基本信息
- 項目名稱：
- 超聲波振動篩自動控制電源
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目前，超聲波振動篩的應(yīng)用越來越廣泛，由于普通機械式振動篩只能篩分200目以下的顆粒，對于200-600目的顆粒，只有采用更高的振動頻率。超聲波振動的頻率可以從20KHZ到60KHZ，對于微小顆粒篩分具有很好的效果。在超聲振動加工中，為大幅提高加工質(zhì)量，發(fā)揮超聲加工的優(yōu)越性，要求振動系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)電源的頻率，使之滿足系統(tǒng)處于共振狀態(tài)。所以，在超聲波振動篩中，電源是核心。
- 詳細介紹：
- 當振源頻率與換能器的本振頻率達到相一致，此時的電流達最大值，依據(jù)這一點，我們可以通過不斷監(jiān)測采集電流值來判斷換能器是否處于諧振狀態(tài)，實現(xiàn)振動系統(tǒng)頻率的自動跟蹤，從而自動調(diào)節(jié)振源頻率，達到理想的共振效果?？刂齐娐芬筇峁﹥陕肪匦蚊}沖，并且其頻率和占空比均為可調(diào)。在電源中，我們加入電流控制型PWM控制器，在輸出電路中加入互感器，耦合輸出電路的電流，單片機實時AD采集耦合電流，經(jīng)過PID算法校正，調(diào)節(jié)占空比或者振蕩頻率，從而控制輸出的電流和頻率，使換能器處于最佳工作狀態(tài)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 發(fā)明的目的與思路 在目前的生產(chǎn)工作中，超聲波電源以人工手動控制居多，從而無法快速、精確、及時地調(diào)整換能器的電源頻率, 振動系統(tǒng)將工作在非諧振狀態(tài)，從而使振動系統(tǒng)的輸出振幅減小，造成加工質(zhì)量下降。為了彌補目前市場上超聲共振篩存在的這些缺陷，我們想到了研制出一種在工作過程中可以自動掃描設(shè)備頻率并進行調(diào)頻的自動控制電源。 當振源頻率與換能器的本振頻率達到相一致，此時的電流達最大值，依據(jù)這一點，我們可以通過不斷監(jiān)測采集電流值來判斷換能器是否處于諧振狀態(tài)，實現(xiàn)振動系統(tǒng)頻率的自動跟蹤，從而自動調(diào)節(jié)振源頻率，達到理想的共振效果。 創(chuàng)新點： 采用PID控制算法實現(xiàn)振動系統(tǒng)頻率的自動跟蹤，從而自動調(diào)節(jié)振源頻率，程序中有頻率掃描和跟蹤功能，并快速分析出頻率變化和功率變化的區(qū)別，匹配調(diào)整電路，可以方便的根據(jù)負載的變化為換能器找到最佳的工作點，從而自動調(diào)節(jié)振源頻率和占空比，巧妙地避免了因為頻率的失諧而造成的設(shè)備工作缺陷。 技術(shù)關(guān)鍵： 1：PID算法的單片機實現(xiàn)。 2：PMW控制芯片的實現(xiàn) 3：頻率跟蹤和功率調(diào)整電路的實現(xiàn)。 4：DDS高精度振蕩源的應(yīng)用。 5：12864顯示屏的應(yīng)用。 6：單片機AD和DA的應(yīng)用 技術(shù)指標： 1.跟蹤時間：2秒鐘 2.頻率調(diào)整精度：3赫茲 3.頻率穩(wěn)定度：20PPM 4.AD、DA為12位精度 5.頻率分辨率：0.004赫茲
科學(xué)性、先進性
- 就目前人工手動控制電源而言，由于振動篩篩選出的是200目以上的極微小顆粒，篩選成霧狀，生產(chǎn)環(huán)境及其惡劣，不適于人長期工作。而且，人工控制準確度不高，不能及時地跟蹤振動篩的頻率。而本產(chǎn)品正是克服了以上種種缺點。自動控制電源采用PID控制，自動掃描振動篩的本振頻率，已達到快速、精確地動態(tài)調(diào)節(jié)振源頻率，使之始終工作在最合適的頻率和電流，從而大大的提高了生產(chǎn)量。由于具有頻率掃描功能，因此適應(yīng)于所有型號的超聲換能器。換能器頻率偏移率低，能量轉(zhuǎn)換率達到95%以上，實現(xiàn)功率輸出最大化。系統(tǒng)兼容性好，自動調(diào)節(jié)程度高，有很寬的頻率跟蹤范圍。電源可以輸出平穩(wěn)的能量和振幅，并對換能器的最大輸出功率、振幅、電壓進行限制，電源有過壓、過溫、過流等多重保護手段。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 作品在省級挑戰(zhàn)杯中獲獎
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 樣品 現(xiàn)場展示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明： 通電源啟動超聲波發(fā)生器,初次上電自動收索和換能器相匹配的頻點；大約20秒后進入正常的工作狀態(tài),用手觸篩網(wǎng),篩網(wǎng)振感明顯。在以后的工作中,自動跟蹤頻率變化,實現(xiàn)功率輸出的最大化。 術(shù)特點和優(yōu)勢： 自動掃描換能器的本振頻率，動態(tài)調(diào)整振源的頻率，采用PID控制算法，快速精確，使之始終工作在最是頻率和電流，大大的提高了生產(chǎn)量。 （1）可以在惡劣的環(huán)境下使用，性能穩(wěn)定，可持續(xù)工作24小時。 （2）有快速過載保護和輸出短路保護功能，具有功率調(diào)節(jié)功能。 （3）噪音小，散熱速度快，具有良好的防塵，密封措施。 （4）單位時間篩分質(zhì)量效率達1.5倍，篩分量可達2倍以上。 適用范圍： 可適用于各種超聲波系統(tǒng)中，制藥、冶金、化工、選礦、食品等要求精細篩分過濾的行業(yè)。 市場分析與經(jīng)濟效益預(yù)測： 由于其自動化，方便安全易于操作，最大限度的提高了生產(chǎn)量，具有很高的市場價值和推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 超聲技術(shù)是聲學(xué)中發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。尤其在近年來,隨著電子技術(shù)和材料科學(xué)等方面的飛速發(fā)展,大功率超聲技術(shù)如超聲清洗、超聲焊接、超聲加工、超聲霧化、超聲乳化、超聲粉碎等在國民經(jīng)濟相關(guān)行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣,這又反過來促進了對功率超聲機理和應(yīng)用等方面的研究。在功率超聲產(chǎn)生設(shè)備的研究與應(yīng)用中,自動頻率跟蹤技術(shù)是重要的課題。而關(guān)鍵所在就是能否提取有效信號。 自動頻率跟蹤系統(tǒng)按照獲取反饋（跟蹤）信號的方法可分為電反饋系統(tǒng)（利用電—機換能器的輸入信號，此信號與換能器工作部分的振動速度或其位移成比例），通過閉環(huán)電路實現(xiàn)自跟蹤。和智能反饋系統(tǒng)（利用程序法分析和計算，確定反饋量，并控制對應(yīng)的電路實現(xiàn)跟蹤）。 國外研究： 超聲加工中的自動頻率跟蹤問題深受國外研究者重視，由于起步早，所以應(yīng)用廣，形式也很多。以下是幾種典型的頻率跟蹤系統(tǒng)。 （1） 利用聲—電換能器提取諧振頻率信號 （2） 電反饋法 國內(nèi)研究： 在國內(nèi)的市場中，通常功率調(diào)節(jié)功能大部分仍然依靠手動或采用復(fù)雜的電路系統(tǒng)來完成,這往往給系統(tǒng)的調(diào)試和設(shè)計帶來困難，而且操作不方便，精確度不高，生產(chǎn)效率低。 根據(jù)壓電換能器本身的特性,在并聯(lián)諧振頻率附近其等效電阻隨外界負載的增大而減小,如果保持驅(qū)動電壓不變,則換能器的輸出功率將隨負載的增大而增大,這就為依靠換能器本身性能實現(xiàn)自動功率調(diào)節(jié)提供了條件。而要實現(xiàn)這種功能,必須保持系統(tǒng)工作在諧振頻率附近,因此需要實現(xiàn)系統(tǒng)對諧振頻率的自動跟蹤。 而本產(chǎn)品在市場上現(xiàn)有的為數(shù)很少的頻率自動跟蹤電源的基礎(chǔ)上進行了創(chuàng)新設(shè)計。本產(chǎn)品克服了其他相關(guān)產(chǎn)品的種種缺點，為自動化、高效率生產(chǎn)，高精度調(diào)節(jié)提供了方便，具有跟隨速度快、頻率跟蹤準確、電路設(shè)計簡單、工作可靠等優(yōu)點，這種自動跟蹤頻率技術(shù)可應(yīng)用于各種超聲設(shè)備以及行業(yè)當中，如清洗、焊接、粉碎篩選等等，具有很好的市場前景。
