[发明专利]一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统

权利要求书

1.一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：包括：多频超声电源、多频换能器和计算工作站；

所述多频超声电源产生并输出频率可调整的多频电信号；

所述多频换能器接收所述多频超声电源传送的多频电信号，并将多频电信号转换为相应频率的机械振动信号，进行残余应力去除；

所述计算工作站根据得到的多频换能器的工作频率，及对应工作频率下的标定超声振幅，计算所述多频换能器各工作频率的初始相位差、占空比和激振时间配比，并传送给所述多频超声电源，实现多频换能器输出的超声振动在被去除残余应力的工件中传播时能量分布均匀。

2.根据权利要求1所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：

所述多频超声电源包括控制单元、信号发生及功率放大模块、频率扫描跟踪模块和匹配电路；

所述频率扫描跟踪模块接收所述匹配电路传送的多频换能器工作电流信号和电压信号，进行电流和电压信号相位差信息提取并转化成数字信号，以及进行电流电压相位的超前和滞后关系进行判断，并将转化后的数字信号及判断结果传送给所述控制单元；

所述控制单元根据输入的频率范围，接收所述频率扫描跟踪模块传送的超前和滞后关系控制信号发生电路进行加频率或减频率以及根据电流电压相位差的大小，控制信号发生电路加减频率的步长，实现多频换能器频率的快速跟踪；

所述信号发生及功率放大模块接收所述控制单元传送的控制信号，并对超声信号进行放大，并将放大后的信号传送给所述匹配电路；

所述匹配电路接收所述控制单元传送的控制信号，以及所述信号发生及功率放大模块传送的放大超声信号；根据多频换能器的不同工作频率进行多路调谐变阻匹配，并根据多频换能器在不同工作频率下工作时，进行实时切换。

3.根据权利要求2所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：

所述信号发生及功率放大模块包括：信号发生电路、功放驱动电路和功率放大电路；

所述信号发生电路接收所述控制单元传送的控制信号产生相应频率、占空比和具有初始相位的超声波信号；

所述功放驱动电路接收所述信号发生电路传送超声波信号，进行升压，提供驱动能量；

所述功率放大电路所述接收所述功放驱动电路提供的驱动能量，对超声信号进行功率放大，并将放大后的信号传送给所述匹配电路。

4.根据权利要求2所述的一种输出能量分布均匀的多频超声振动系统，其特征在于：所述频率扫描跟踪模块包括电流反馈电路、电流信号采集及调理电路、电压信号采集及调理电路、相位差信息提取电路、相位位置关系判别电路及模数转换电路；

所述电流反馈电路通过所述匹配电路采集所述多频换能器工作电流信号；

所述模数转换电路接收所述电流反馈电流传送的所述多频换能器工作电流信号，转换为所述控制单元所能读取的数字信号；所述控制单元通过对比判断反馈电流的大小，当反馈电流达到峰值时，此时所述控制单元发出的工作频率既在多频换能器的一个谐振频率；

所述电流信号采集及调理电路通过所述匹配电路对多频换能器的工作电流信号进行采集和调理，经过带通滤波和过零比较调理后，分别传送给所述相位位置关系判别电路和所述相位差信息提取电路；

所述电压信号采集及调理电路通过对匹配电路对多频换能器的工作电压信号进行采集，同样经过带通滤波和过零比较调理后，分别传送给所述相位位置关系判别电路和所述相位差信息提取电路；

所述相位位置关系判别电路对接收到的电流和电压信号进行电流电压相位的超前和滞后关系进行判断，并将判断结果传送给所述控制单元。

所述相位差信息提取电路对接收到的电流和电压信号进行相位差信息提取，并将提取结果传递给所述模数转换电路，所述模数转换电路将电流电压相位差信息转化为数字信号传送到所述控制单元。