專利名稱：自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲波發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于美容目的的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器。
背景技術(shù)：
超聲波技術(shù)的應(yīng)用大致可以分為兩類其中需要較大功率或相當(dāng)大功率的超聲波，利用超聲波反射、折射、聚束及定向等特性實(shí)現(xiàn)物體或物體變化的功率應(yīng)用稱為功率超聲，另一類利用超聲波采集信息，獲得信息應(yīng)用，稱為檢測(cè)超聲。特別是功率超聲，其應(yīng)用十分廣泛。從超聲清洗，超聲焊接到超聲加工，超聲醫(yī)療等，取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是，如果將功率超聲應(yīng)用于以美容為目的的設(shè)備中，就要求其超聲波發(fā)生器必須要具有以下四個(gè)顯著的特點(diǎn)(I)輸出功率可預(yù)置并具恒功率輸出，通過輸出功率的可預(yù)置實(shí)現(xiàn)超聲波輸出劑量的控制；應(yīng)用時(shí)，由于超聲波治療頭(即超聲換能器)即在皮膚表面不斷移動(dòng)，超聲波治療頭與皮膚接觸力度及接觸面耦合介質(zhì)粘稠度不斷改變，當(dāng)這些外在因素改變時(shí)，仍能保證超聲波發(fā)生器的輸出功率不變，實(shí)現(xiàn)預(yù)置功率下的恒功率輸出。(2)具有頻率自適應(yīng)功能，能隨著超聲換能器自身機(jī)械諧振頻率的變化自動(dòng)調(diào)整輸出頻率，保證超聲換能器以最大工作效率工作。(3)工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，用較少的部件，就能適應(yīng)各種不同的超聲波治療頭，有利于降低成本，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。(4)模塊化，能作為一種通用件，通過簡(jiǎn)單的接口關(guān)系，就可以直接被使用于各種以美容為目的的儀器設(shè)備中，從而降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，提高產(chǎn)品的研發(fā)速度和降低研發(fā)成本。圖I為應(yīng)用于超聲清洗、超聲焊接及超聲加工中的他激式傳統(tǒng)超聲波發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)圖，傳統(tǒng)超聲波發(fā)生器的電路其主要包括與220伏市電依次連接的整流濾波電路，橋式逆變器，阻抗匹配電路和超聲換能器，以及一振蕩及驅(qū)動(dòng)電路和一通過振蕩及驅(qū)動(dòng)電路與橋式逆變器相連的調(diào)頻電位器。整流濾波電路向橋式逆變器輸出310V直流電，振蕩及驅(qū)動(dòng)電路則向橋式逆變器中的功率開關(guān)管輸出控制信號(hào)，使橋式逆變器工作。橋式逆變器經(jīng)阻抗匹配電路連接到超聲換能器，從而由超聲換能器將電能量轉(zhuǎn)換為超聲波。從圖中可以看出，傳統(tǒng)超聲波發(fā)生器是采用調(diào)頻電位器來實(shí)現(xiàn)人工頻率調(diào)節(jié)，并且還可以通過一個(gè)負(fù)載指示百分表來監(jiān)控整個(gè)超聲波發(fā)生器的工作狀態(tài)。圖I所示傳統(tǒng)超聲波發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)，使用時(shí)，由于外在因素的影響，采用人工方法不能及時(shí)跟蹤到超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率，從而使得整個(gè)超聲波發(fā)生器的工作頻率極不穩(wěn)定，而且，只能手動(dòng)跟蹤而無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟蹤。同時(shí)，傳統(tǒng)的超聲波發(fā)生器還存在輸出功率無法預(yù)置輸出功率和實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出。而且，傳統(tǒng)超聲波發(fā)生器的非模塊化設(shè)計(jì)，無法實(shí)現(xiàn)利用上位機(jī)對(duì)其工作頻率和輸出功率進(jìn)行控制的功能，因此增加了二次開發(fā)的成本，同時(shí)也無法直接應(yīng)用于以美容為目的的儀器設(shè)備上。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供不但可以自動(dòng)跟蹤超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率，而且可以預(yù)置輸出功率和實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出，同時(shí)電路結(jié)構(gòu)還模塊化，還可利用上位機(jī)對(duì)其工作頻率和輸出功率進(jìn)行控制的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案內(nèi)容具體如下自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，包括整流濾波電路、設(shè)有第一功率開關(guān)管的半橋 式逆變器、阻抗匹配電路、超聲換能器和振蕩與驅(qū)動(dòng)電路；220伏市電、整流濾波電路、半橋式逆變器、阻抗匹配電路和超聲換能器依次電性相連；所述振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端電性連接所述第一功率開關(guān)管；另外，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率的功能，本實(shí)用新型的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器還包括一頻率自動(dòng)控制反饋回路；所述頻率自動(dòng)控制反饋回路的輸入端電性連接阻抗匹配電路和超聲換能器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。具體地，所述頻率自動(dòng)控制反饋回路包括電流檢測(cè)電路、頻率調(diào)節(jié)電路、以及設(shè)有頻率跟蹤信號(hào)輸出端和電流檢測(cè)輸入端的微處理器；所述頻率跟蹤信號(hào)輸出端通過頻率調(diào)節(jié)電路電性連接振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所述電流檢測(cè)電路的輸入端電性連接阻抗匹配電路和超聲換能器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接所述電流檢測(cè)輸入端。為了可以預(yù)置輸出功率和實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出，本實(shí)用新型的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器還包括一電壓檢測(cè)控制電路；所述電壓檢測(cè)控制電路包括電壓檢測(cè)電路、設(shè)有電壓信號(hào)反饋端的調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路和設(shè)有第二功率開關(guān)管的直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路；所述整流濾波電路通過所述直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路電性連接半橋式逆變器；所述微處理器還設(shè)有電壓預(yù)置信號(hào)輸出端；所述電壓預(yù)置信號(hào)輸出端通過調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路電性連接所述第二功率開關(guān)管；電壓檢測(cè)電路的輸入端電性連接直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路與半橋式逆變器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接所述電壓信號(hào)反饋端。為了可以設(shè)定微處理器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本實(shí)用新型的超聲波發(fā)生器的工作頻率和輸出功率進(jìn)行控制，所述微處理器還設(shè)有通訊端；所述通訊端可通過一串行通訊接口電性連接一上位機(jī)。具體地，所述半橋式逆變器為雙電容式半橋逆變器。具體地，所述第一功率開關(guān)管為絕緣柵雙極型功率開關(guān)管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型產(chǎn)生了如下有益效果本實(shí)用新型的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器通過設(shè)置頻率自動(dòng)控制反饋回路實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率的功能；通過設(shè)置電壓檢測(cè)控制電路實(shí)現(xiàn)了預(yù)置輸出功率和實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出的功能；通過設(shè)置串行通訊接口，實(shí)現(xiàn)可利用上位機(jī)對(duì)超聲波發(fā)生器的工作頻率和輸出功率進(jìn)行控制的功能。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

[0022]圖I為應(yīng)用于超聲清洗、超聲焊接及超聲加工中的他激式傳統(tǒng)超聲波發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)圖；[0023]圖2為本實(shí)用新型的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器較優(yōu)選實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型的超聲換能器的電流-頻率特性曲線圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，本實(shí)用新型的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，包括整流濾波電路、設(shè)有第一功率開關(guān)管的半橋式逆變器、阻抗匹配電路、超聲換能器和振蕩與驅(qū)動(dòng)電路；220伏市電、整流濾波電路、半橋式逆變器、阻抗匹配電路和超聲換能器依次電性相連；所述振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端電性連接所述第一功率開關(guān)管；另外，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率的功能，本實(shí)用新型的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器還包括一頻率自動(dòng)控制反饋回路；所述頻率自動(dòng)控制反饋回路的輸入端電性連接阻抗匹配電路和超聲換能器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。具體地，所述頻率自動(dòng)控制反饋回路包括電流檢測(cè)電路、頻率調(diào)節(jié)電路、以及設(shè)有頻率跟蹤信號(hào)輸出端和電流檢測(cè)輸入端的微處理器；所述頻率跟蹤信號(hào)輸出端通過頻率調(diào)節(jié)電路電性連接振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所述電流檢測(cè)電路的輸入端電性連接阻抗匹配電路和超聲換能器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接所述電流檢測(cè)輸入端。具體地，所述半橋式逆變器為雙電容式半橋逆變器。具體地，所述第一功率開關(guān)管為絕緣柵雙極型功率開關(guān)管。其中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率的功能的具體工作原理為本實(shí)施例中，采用微處理器，電流檢測(cè)電路，頻率調(diào)節(jié)電路和振蕩及驅(qū)動(dòng)電路配合雙電容式半橋逆變器對(duì)超聲換能器的工作電流以及超聲換能器振動(dòng)系統(tǒng)的振幅、頻率隨負(fù)載的變化情況進(jìn)行測(cè)量和分析，進(jìn)而找出超聲換能器工作電流的振幅與超聲波發(fā)生器的頻率之間的一一對(duì)應(yīng)的單調(diào)關(guān)系。當(dāng)超聲換能器處于諧振狀態(tài)時(shí)，其工作電流的振幅最大，即此時(shí)超聲換能器的工作電流也最大。也就是說，只要電流檢測(cè)電路搜索到超聲換能器的最大工作電流，也就找到了諧振頻率點(diǎn)。因此，本實(shí)施例通過微處理器采用變頻搜索的方式，使得超聲換能器的工作電流總是保持最大值，從而保證超聲換能器總是工作在諧振狀態(tài)。具體實(shí)現(xiàn)過程為首先利用電流檢測(cè)電路對(duì)超聲換能器的工作電流進(jìn)行在線采樣、辨識(shí)，通過A/D轉(zhuǎn)換之后，微處理器進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)檢測(cè)到的電流值計(jì)算出頻率改變量，之后將這個(gè)頻率信號(hào)經(jīng)頻率調(diào)節(jié)電路進(jìn)行同步處理，發(fā)出兩路頻率相同、相位相差180度并且?guī)в兴绤^(qū)的PWM信號(hào)，再通過振蕩與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙電容式半橋逆變器的絕緣柵雙極型功率開關(guān)管，從而達(dá)到雙電容式半橋逆變器的工作頻率與超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率一致的目的，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率的功能。由于超聲換能器的性能一致性較差，其精確數(shù)學(xué)模型的建立比較困難，本實(shí)施例中只需選擇頻率作為主控制參數(shù)，控制頻率自動(dòng)控制反饋回路的輸出變量為頻率變量Af(其中，Af=f0- fs，fo為雙電容式半橋逆變器的實(shí)際工作頻率，fs為超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率)，輸入變量為電流變量Λ I (其中，AI=I0-Is, Io為超聲換能器的實(shí)際工作電流，Is為超聲換能器的最大工作電流)或ei (其中，θ =ΔΙ/Δ f，)。圖3為超聲換能器的電流一頻率特性曲線圖，由圖3可知，諧振點(diǎn)在(f=fs, I=Is)。假設(shè)開始時(shí)設(shè)定雙電容式半橋逆變器的工作頻率fo在諧振點(diǎn)左邊，即比諧振頻率小，那么增加工作頻率，而且由于此時(shí)工作頻率fo距離諧振頻率較遠(yuǎn)，所以頻率變量Af取值較大，因此電流能夠迅速增加，隨著電流向諧振點(diǎn)處的最大工作電流靠近，逐漸減少，當(dāng)電流達(dá)到最大值時(shí)Af =0 ;當(dāng)工作頻率fo繼續(xù)增加，工作電流Io又會(huì)由最大值變小，形成圖3中的波動(dòng)過程；而ei起初為一較大的正值，隨著工作頻率fo增加而線性減少，到諧振點(diǎn)時(shí)為零，之后變?yōu)樨?fù)值，到達(dá)規(guī)定的切換值時(shí)，工作頻率fo立即以同一速度反向變化。由于工作頻率fo減少，所以電流變量又增加，ei逐漸由負(fù)變回正值，輸出再次逐漸增加到最大值。另外，為了可以預(yù)置輸出功率和實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出，本實(shí)用新型的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器還包括一電壓檢測(cè)控制電路；所述電壓檢測(cè)控制電路包括電壓檢測(cè)電路、設(shè)有電壓信號(hào)反饋端的調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路和設(shè)有第二功率開關(guān)管的直流斬波調(diào)壓或穩(wěn) 壓電路；所述整流濾波電路通過所述直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路電性連接半橋式逆變器；所述微處理器還設(shè)有電壓預(yù)置信號(hào)輸出端；所述電壓預(yù)置信號(hào)輸出端通過調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路電性連接所述第二功率開關(guān)管；電壓檢測(cè)電路的輸入端電性連接直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路與半橋式逆變器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接所述電壓信號(hào)反饋端。本實(shí)施例的電壓檢測(cè)控制電路通過PWM控制直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路來實(shí)現(xiàn)輸出功率預(yù)置和恒定，具體是利用微處理器接受上位機(jī)的功率預(yù)置值并將其轉(zhuǎn)換為模擬量傳送給調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路，然后再利用調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路通過電壓檢測(cè)電路取得的直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路輸出電壓的反饋值與該模擬量進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM的占空比來控制直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路的第二功率開關(guān)管以實(shí)現(xiàn)直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路輸出電壓調(diào)節(jié)和恒定，最終實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出。同時(shí)，自動(dòng)跟蹤超聲換能器機(jī)械諧振頻率的軟件部分是安裝在所述微處理器中，并采用模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，根據(jù)功能要求，將軟件部分分成以下幾個(gè)模塊系統(tǒng)初始模塊，信號(hào)采集及歸一化模塊，模擬推理模塊，控制量清晰化模塊，上位機(jī)通訊模塊以及輸出電壓預(yù)置模塊。通過串行通訊接口就可以直接通過上位機(jī)去設(shè)定所述微處理器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)利用上位機(jī)對(duì)超聲波發(fā)生器的工作頻率和輸出功率進(jìn)行控制的功能。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，作出其他各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，包括整流濾波電路、設(shè)有第一功率開關(guān)管的半橋式逆變器、阻抗匹配電路、超聲換能器和振蕩與驅(qū)動(dòng)電路；220伏市電、整流濾波電路、半橋式逆變器、阻抗匹配電路和超聲換能器依次電性相連；所述振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端電性連接所述第一功率開關(guān)管；其特征在于還包括一頻率自動(dòng)控制反饋回路；所述頻率自動(dòng)控制反饋回路的輸入端電性連接阻抗匹配電路和超聲換能器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。
2.如權(quán)利要求I所述的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，其特征在于所述頻率自動(dòng)控制反饋回路包括電流檢測(cè)電路、頻率調(diào)節(jié)電路、以及設(shè)有頻率跟蹤信號(hào)輸出端和電流檢測(cè)輸入端的微處理器；所述頻率跟蹤信號(hào)輸出端通過頻率調(diào)節(jié)電路電性連接振蕩與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所述電流檢測(cè)電路的輸入端電性連接阻抗匹配電路和超聲換能器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接所述電流檢測(cè)輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，其特征在于還包括一電壓檢測(cè)控制電路；所述電壓檢測(cè)控制電路包括電壓檢測(cè)電路、設(shè)有電壓信號(hào)反饋端的調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路和設(shè)有第二功率開關(guān)管的直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路；所述整流濾波電路通過所述直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路電性連接半橋式逆變器；所述微處理器還設(shè)有電壓預(yù)置信號(hào)輸出端；所述電壓預(yù)置信號(hào)輸出端通過調(diào)壓控制與驅(qū)動(dòng)電路電性連接所述第二功率開關(guān)管；電壓檢測(cè)電路的輸入端電性連接直流斬波調(diào)壓或穩(wěn)壓電路與半橋式逆變器間的連接節(jié)點(diǎn)，輸出端電性連接所述電壓信號(hào)反饋端。
4.如權(quán)利要求3所述的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，其特征在于所述微處理器還設(shè)有通訊端；所述通訊端可通過一串行通訊接口電性連接一上位機(jī)。
5.如權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，其特征在于所述半橋式逆變器為雙電容式半橋逆變器。
6.如權(quán)利要求5所述的自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，其特征在于所述第一功率開關(guān)管為絕緣柵雙極型功率開關(guān)管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器，其包括整流濾波電路、設(shè)有第一功率開關(guān)管的半橋式逆變器、阻抗匹配電路、超聲換能器、振蕩與驅(qū)動(dòng)電路、頻率自動(dòng)控制反饋回路、電壓檢測(cè)控制電路和串行通訊接口；該自動(dòng)掃頻智能化超聲波發(fā)生器通過設(shè)置頻率自動(dòng)控制反饋回路實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤超聲換能器自身的機(jī)械諧振頻率的功能；通過設(shè)置電壓檢測(cè)控制電路實(shí)現(xiàn)了預(yù)置輸出功率和實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出的功能；通過設(shè)置串行通訊接口，實(shí)現(xiàn)可利用上位機(jī)對(duì)超聲波發(fā)生器的工作頻率和輸出功率進(jìn)行控制的功能。
文檔編號(hào)B06B1/02GK202356278SQ201120532428
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者黃雪晨 申請(qǐng)人:廣州市美銳美容健康設(shè)備實(shí)業(yè)有限公司