超声波换能器谐振频率跟踪方法分析

　　超声波是一种能量存在的方式，超声波通过高频的振动作用于水介质，从而产生超声空化效应，这种空化效应已经在超声波清洗中得到应用，或者超声波作用于传声媒介当中，能够引起媒介之间发生不同的效应，已经在基础学科研究和工程应用开发都表示出非常广阔的应用前景【l，ZJ。按照超声波研究内容上划分，可以分为功率超声和检测超声两大领域【3儿4l。检测超声是工业及医学检查的一种方法之一，也被认为是弱超声的“被动应用”，功率超声主要是通过超声接触对接触面进行高频的振动摩擦，以改变介质的一些特性，所以功率超声也被称为“主动应用”【5】。本课题主要是针对功率超声波换能器进行研究。超声波的产生主要依靠的是超声波换能器。超声波换能器是一种能够进行机、电能量或者声、电能量转换的器件。对于功率超声换能器而言，换能器通过压电材料的压电效应将输入的高频电能转换成高频振动的机械能量。换能器的种类有很多，应用的领域也不相同，如磁致伸缩超声换能器【6J，压电陶瓷换能器等等。目前研究最为广泛的是压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器是依靠压电陶瓷的压电效应及逆压电效应来实现能量的转换【7J。压电陶瓷的压电效应是由它的内部结构引起的，压电材料主要有钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸钾钠、钛酸铅等【引。这些电介质在某一恰当的方向施加一定的外力时，会引起内部电极分布状态发生改变，在介质的相对表面上会出现和外力成正比且极性相反的带电电荷，这种由外力引起的电介质的现象叫做压电效应［91。相反，若在电介质上某一恰当的方向加上一定强度的外电场时，会引起电介质内部电极分布发生相应的变化，从而产生和外电场强度成正比的应变效应，这种由于外电场引起的电介质的应变现象叫做逆压电效应¨…。功率超声换能是超声学领域中一个重要的分支学科。本课题主要针对压电陶瓷式功率超声波换能器展开研究。 20世纪初期超声波技术开始出现，而我国50年代才开始进行大功率超声的研究【11】。随着科学技术的发展特别是电子技术的发展，如单片机、DSP、FPFA等微处理器得快速发展，微处理器功能越来越强大，运算速度越来也快，以及IGBT、 MOSFET等功率器件的快速发展，功率器件的容量不断的增加，响应速度不断的提高。对超声波发生器的要求也越来越高，体积越来越小，功能越来越强大，越来越智能，可靠性进一步提高。

　　为了有效地实现换能器运行，须有一套良好的变频装置作为换能器的电源，目前针对换能器发生器电源可以分为两种：一种是自激式的发生器，另一种是它激式的发生器。它激式发生器相对于自激式发生器而言体积小、质量轻、功率强、功率连续可调、控制更灵活。