[发明专利]一种超声换能器的驱动方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声驱动领域，更具体地说，涉及一种超声换能器的驱动方法及装置。

背景技术

随着科技的发展，超声被应用在各种加工行业，如：超声焊线机、超声清洗机、超声洁牙等等。超声是由超声驱动系统产生的电信号通过超声换能器转换得到，因此如何使超声换能器转换效率更高、转换能量更稳定、使用寿命更长成为超声驱动系统发展的必然趋势。

目前，超声驱动系统主要由处理器、信号生成及功率放大、反馈信号采集三部分组成。其中，信号生成及功率放大部分用于生成一定频率的信号、并对该信号进行功率放大；目前基本采用DSP、单片机内部集成的PWM或DAC(Digital to analog converter，数模转换器)产生PWM或正弦波，也有采用PWM集成芯片产生PWM波，然后经过功放电路进行放大，最终输出驱动超声换能器的电信号。反馈信号采集部分用于采集加载在超声换能器上的电压及电流信号，通过这些信号对信号生成的频率及放大倍数进行调整。目前主要采用信号整形滤波的方法将反馈的正弦波或方波转换成直流信号进行采集。存在的问题是，输出超声能量不稳定、能量转换效率低、超声换能器使用寿命低等，这些问题主要是因为超声换能器没有一直处在谐振频率点工作，而谐振频率点是超声换能器阻抗最小机械振动最大的频率点，其工作期间能量转换效率高、阻抗变化小及发热量少。由于超声换能器的谐振频率点会随温度、外界压力等因素变化而变化，因此在工作时其谐振点也在不断变化。目前国内一些超声驱动系统虽然也具有谐振点频率自动跟踪功能但大多是基于电流最大的方法，用扫频的方式得到不同频率点的电流值，并求出其最大电流的频率点作为谐振点，因此跟踪速度慢，无法满足高速度、高稳定性的要求，尤其是应用在高速焊线机中。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述扫频方式跟踪速度慢、转换效率低的缺陷，提供一种跟踪速度较快、转换效率较高的超声换能器的驱动方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超声换能器的驱动方法，包括如下步骤：

A)系统初始化；

B)判断是否收到上位机指令，如是，执行步骤C)；否则，执行步骤D)；

C)对所述上位机指令进行解码，并执行相应处理程序；

D)判断焊线标志位是否为第一设定值，如是，执行步骤E)；否则，将超声输出设置为零并返回步骤B)；

E)输出超声驱动信号；

F)判断所述超声驱动信号的功率是否大于零，如是，执行步骤G)；否则，返回步骤B)；

G)对所述超声换能器的谐振点频率进行跟踪，并依据谐振频率点阻抗值调整所述超声驱动信号的电压值。

在本发明所述的超声换能器的驱动方法中，所述步骤C)进一步包括：

C1)对所述上位机指令进行解码；

C2)判断解码后的指令码是否为系统设置指令程序，如是，设置额定功率及失线检测灵敏度并执行步骤D)；否则，执行下一步骤。

在本发明所述的超声换能器的驱动方法中，所述步骤C)还包括：

C3)判断解码后的指令码是否为校验指令程序，如是，通过扫频找出所述超声换能器的谐振频率及阻抗并执行步骤D)；否则，执行下一步骤。

在本发明所述的超声换能器的驱动方法中，所述步骤C)还包括：

C4)判断解码后的指令码是否为启用或停用失线检测指令程序，如是，开始启用或停用失线检测功能并执行步骤D)；否则，执行下一步骤。

在本发明所述的超声换能器的驱动方法中，所述步骤C)还包括：

C5)判断解码后的指令码是否为焊线开始指令程序，如是，将所述焊线标志位置为所述第一设定值并执行步骤D)；否则，执行下一步骤。

在本发明所述的超声换能器的驱动方法中，所述步骤C)还包括：

C6)判断解码后的指令码是否为焊线停止指令程序，如是，将所述焊线标志位置为所述第二设定值并执行步骤D)；否则，执行步骤D)。

在本发明所述的超声换能器的驱动方法中，所述步骤G)进一步包括：

G1)采集所述超声换能器的电流及电压信号；

G2)对所述电流及电压信号进行处理得到相位差方向信号；

G3)依据所述相位差方向信号调整所述超声驱动信号的输出频率；

G4)对所述电流及电压信号进行处理并得到谐振点阻抗；

G5)依据所述谐振点阻抗调整所述电压。

本发明还涉及一种实现上述超声换能器的驱动方法的装置，包括：