进行采集和调理，经过带通滤波和过零比较调理后，分别传送给所述相位位置关系判别电路和所述相位差信息提取电路；
所述电压信号采集及调理电路通过对匹配电路对多频换能器的工作电压信号进行采集，同样经过带通滤波和过零比较调理后，分别传送给所述相位位置关系判别电路和所述相位差信息提取电路；
所述相位位置关系判别电路对接收到的电流和电压信号进行电流电压相位的超前和滞后关系进行判断，并将判断结果传送给所述控制单元。
所述相位差信息提取电路对接收到的电流和电压信号进行相位差信息提取，并将提取结果传递给所述模数转换电路，所述模数转换电路将电流电压相位差信息转化为数字信号传送到所述控制单元；
所述控制单元包括控制芯片、按键、显示屏，
所述控制芯片分别与所述计算工作站、所述按键、所述显示屏电连接；
通过按键对多频超声电源的工作信息进行设置；
所述控制芯片根据所述按键输入的频率范围，控制信号发生及功放模块在设定频率范围内多频换能器进行频率扫描，根据所述扫描跟踪模块的反馈信号，确定所述多频换能器的工作频率；
所述控制芯片在工作时，实时监控所述频率扫描跟踪模块的反馈信号，当所述多频换能器的工作频率因外界因素和自身发热影响发生变化时，根据所述频率扫描跟踪模块的反馈信号，实时调整信号发生及功放模块的输出频率，使所述多频换能器工作在谐振频率上，并将实时的工作频率反馈给所述计算工作站，所述计算工作站根据反馈的工作频率对初始相位差、占空比和激振时间配比进行实时优化计算，并传递给控制芯片，所述控制芯片根据得到的实时对初始相位差、占空比和激振时间配比，控制信号发生及功放模块的电信号输出；
所述显示屏用于显示按键输入的频率搜索范围，实时工作频率、初始相位差、占空比、激振时间配比和工作时间参数。
2.根据权利要求1所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：
所述信号发生及功率放大模块包括：信号发生电路、功放驱动电路和功率放大电路；
所述信号发生电路接收所述控制单元传送的控制信号产生相应频率、占空比和具有初始相位的超声波信号；
所述功放驱动电路接收所述信号发生电路传送超声波信号，进行升压，提供驱动能量；
所述功率放大电路所述接收所述功放驱动电路提供的驱动能量，对超声信号进行功率放大，并将放大后的信号传送给所述匹配电路。
3.根据权利要求1所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：所述电流信号采集及调理电路包括电流采集模块和调理模块I，所述电流采集模块采用电流传感器，所述调理模块I采用带通滤波器和过零比较器。
4.根据权利要求1所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：所述电压信号采集及调理电路包括电压采集模块和调理模块II，所述电压采集模块采用电压传感器，所述调理模块I与调理模块II的结构相同。
5.根据权利要求1所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：所述相位位置关系判别电路采用D触发器。
6.根据权利要求1所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：所述相位差信号提取电路采用数字鉴相器。
7.根据权利要求1所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：所述电流反馈电路采用电流互感器。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2259362A2 (zh) * | 1974-01-30 | 1975-08-22 | Automation Ind Inc | |
| EP1238715A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-11 | Prokic Miodrag | Multifrequency ultrasonic structural actuators |
| CN203971212U (zh) * | 2014-04-28 | 2014-12-03 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 便携式可穿戴的超声理疗仪 |
| CN104753531A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-07-01 | 大连交通大学 | 一种复频超声波电源 |
| CN110537958A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-12-06 | 华南理工大学 | 一种基于频率及功率跟踪的超声手术刀系统及其控制方法 |
| CN113340689A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-03 | 西安交通大学 | 多频谐波叠加两阶段毫秒长超声脉冲组织毁损控制方法和系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204425320U (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-24 | 大连交通大学 | 复频超声波电源 |
| US20210101148A1 (en) * | 2019-10-07 | 2021-04-08 | Cornell University | Programmable ultrasonic field driven microfluidics |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2259362A2 (zh) * | 1974-01-30 | 1975-08-22 | Automation Ind Inc | |
| EP1238715A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-11 | Prokic Miodrag | Multifrequency ultrasonic structural actuators |
| CN203971212U (zh) * | 2014-04-28 | 2014-12-03 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 便携式可穿戴的超声理疗仪 |
| CN104753531A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-07-01 | 大连交通大学 | 一种复频超声波电源 |
| CN110537958A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-12-06 | 华南理工大学 | 一种基于频率及功率跟踪的超声手术刀系统及其控制方法 |
| CN113340689A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-03 | 西安交通大学 | 多频谐波叠加两阶段毫秒长超声脉冲组织毁损控制方法和系统 |
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