目前功率超聲系統中的換能器絕大部分都是壓電換能器,因而基于壓電換能器而設計的超聲波發生器即成為主流。一臺性能優良的超聲波發生器應具有如下性能:
1.實現自動頻率跟蹤;
2.輸出功率自動控制;
3.效率高,諧波污染小,工作安全可靠;
4.體積小,重量輕,性價比高。
超聲波發生器目前大多采用半橋或全橋逆變器將直流電變換成交流電。頻率自動跟蹤效果并不理想,在其它方面的性能也有很大的差別。
近年來,超聲波發生器的開關器件主要為 MOSFET和IGBT,前者主要用于2kW以下的電源,后者則主要用于輸出功率為2kW以上的電源中。至于傳輸更大功率的情況,目前常用的方法是采用多個開關管并聯運行和用傳輸線變壓器進行功率合成。
目前,國內外在超聲波發生器系統的研究方面,除了自動頻率跟蹤、輸出功率自動控制和換能器匹配網絡外,還有下面幾個重點研究方向:
1.大功率
在一些超聲應用中,如清洗、焊接等,往往需要超聲波發生器對作用對象輸出很大功率,這就要求開關器件有較大的容量。另外,功率合成及單元模塊設計也是實現大功率化的一個趨勢。
2.兆赫超聲波發生器的研制
大多數功率超聲應用需要利用超聲的空化作用,這就要求功率超聲系統工作于100kHz以下,而近幾年發展起來的兆赫超聲清洗技術卻要求采用700kHz1MHz的超聲波進行清洗。兆赫超聲波發生器的研制中存在諸多問題,開關器件要有很高的開關頻率,而降低開關損耗將是提高效率的關鍵。此外,高頻使電感、電容上的無功功率大大增加,電磁干擾問題也十分突出。
3.提高超聲波發生器的效率
開關電源的效率是衡量其性能的重要指標,超聲波發生器也是一樣。軟開關技術是十分有效的措施,但它現在還不十分成熟,需要更深入的研究。
4.數字化
把數字技術引入到超聲波發生器之中,特別是應用DSP技術實現頻率自動跟蹤和功率自動調節是近兒年來研究的熱點。頻率和功率的數字顯示也是其中的一個基本功能。
5.掃頻技術
超聲波會在不同介質的交界處發生反射,反射回來的超聲波與其它的超聲波疊加將會產生駐波。這樣會使某些地方的壓力振幅變小甚至變為零,而另外一些地方壓力振幅變大,這種現象的出現將影響超聲處理的效果,例如:在超聲清洗中,單頻工作時,聲壓振幅變小處聲壓低于空化閥,產生清洗盲區,處于此區域內物體將會被清洗的不徹底,為了解決上述問題,考慮在超聲波發生器中加入掃頻技術,即讓超聲波發生器工作在諧振頻率附近區城內,通免固定在某一處出現駐波現象,使加工均勻。