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超声悬浮
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只看楼主倒序阅读发布于：2016-01-02 22:38 保存
效果
悬浮原理：
发射面与反射面之间的距离为nλ/2时(n为自然数，λ声波在空气中传播时的波长)，发射端（换能器）所发射出的超声波，与反射端反射回去的超声波会相互叠加进而形成驻波，在驻波的波节处，两侧声压方向相反。这些驻波节点之间是间距为λ/2，辐射压力具有回复力的特性，可以将被悬浮物的位置维持在声压节点附近处。对于比较重的物体，其悬浮位置会偏向驻波声压节点稍下方。
图片来自超声波悬浮用非常规变幅杆的研究_梅景放.caj
以上说的都是废话，其实我是来讲换能器驱动的。
关于换能器的匹配：
换能器的等效电路图 图片：hnq.jpg
C0是换能器的静态电容，C1为动态电容，L1为动态电感，R1为动态电阻。
换能器的并联匹配 图片：hnq1.jpg
在换能器两端并联一个电感为Lp，当匹配电感满足 图片：gsb.jpg的时候，系统呈现纯阻性，阻抗为R1。Wr是C1L1的串联谐振频率。
换能器的串联匹配 图片：hnq2.jpg
换能器工作在串联谐振频率点ws，在此谐振频率点，电路可以从图片：gsc.jpg
图片：hnq3.jpg
a等效为b,当匹配电感满足公式 的时候，系统呈现纯阻性，阻抗为
图片：gsr.jpg
另外还可以通过在换能器两端并联电容（相当于增大C0），来调整电路工作状态。
换能器的驱动电路图：
CD4046输出的方波通过4081和4001产生死区时间，然后给图腾驱动MOS管。
死区时间还可以只用一片4001产生：
图片：sq.jpg
我这要用门电路给反馈信号整形，所以用了两片门芯片。
变压器用的是现成的，EC4220磁芯，初级0.45X20股3+3T，次级0.62单股90T。算了一下，刚好合适。将采样的电压电流信号经过RC延时,4001整形后反馈给4046。调整延迟时间就可以调整电路工作状态。
由于用的是推挽，所以换能器采用串联匹配，那么在谐振频率附近，频率低时呈现容性，频率高时呈现感性。所以电压反馈给4046的3脚，电流反馈给14脚。用第2鉴相器使电压电流相位一致。
关于串联匹配电感的值怎么确定，图片：gsc.jpg 公式中的R1不方便测量，就靠蒙了流波形。
在磁芯骨架上绕一个电感，通过调整气息来调整电感量，然后观察电电感过小：电流波形像严重失真的正弦，电流过大。无论怎么调节频率，都不会谐振。电流超前电压。MOS管发热严重。
电感适中：频率低时，电流是锯齿波。随着频率增大，电流（锯齿波）幅度先减小，后增大，此时是正弦波，并且超前于电压。频率继续增大，电流（正弦）电压同相，随后电流（正弦）滞后于电压，频率再增大，电流变成锯齿波。适当的增加电感量可以使电流幅度减小，减小MOS管发热。但电感太大很容易失谐。
电感过大：无论怎么调节频率，电流波形都是锯齿波，仅在谐振点稍微有变化。
我用的换能器是25KHz/100W的，静电容7nF。其他规格的换能器应该也可以这样找匹配电感的值。最终确定的电感量是11mH，在EE4220磁芯骨架上用0.59漆包线绕300T左右，开4mm气息得到。
匹配电感：
电路板： 图片：ddb.jpg
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