一種基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于可變電容的超聲波電源設(shè)備，其使用數(shù)字控制技術(shù)來實現(xiàn)多路開關(guān)投切電容器，利用電平轉(zhuǎn)換電路、邏輯控制芯片、光耦、四個投切電路組成數(shù)字輸出接口電路，通過控制數(shù)字輸出接口電路中多路繼電器的開閉，來改變和超聲波振子串聯(lián)的電容容量，以此獲得最佳的諧振電容容量、改變超聲波振子的諧振工作頻率點，提高磁滯超聲振子的清洗能力。
【專利說明】—種基于可變電容的超聲波電源設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁滯超聲波【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于可變電容的超聲波電源設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]磁滯超聲材料由于其特有的等效電感特性，需要外接電容來實現(xiàn)提供諧振回路，現(xiàn)有的設(shè)備都是提供一個固定電容來實現(xiàn)諧振，諧振電容一旦設(shè)定，則其諧振頻率也就固定，其工作點也基本固定。但是當在清潔對象或者超聲材料自身特性參數(shù)發(fā)生變化時，此諧振點并不一定是最佳工作點，可能需要進行一個比較大的調(diào)整才能達到最佳的效果?，F(xiàn)有設(shè)備在設(shè)定一個工作點后，就無法調(diào)整，無法實現(xiàn)通過改變諧振電容來改變工作點的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于可變電容的超聲波電源設(shè)備，其通過控制多路繼電器的開閉，來改變和超聲波振子串聯(lián)的電容容量，以此獲得最佳的諧振電容容量，提高磁滯超聲振子的清洗能力。
[0004]本發(fā)明的一種基于可變電容的超聲波電源設(shè)備，其包括:供電變壓器、整流電源、可控硅、可控硅驅(qū)動電路、數(shù)字控制板、上位機、數(shù)字輸出接口電路以及四路投切電路，其中上位機包括PC機或人機界面HMI產(chǎn)品；
[0005]供電變壓器、整流電源、可控硅依次相接，用于為與可控硅外接的磁滯超聲波振子輸出可控電源；
[0006]數(shù)字控制板、可控硅驅(qū)動電路、可控硅依次相接，用于控制可控硅在給定的工作頻率下工作；
[0007]上位機與數(shù)字控制板連接，通過上位機修改系統(tǒng)自動掃描參數(shù)，數(shù)字控制板根據(jù)該自動掃描參數(shù)改變所述可控電源的工作頻率，為可控硅提供變動的工作頻率；
[0008]數(shù)字輸出接口電路包括；電平轉(zhuǎn)換電路、邏輯控制芯片、四路光耦；
[0009]四路投切電路以并聯(lián)方式連接到外接的磁滯超聲波振子上，其中每路包括:一個繼電器和一個電容；四個繼電器分別用來控制與之連接電容是否接入磁滯超聲波振子作為磁滯超聲波振子的諧振電容，四個電容的電容容量分別為C、2C、3C、4C，其中C = 2μ F ;
[0010]數(shù)字控制板的3.3V輸出經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換5V邏輯電壓，然后邏輯控制芯片利用該5V邏輯電壓驅(qū)動四路光耦，該四路光耦的輸出對應(yīng)控制四個繼電器的開閉；
[0011]進一步的，
[0012]該數(shù)字控制板上自帶FLASH芯片，該FLASH芯片用于記錄自動掃描的工作頻率和工作諧振電容的個數(shù)；
[0013]上位機與數(shù)字控制電路板連接，用于通過該上位機更新所述工作頻率，并將更新后的工作頻率和工作諧振電容的個數(shù)保存于所述FLASH芯片上；
[0014]所述工作頻率包括:每次跳動頻率數(shù)值a、頻率變化的時間間隔b、頻率輸出的上限值C和下限值d;
[0015]其工作步驟如下:
[0016]通過上位機設(shè)置工作頻率和四路投切電路的開閉，獲得超聲波電源設(shè)備的工作頻率和諧振電各;
[0017]在該諧振電容下，可控硅從頻率輸出的上限值c開始工作，工作一個b時間后，工作頻率由c變?yōu)閏+l*a，經(jīng)過η個b時間后，工作頻率由c變?yōu)閏+n*a，直到工作頻率變?yōu)橄孪拗瞪焦ぷ饕粋€b時間后，工作頻率由d變?yōu)閐_l*a，經(jīng)過η個b時間后，工作頻率由c變?yōu)閐_n*a，直到工作頻率變?yōu)樯舷拗礲，如此往復(fù)工作。
[0018]進一步的，所述四路投切電路不允許全部開路，共獲得15種電容容量值。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]本發(fā)明通過控制多路繼電器的開閉來改變和超聲波振子串聯(lián)的電容容量，以此獲得最佳的諧振電容容量，并通過軟件將此設(shè)置固化在FLASH中。通過此發(fā)明可以方便用戶靈活設(shè)置與振子串聯(lián)的電容容量大小，改變了磁滯超聲材料諧振工作點，提高了磁滯超聲振子的清洗能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的GPIO接口控制示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的可變諧振電容的連接電路示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的DSP與FLASH連接示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的系統(tǒng)配置軟件接口示意界面。
【具體實施方式】
[0026]圖1是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備示意圖。如圖1所示，超聲波電源的脈沖電源輸出連接到超聲波振子時，一般都使用了諧振電容。本發(fā)明就是提出了一種通過開關(guān)投切電容來改變諧振電容容量的方法。本控制系統(tǒng)基于DSP控制系統(tǒng)，其中DSP芯片使用TI公司的TMS320F28335芯片，外接FLASH芯片來存儲系統(tǒng)運行參數(shù)。使用四個GOIO 口來實現(xiàn)投切開關(guān)的控制，使用光耦隔離驅(qū)動脈沖變壓器來驅(qū)動可控硅。
[0027]該發(fā)明中還涉及一種自動掃頻的超聲波電源設(shè)備，其自動掃頻技術(shù)需要三個參數(shù):每次跳動頻率數(shù)值；頻率變化的時間間隔；頻率輸出的上限和下限值。掃頻頻率和定時器精度設(shè)定:采用TI公司的數(shù)字控制板(DSP)TMS320F28335，外部時鐘30M，分頻后內(nèi)部時鐘為150M，用來作為外部脈沖工作設(shè)定頻率的時鐘為37.5M，在輸出電源頻率范圍為10-20KHZ內(nèi)，其精度可以達到0.01Hz。也就是可以非常精確的對外部磁滯超聲材料特性進行掃頻測試。
[0028]該自動掃頻的超聲波電源設(shè)備采用數(shù)字控制技術(shù)，提供一個外部軟件接口，從PC機或者其他HMI設(shè)備上來修改和設(shè)定工作頻率。讓用戶根據(jù)實際使用需要來設(shè)定這三個參數(shù)，方便用戶使用，通信接口使用SCI和CAN。由于使用了數(shù)字控制系統(tǒng)，相比模擬系統(tǒng)而言，其頻率精度不受溫度或者器件老化的影響，控制非常精確。同時DSP的內(nèi)部定時器可以設(shè)置的重復(fù)周期值從Ius到10s，其計時精度可以達到lus。
[0029]然后使用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)上述功能參數(shù)的設(shè)定和存儲。提供上位機接口軟件，可以方便用戶輸入上述接口參數(shù)。下位機則使用FLASH來存儲參數(shù)，DSP每次運行時都從FLASH中讀取上述參數(shù)來運行，然后自動在給定的頻率范圍內(nèi)，按照規(guī)定的頻率間隔改變輸出的電源頻率。用戶可以方便用戶根據(jù)具體環(huán)境，來設(shè)定不同參數(shù)的自動掃頻，以達到最好的清潔效果。DSP外接FLASH芯片，可以存儲上述參數(shù)。當系統(tǒng)正常運行時，則可以從FLASH中將參數(shù)讀出到RAM中，下次運行時就按照讀出的參數(shù)來控制程序的運行流程。
[0030]DSP通過MAX232接口轉(zhuǎn)換芯片與PC機相接，在PC機上開發(fā)專用的軟件，方便用戶根據(jù)需要來修改運行參數(shù)，修改后的參數(shù)通過PC機的串行口發(fā)送到下位的DSP芯片，存儲在FLASH芯片中。
[0031 ] 設(shè)計可控硅驅(qū)動電路驅(qū)動可控硅，效果較佳的設(shè)計高頻脈沖變壓器接口電路來驅(qū)動可控硅。DSP的PWM脈沖輸出連接高頻脈沖變壓的前端，其后端則驅(qū)動可控硅。
[0032]圖2是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的GPIO接口控制示意圖。如圖2所示，使用基于TI公司的TMS320F28335DSP的數(shù)字控制技術(shù)來控制投切開關(guān)。使用DSP的四路GPIO 口作為輸出控制接口，來控制四路板載繼電器的開閉。GPIO的3.3V輸出經(jīng)過74LS16425芯片轉(zhuǎn)換為5V邏輯，然后通過邏輯控制芯片UCC24273來驅(qū)動光耦的前端，光耦HCPL3124的后端輸出直接用來控制投切開關(guān)的控制線圈。
[0033]圖3是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的可變諧振電容的連接電路示意圖。如圖3所示，每路繼電器串接一個電容，電容容量按照C( = 2uF), 2C, 4C, 8C來配置，總共可以得到15種電容容量值(不允許全部開路)。
[0034]用戶數(shù)據(jù)可以通過RS232接口傳遞到DSP來，DSP則將參數(shù)寫到FLASH中，這樣參數(shù)就可以一直保存。下次運行時，DSP就從FLASH中讀取數(shù)據(jù)。圖4是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的DSP與FLASH連接示意圖。
[0035]圖5是本發(fā)明的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備的系統(tǒng)配置軟件接口示意界面。如圖5所示，開發(fā)了在PC或者HMI上使用的軟件接口，方便用戶設(shè)置不同的電容值。用戶界面提供了參數(shù)(OutputCap)可以供用戶來設(shè)置串聯(lián)的電容大小，每個二進制變量O代表斷開，I代表合上。設(shè)置完成后可以使用FLASH來存儲此配置值，下次運行時，DSP從FLASH中讀出開關(guān)配置值，作為下次運行的狀態(tài)量。
[0036]具體使用方式如下:
[0037]掃頻頻率上限(UpperFreq):6kHz ；
[0038]掃頻頻率下限(CutoffFreq): 20kHz ；
[0039]掃頻的跳動頻率值(HopFreq): 500Hz ；
[0040]調(diào)頻時間(FreqHopTime):1OOms ；
[0041]諧振電容(OutputCap): 0101 ；
[0042]超聲波會在6kHz的頻率點上工作100ms，然后下一次工作頻率為6k+500Hz，工作100ms，如此下去直到工作頻率20kHz，工作IOOms秒后，工作頻率則自動減小為20k-500Hz, 一直減小到6kHz。如此往復(fù)工作。這樣超聲波的工作頻率就在一個很寬的范圍內(nèi)變動，達到可以清洗各種不同污垢的目的。
[0043]除去可以改變外部電源的工作頻率之外，還可以通過改變諧振電容的大小。例如上述設(shè)置為0101，表示諧振電容為2C+8C= 10C，這樣就可以再更將廣泛的情況提高系統(tǒng)的清洗能力。
[0044]當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于可變電容的超聲波電源設(shè)備，其特征在于，包括:供電變壓器、整流電源、可控硅、可控硅驅(qū)動電路、數(shù)字控制板、上位機、數(shù)字輸出接口電路以及四路投切電路，其中上位機包括PC機或人機界面HMI產(chǎn)品； 供電變壓器、整流電源、可控硅依次相接，用于為與可控硅外接的磁滯超聲波振子輸出可控電源； 數(shù)字控制板、可控硅驅(qū)動電路、可控硅依次相接，用于控制可控硅在給定的工作頻率下工作； 上位機與數(shù)字控制板連接，通過上位機修改系統(tǒng)自動掃描參數(shù)，數(shù)字控制板根據(jù)該自動掃描參數(shù)改變所述可控電源的工作頻率，為可控硅提供變動的工作頻率； 數(shù)字輸出接口電路包括；電平轉(zhuǎn)換電路、邏輯控制芯片、四路光耦； 四路投切電路以并聯(lián)方式連接到外接的磁滯超聲波振子上，其中每路包括:一個繼電器和一個電容；四個繼電器分別用來控制與之連接電容是否接入磁滯超聲波振子作為磁滯超聲波振子的諧振電容，四個電容的電容容量分別為C、2C、3C、4C，其中C = 2 μ F ; 數(shù)字控制板的3.3V輸出經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換5V邏輯電壓，然后邏輯控制芯片利用該5V邏輯電壓驅(qū)動四路光耦，該四路光耦的輸出對應(yīng)控制四個繼電器的開閉； 進一步的， 該數(shù)字控制板上自帶FLASH芯片，該FLASH芯片用于記錄自動掃描的工作頻率和工作諧振電容的個數(shù)； 上位機與數(shù)字控制電路板連接，用于通過該上位機更新所述工作頻率，并將更新后的工作頻率和工作諧振電容的個數(shù)保存于所述FLASH芯片上； 所述工作頻率包括:每次跳動頻率數(shù)值a、頻率變化的時間間隔b、頻率輸出的上限值c和下限值d; 其工作步驟如下: 通過上位機設(shè)置工作頻率和四路投切電路的開閉，獲得超聲波電源設(shè)備的工作頻率和諧振電容； 在該諧振電容下，可控硅從頻率輸出的上限值c開始工作，工作一個b時間后，工作頻率由c變?yōu)閏+l*a，經(jīng)過η個b時間后，工作頻率由c變?yōu)閏+n*a，直到工作頻率變?yōu)橄孪拗礵，工作一個b時間后，工作頻率由d變?yōu)閐-l*a，經(jīng)過η個b時間后，工作頻率由c變?yōu)閐-n*a，直到工作頻率變?yōu)樯舷拗礲，如此往復(fù)工作。
2.如權(quán)利要求1所述的基于可變電容的超聲波電源設(shè)備，其特征在于， 所述四路投切電路不允許全部開路，共獲得15種電容容量值。
【文檔編號】B08B3/12GK104001691SQ201410205610
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】沈孟良, 張波濤 申請人:沈孟良