脉冲射流清洗剥离用数字式全智能超声波发生器及自动锁频方法

技术领域

本发明涉及超声波发生器，尤其是一种脉冲射流清洗剥离用数字式全智能超声波发生器及自动锁频方法。

背景技术

超声波发生器是脉冲水射流清洗剥离超声工业应用设备的重要组成部分，担负着向超声换能器及变幅杆负载提供超声频电能的作用，再经过变幅杆负载的电能机械能转换，将脉冲机械能传递给水射流，增强水射流的打击力，从而成倍的提高水射流的清洗剥离能力和效率。

目前，有一种利用模拟式自激式振荡电路超声波原理的超声波发生器，所采用的超声波发生器电路是上世纪90年代使用的自激式振荡电路，为了使超声变幅杆在最佳频率下工作并发挥超声脉冲谐振水射流加工的优越性，要求换能器振动系统工作在最佳的谐振状态。这种模拟式超声波发生器与换能器振动系统在工作前，需通过调节电源的电频率来满足系统处于共振的工作条件。但是在实际清洗剥离工作中，由于喷头负载的变化、如水射流压力、流量、靶距、系统发热等一系列因素的影响，使振动系统的固有频率发生变化，此时若不及时调整换能器的电频率，振动系统将工作在非谐振状态，从而使其输出振幅减小，影响清洗剥离质量，工作效率下降，当失谐严重时，还会损坏超声波设备及损伤被清洗剥离工件的基体。因此，这种电路主要有如下不足：1、每次更换水射流喷头、变幅杆、水射流压力等，要重新调整机器的工作频率(因为每个制作好的变幅杆频率都会有偏差，为达到与机器设备工作频率相同，需要人工手动调节超声波发生器的工作频率)，使用操作不便，操作员要有一定的工作经验和技术水平；2、振幅功率小，稳定性差，故障率高，维修率高；3、电能机械能转换效率低，损耗大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种脉冲射流清洗剥离用数字式全智能超声波发生器，以及一种相应的自动锁频方法，能够自动扫描脉冲水射流换能器及变幅杆负载的最佳谐振频率点并全范围跟踪谐振频率点变化进行自适应、自调整，跟踪最佳工作频率，锁频更加准确，使超声波换能器及变幅杆负载能根据水射流特性工作在谐振状态，从而提高脉冲射流清洗剥离超声波换能器的转换效率，使电路能够更加稳定和高效地工作。本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提出一种脉冲射流清洗剥离用数字式全智能超声波发生器，包括：

输入电源调压和/或稳压模块、微处理器控制模块、全桥整流滤波模块、高频逆变模块、超声波源频率产生模块、自动扫描锁频控制模块、振荡驱动模块、阻抗匹配模块、超声波功率控制模块、超声波输出模块；

所述输入电源调压和/或稳压模块连接全桥整流滤波模块，全桥整流滤波模块连接高频逆变模块，高频逆变模块连接超声波源频率产生模块和阻抗匹配模块；阻抗匹配模块连接超声波功率控制模块；微处理器控制模块连接超声波源频率产生模块和自动扫描锁频控制模块，自动扫描锁频控制模块连接超声波源频率产生模块；超声波源频率产生模块连接振荡驱动模块，振荡驱动模块连接超声波功率控制模块，超声波功率控制模块连接超声波输出模块。

进一步地，超声波输出模块用于连接换能器，换能器连接变幅杆负载；变幅杆负载安装在喷头中。

进一步地，所述微处理器控制模块包括微处理器及与微处理器连接的联机通信电路和PLC外设信号接口电路。

进一步地，所述微处理器控制模块还包括与微处理器连接的显示电路和按钮电路。

第二方面，本发明实施例还提出一种自动锁频方法，适用于如上文所述的脉冲射流清洗剥离用数字式全智能超声波发生器，

包括：脉冲射流宽频快速频率扫描方法，具体步骤包括：

根据脉冲射流换能器及变幅杆负载在固有频率预期的系统允许的工作最大工作频率范围内，以特定的频率扫描步长进行扫描，并采样谐振回路电流/电压数据；对采样到的数据利用数学分析方法去除异样点，再采用移动平均法对数据进行平滑，最后利用一阶导数为零的数学分析原理，得到数据曲线拐点；通过比较拐点数据得到拐点数据绝对值的最大值点即为谐振频率点，微处理器控制模块记忆并储存此谐振频率点参数，传输给自动扫描锁频控制模块，并在此谐振频率点驻点工作。

进一步地，所述方法还包括：脉冲射流窄频精准频率扫描方法，具体步骤包括：

以脉冲射流宽频快速频率扫描得到的谐振频率点为基准参数，在可以预期的系统工作时的最大频率漂移范围内，以特定的频率跟踪步长进行扫描，并采样谐振回路电流/电压数据；对采样到的数据利用数学分析方法去除异样点，再采用移动平均法对数据进行平滑，最后利用一阶导数为零的数学分析原理，得到数据曲线拐点；通过比较拐点数据得到拐点数据绝对值的最大值点即为谐振频率点，微处理器控制模块记忆并储存此谐振频率点参数，传输给自动扫描锁频控制模块，并在此谐振频率点驻点工作。

本发明的优点在于：

（1）采用稳压电源装置及电压调节装置，可根据脉冲水射流换能器及变幅杆负载调节相适应的稳定电源，给超声波发生器提供稳定的供电电源；

（2）采用微处理器控制模块实现全数字化智能控制，可自动扫描换能器及变幅杆负载工作谐振频率找到最佳谐振频率驻点工作，自动跟踪频率，能够准确找出谐振频率，并全范围跟踪谐振频率工作，大大提高了超声波发生器的工作效率和稳定性；

（3）预留通信接口、微处理器信号接口等，可方便的与外围智能机器人等自动化设备联机工作；可实时采样输出电流变换，自动调节输出功率，保持输出功率基本恒定。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明实施例中的自动锁频流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提出的一种脉冲射流清洗剥离用数字式全智能超声波发生器，包括：

输入电源调压和/或稳压模块、微处理器控制模块、全桥整流滤波模块、高频逆变模块、超声波源频率产生模块、自动扫描锁频控制模块、振荡驱动模块、阻抗匹配模块、超声波功率控制模块、超声波输出模块；

所述输入电源调压和/或稳压模块连接全桥整流滤波模块，全桥整流滤波模块连接高频逆变模块，高频逆变模块连接超声波源频率产生模块和阻抗匹配模块；阻抗匹配模块连接超声波功率控制模块；微处理器控制模块连接超声波源频率产生模块和自动扫描锁频控制模块，自动扫描锁频控制模块连接超声波源频率产生模块；超声波源频率产生模块连接振荡驱动模块，振荡驱动模块连接超声波功率控制模块，超声波功率控制模块连接超声波输出模块；

超声波输出模块用于连接换能器，换能器连接变幅杆负载；变幅杆负载安装在喷头中；

所述微处理器控制模块包括微处理器及与微处理器连接的联机通信电路和PLC外设信号接口电路；所述微处理器控制模块还包括与微处理器连接的显示电路和按钮电路；

所述微处理器控制模块控制超声波源频率产生模块产生超声波源频率信号，该源频率信号通过振荡驱动模块处理后输出给超声波功率控制模块，再由超声波功率控制模块输出给超声波输出模块；

所述输入电源调压和/或稳压模块，可根据脉冲水射流换能器及变幅杆负载调节相适应的稳定电源，给超声波发生器提供稳定的供电电源；

在一个实施例中，自动锁频方法包括：脉冲射流宽频快速频率扫描方法，具体步骤包括：

根据脉冲射流换能器及变幅杆负载在固有频率预期的系统允许的工作最大工作频率范围内，以特定的频率扫描步长进行扫描，并采样谐振回路电流/电压数据；对采样到的数据利用数学分析方法去除异样点，再采用移动平均法对数据进行平滑，最后利用一阶导数为零的数学分析原理，得到数据曲线拐点；通过比较拐点数据得到拐点数据绝对值的最大值点即为谐振频率点，微处理器控制模块记忆并储存此谐振频率点参数，传输给自动扫描锁频控制模块，并在此谐振频率点驻点工作；

其中谐振回路为变幅杆负载中的谐振回路；

具体的实现步骤如下：

步骤一，测定换能器及变幅杆负载的谐振频率（即固有频率），根据换能器及变幅杆负载的固有频率设置初始电源电压和频段；

步骤二，微处理器控制单元根据换能器及变幅杆负载的固有频率范围从最小值开始设置频率；

步骤三，逐渐增大频率，每增大一个频率后稳定时间T，经过时间T后所述的超声波源频率产生模块生成频率，然后进行相应的变幅杆负载的谐振回路电流/电压数据的采样；

步骤四，微处理器控制模块自动记入相应电压值和电流值，经过所述的微处理器控制模块数据处理后，得到谐振频率点，传输给自动扫描锁频控制模块；再通过超声波输出模块传输给换能器及变幅杆负载；

在另一个实施例中，自动锁频方法还包括：脉冲射流窄频精准频率扫描方法，具体步骤包括：

以脉冲射流宽频快速频率扫描得到的谐振频率点为基准参数，在可以预期的系统工作时的最大频率漂移范围内，以特定的频率跟踪步长进行扫描，并采样谐振回路电流/电压数据；对采样到的数据利用数学分析方法去除异样点，再采用移动平均法对数据进行平滑，最后利用一阶导数为零的数学分析原理，得到数据曲线拐点；通过比较拐点数据得到拐点数据绝对值的最大值点即为谐振频率点，微处理器控制模块记忆并储存此谐振频率点参数，传输给自动扫描锁频控制模块，并在此谐振频率点驻点工作。

应用时，所述脉冲射流宽频快步频率扫描用于超声波设备第一次使用或超声波配置有重大改变时使用；所述脉冲射流窄频精准频率扫描在超声波设备每次开机启动时使用。

通过本发明提供的脉冲射流清洗剥离用数字式智能超声波发生器及自动锁频方法能够准确找到超声波换能器负载的最佳谐振点，从而提高产品的性能。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。