超声悬浮.docx
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超声悬浮
超声悬浮
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发布于：
2016-01-0222:
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窗体顶端
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窗体底端
效果
图片：
0.jpg
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：
xf示意图.jpg
图片来自超声波悬浮用非常规变幅杆的研究_梅景放.caj
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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
图片：
hnq3.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a等效为b,当匹配电感满足公式
图片：
gsc.jpg
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：
图片：
电路.jpg
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
在磁芯骨架上绕一个电感，通过调整气息来调整电感量，然后观察电流波形。
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：
图片：
电感.jpg
电路板：
图片：
ddb.jpg
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