基于FPGA的壓電換能器阻抗檢測系統(tǒng)設(shè)計

長春理工大學(xué) 古先毅

基于FPGA的壓電換能器阻抗檢測系統(tǒng)設(shè)計

長春理工大學(xué) 古先毅

本論文首先分析了壓電換能器阻抗受溫度、預(yù)應(yīng)力的影響情況，闡明實時檢測其阻抗的重要性，設(shè)計了基于FPGA的實時檢測壓電換能器阻抗的硬件電路，主要分為阻抗模檢測電路、阻抗角檢測電路，并由FPGA并行控制兩路AD采集阻抗模數(shù)據(jù)及阻抗角數(shù)據(jù)，實時處理數(shù)據(jù)，提升了實時檢測壓電換能器阻抗的準(zhǔn)確度，為壓電換能器的動態(tài)匹配提供可靠的數(shù)據(jù)。

FPGA；壓電換能器；阻抗檢測

1 引言

隨著壓電換能器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，如超聲清洗、超聲熱鍵合、超聲切割等等，如何高效地驅(qū)動壓電換能器始終是研究熱點之一。國內(nèi)大量文獻(xiàn)大多以研究動態(tài)匹配使壓電換能器達(dá)到阻抗匹配的方法為主，自鮑善惠[1]提出了動態(tài)匹配的概念，強(qiáng)調(diào)了效率的重要性，國內(nèi)對動態(tài)匹配的研究持續(xù)不斷，朱武[2]等針對靜態(tài)夾持電容隨溫變化的特性提出通過切換數(shù)字電感的方式提升匹配效率，孔權(quán)[3]通過C8051F015在線檢測阻抗并用步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)達(dá)到諧振和變阻的目的，鐘龍[4]設(shè)計了基于STM32的動態(tài)阻抗匹配超聲波電源，僅跟蹤了諧振頻率，并未動態(tài)調(diào)節(jié)匹配電路，楊芳[5]同樣采用單片機(jī)來檢測壓電換能器阻抗并通過切換電感，使壓電換能器實時阻抗匹配。壓電換能器應(yīng)用場合不一樣時，阻抗變化的情況不好一一分析，故本文設(shè)計了基于FPGA的壓電換能器檢測系統(tǒng)，降低阻抗角與阻抗模數(shù)據(jù)可能存在的不對應(yīng)性，可精確地檢測壓電換能器阻抗，為調(diào)節(jié)匹配電路提供數(shù)據(jù)依據(jù)，從而提高匹配效率，使壓電超聲換能器高效地工作。……