基本信息
- 项目名称：
- 超声波振动筛自动控制电源
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 目前，超声波振动筛的应用越来越广泛，由于普通机械式振动筛只能筛分200目以下的颗粒，对于200-600目的颗粒，只有采用更高的振动频率。超声波振动的频率可以从20KHZ到60KHZ，对于微小颗粒筛分具有很好的效果。在超声振动加工中，为大幅提高加工质量，发挥超声加工的优越性，要求振动系统工作在谐振状态。通过调节电源的频率，使之满足系统处于共振状态。所以，在超声波振动筛中，电源是核心。
- 详细介绍：
- 当振源频率与换能器的本振频率达到相一致，此时的电流达最大值，依据这一点，我们可以通过不断监测采集电流值来判断换能器是否处于谐振状态，实现振动系统频率的自动跟踪，从而自动调节振源频率，达到理想的共振效果。控制电路要求提供两路矩形脉冲，并且其频率和占空比均为可调。在电源中，我们加入电流控制型PWM控制器，在输出电路中加入互感器，耦合输出电路的电流，单片机实时AD采集耦合电流，经过PID算法校正，调节占空比或者振荡频率，从而控制输出的电流和频率，使换能器处于最佳工作状态。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的目的与思路 在目前的生产工作中，超声波电源以人工手动控制居多，从而无法快速、精确、及时地调整换能器的电源频率, 振动系统将工作在非谐振状态，从而使振动系统的输出振幅减小，造成加工质量下降。为了弥补目前市场上超声共振筛存在的这些缺陷，我们想到了研制出一种在工作过程中可以自动扫描设备频率并进行调频的自动控制电源。 当振源频率与换能器的本振频率达到相一致，此时的电流达最大值，依据这一点，我们可以通过不断监测采集电流值来判断换能器是否处于谐振状态，实现振动系统频率的自动跟踪，从而自动调节振源频率，达到理想的共振效果。 创新点： 采用PID控制算法实现振动系统频率的自动跟踪，从而自动调节振源频率，程序中有频率扫描和跟踪功能，并快速分析出频率变化和功率变化的区别，匹配调整电路，可以方便的根据负载的变化为换能器找到最佳的工作点，从而自动调节振源频率和占空比，巧妙地避免了因为频率的失谐而造成的设备工作缺陷。 技术关键： 1：PID算法的单片机实现。 2：PMW控制芯片的实现 3：频率跟踪和功率调整电路的实现。 4：DDS高精度振荡源的应用。 5：12864显示屏的应用。 6：单片机AD和DA的应用 技术指标： 1.跟踪时间：2秒钟 2.频率调整精度：3赫兹 3.频率稳定度：20PPM 4.AD、DA为12位精度 5.频率分辨率：0.004赫兹
科学性、先进性
- 就目前人工手动控制电源而言，由于振动筛筛选出的是200目以上的极微小颗粒，筛选成雾状，生产环境及其恶劣，不适于人长期工作。而且，人工控制准确度不高，不能及时地跟踪振动筛的频率。而本产品正是克服了以上种种缺点。自动控制电源采用PID控制，自动扫描振动筛的本振频率，已达到快速、精确地动态调节振源频率，使之始终工作在最合适的频率和电流，从而大大的提高了生产量。由于具有频率扫描功能，因此适应于所有型号的超声换能器。换能器频率偏移率低，能量转换率达到95%以上，实现功率输出最大化。系统兼容性好，自动调节程度高，有很宽的频率跟踪范围。电源可以输出平稳的能量和振幅，并对换能器的最大输出功率、振幅、电压进行限制，电源有过压、过温、过流等多重保护手段。
获奖情况及鉴定结果
- 作品在省级挑战杯中获奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无技术转让
作品可展示的形式
- 实物、产品 样品 现场展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 通电源启动超声波发生器,初次上电自动收索和换能器相匹配的频点；大约20秒后进入正常的工作状态,用手触筛网,筛网振感明显。在以后的工作中,自动跟踪频率变化,实现功率输出的最大化。 术特点和优势： 自动扫描换能器的本振频率，动态调整振源的频率，采用PID控制算法，快速精确，使之始终工作在最是频率和电流，大大的提高了生产量。 （1）可以在恶劣的环境下使用，性能稳定，可持续工作24小时。 （2）有快速过载保护和输出短路保护功能，具有功率调节功能。 （3）噪音小，散热速度快，具有良好的防尘，密封措施。 （4）单位时间筛分质量效率达1.5倍，筛分量可达2倍以上。 适用范围： 可适用于各种超声波系统中，制药、冶金、化工、选矿、食品等要求精细筛分过滤的行业。 市场分析与经济效益预测： 由于其自动化，方便安全易于操作，最大限度的提高了生产量，具有很高的市场价值和推广前景。
同类课题研究水平概述
- 超声技术是声学中发展最迅速、应用最广泛的领域。尤其在近年来,随着电子技术和材料科学等方面的飞速发展,大功率超声技术如超声清洗、超声焊接、超声加工、超声雾化、超声乳化、超声粉碎等在国民经济相关行业中的应用越来越广,这又反过来促进了对功率超声机理和应用等方面的研究。在功率超声产生设备的研究与应用中,自动频率跟踪技术是重要的课题。而关键所在就是能否提取有效信号。 自动频率跟踪系统按照获取反馈（跟踪）信号的方法可分为电反馈系统（利用电—机换能器的输入信号，此信号与换能器工作部分的振动速度或其位移成比例），通过闭环电路实现自跟踪。和智能反馈系统（利用程序法分析和计算，确定反馈量，并控制对应的电路实现跟踪）。 国外研究： 超声加工中的自动频率跟踪问题深受国外研究者重视，由于起步早，所以应用广，形式也很多。以下是几种典型的频率跟踪系统。 （1） 利用声—电换能器提取谐振频率信号 （2） 电反馈法 国内研究： 在国内的市场中，通常功率调节功能大部分仍然依靠手动或采用复杂的电路系统来完成,这往往给系统的调试和设计带来困难，而且操作不方便，精确度不高，生产效率低。 根据压电换能器本身的特性,在并联谐振频率附近其等效电阻随外界负载的增大而减小,如果保持驱动电压不变,则换能器的输出功率将随负载的增大而增大,这就为依靠换能器本身性能实现自动功率调节提供了条件。而要实现这种功能,必须保持系统工作在谐振频率附近,因此需要实现系统对谐振频率的自动跟踪。 而本产品在市场上现有的为数很少的频率自动跟踪电源的基础上进行了创新设计。本产品克服了其他相关产品的种种缺点，为自动化、高效率生产，高精度调节提供了方便，具有跟随速度快、频率跟踪准确、电路设计简单、工作可靠等优点，这种自动跟踪频率技术可应用于各种超声设备以及行业当中，如清洗、焊接、粉碎筛选等等，具有很好的市场前景。
