超声波换能器可调驱动电源的研究

摘要

目前小型化、通用化、智能化、高性能的超声波驱动电源和简单、实用的数字控制技术已成为国内外研究的热点。国内的超声波电源存在激励信号单一、频率范围窄、专机专用等问题,研制可调的高精度超声波换能器驱动电源,可满足不同谐振频率、不同驱动信号的换能器的简便切换,为实现一机多用提供了可能性。本课题设计的超声波换能器可调驱动电源产生的激励信号波形可选、频率可调、功率可调,其可以在宽频率范围内驱动应用于超声波精密测量领域的超声波换能器。　　本论文分析了超声波电源的国内外研究现状,介绍了超声波换能器的工作原理;阐述了超声波换能器可调驱动电源的工作原理、结构组成和实现方案;完成了以FPGA为核心的信号发生器、D/A转换电路、滤波电路、功率放大电路和阻抗匹配电路等硬件电路的设计和软件算法设计;通过仿真实验用数字信号来模拟整个电路验证了所要求的频率可调、波形可选、功率可调等各个功能都能实现。　　超声波换能器可调驱动电源的可调节性主要由软件算法来实现,采用FPGA结合DDS技术,利用算法实现了输出的可调节功能。本设计结合数字控制技术的可调节性和模拟控制技术的高精度特性,实现了驱动电源输出信号的频率精度优于1Hz。凭借其优异精度和可调性能,该驱动电源适合用于各种超声波测量系统。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 课题研究的主要内容

2 超声波换能器可调驱动电源的工作原理

2.1超声波换能器

2.2超声波电源的原理

2.3系统组成

3 系统硬件设计

3.1 总体设计

3.2 FPGA电路设计

3.3 D/A电路设计

3.4滤波电路的设计

3.5放大电路设计

3.6 匹配网络设计

3.7 人机交互设备

3.8电路板抗干扰处理

4 系统软件设计

4.1 FPGA软件设计

4.2 数字锁相环设计

4.3 频率合成器设计

4.4 波形信号发生器

4.5 多功能可调控制算法设计

5 仿真结果及分析

5.1 实验波形

5.2 功能仿真

5.3结果分析

6 结论及展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果