功率超聲波換能器的測(cè)量及匹配方法的研究.pdf

1、本文介紹了功率超聲波碎石機(jī)換能系統(tǒng)，主要對(duì)它的測(cè)量方法及其匹配方式進(jìn)行了探索和研究。依托強(qiáng)大的數(shù)學(xué)平臺(tái)Mathcad，利用其優(yōu)勢(shì)，即良好的編程環(huán)境和交互界面來(lái)進(jìn)行研究。希望通過(guò)對(duì)功率超聲波換能系統(tǒng)進(jìn)行電路的建模和分析，并且在醫(yī)用功率超聲波碎石樣機(jī)中得到應(yīng)用。
　　功率超聲波碎石機(jī)其工作頻率在23KHz附近，功率在100W左右。工作部件是由壓電陶瓷換能器、變幅桿和工作桿組成，能粉碎5毫米以下的腎結(jié)石，并且將粉碎以后的結(jié)石顆粒通過(guò)負(fù)壓

2、吸除。該功率超聲波碎石機(jī)包括有：電源、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路和匹配電路等。為了提高該碎石機(jī)的性能和實(shí)用性，進(jìn)行了大量的研究測(cè)試和改進(jìn)，以達(dá)到最佳的效果。
　　經(jīng)過(guò)了對(duì)超聲碎石系統(tǒng)反復(fù)的測(cè)量和研究之后，本課題準(zhǔn)確的構(gòu)建了功率超聲波換能系統(tǒng)的電路模型，并獲取了可靠的電路參數(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)該電路模型的探索，得到了一種實(shí)用的功率超聲波換能器的測(cè)量方法，還提出了一套行之有效的匹配方法。并且都先從理論上進(jìn)行了反復(fù)的計(jì)算，包括電路的模型的準(zhǔn)確性、電路穩(wěn)態(tài)

3、響應(yīng)的一系列研究計(jì)算，在確保電路的可行性和可靠性的情況下，并將該套方法在一臺(tái)醫(yī)用功率超聲波碎石樣機(jī)上得到很好的應(yīng)用。
　　本課題解決的關(guān)鍵問(wèn)題在于首先采用傳統(tǒng)的匹配方法計(jì)算出了匹配電感，對(duì)匹配以后的電路進(jìn)行相應(yīng)的分析，在匹配超聲波換能器以后建立電路的電流和電壓的方程，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的匹配方法很容易在超聲波換能器的諧振點(diǎn)兩邊出現(xiàn)大電流的工作點(diǎn)。在一般情況下，當(dāng)超聲波換能器的工作狀態(tài)處于諧振點(diǎn)附近時(shí)，超聲波換能器上的電流最大，所以經(jīng)常采用跟

4、蹤電流方法來(lái)追蹤諧振點(diǎn)。那么在傳統(tǒng)的匹配方法下，這種追蹤諧振點(diǎn)的方法極易導(dǎo)致超聲波換能器不在諧振點(diǎn)附近工作。這會(huì)產(chǎn)生很大的無(wú)功功率，使換能器發(fā)熱很嚴(yán)重，這和廣州醫(yī)學(xué)院給出的反饋情況一樣。很多廠家生產(chǎn)的超聲波換能器匹配電源，雖然輸出功率很大，但是超聲波換能器的輸出功率并不大，而超聲波換能器自身的發(fā)熱卻十分嚴(yán)重。而本課題在對(duì)傳統(tǒng)的匹配方法分析以后，提出了先固定諧振頻率，再反過(guò)來(lái)求得能在此諧振頻率上穩(wěn)定工作的匹配電感的解決方法。本文又對(duì)這種方