一种超声波发射器的追频方法技术

本发明专利技术涉及一种超声波发射器的追频方法，包括如下步骤：数据采集，实时同步采集变压器初级电流、次级电流、次级电压三路信号；每采集一个周期，都将采集到的数据放到主芯片自带的外设

【技术实现步骤摘要】
一种超声波发射器的追频方法


[0001]本专利技术涉及超声波追频
，尤其涉及一种超声波发射器的追频方法。

技术介绍

[0002]现有的超声波焊接机由超声波发生器、换能器、变幅杆、焊头组成，其中换能器、变幅杆、焊头的组合称为“振子”。在焊接过程中由于焊接负载和振子的温度、能量损耗、焊接面积、焊头加工磨损等原因，整个振子的阻抗特性会随着工作发生变化，从而导致振子的固有工作频率和工作频率区间发生改变。
[0003]如果发生器中的逆变器触发脉冲的频率不进行跟随变化，会导致振子工作失谐，降低工作效率，加剧换能器损耗，因此发生器必须有追频功能，且保证超声波发生器中的逆变器触发脉冲的频率处于振子的工作频率区间；现有追频技术方案的工作原理：定时采样获得通过变压器初次级的电信号，计算出当前的相位差、电流、电压、当前工作频率等信息，比较当前频率和要追的目标频率，不一致则控制发生器中的逆变器改变触发脉冲的频率，追频点类型为追谐振频率、追反谐振频率和追指定相位差频率(最大、最小、0相位)。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种超声波发射器的追频方法，进行实时采样，信号反馈更加及时，提高追频的速度和精度，提升焊接效果和焊接速度，且采样追目标阻抗的方式进行追频，始终在工作区间内工作，不易坏振子，降低成本与风险，与振子的通配性强，对振子系统更加友好，也不要求指定的换能器才能工作。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术采样的技术方案为：一种超声波发射器的追频方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、数据采集，实时同步采集变压器初级电流、次级电流、次级电压三路信号；
[0007]步骤二、建相，每采集一个周期，都将采集到的数据放到主芯片自带的外设
‑
集成型控制律加速器协处理器(Control Law Accelerator，简称CLA)进行傅里叶变换，翻转复数的实部和虚部，再进行位反转，解压后进行快速傅里叶变换计算(FFT)，得到真正的傅里叶级数，在软件中还原采集到的波形，完成建相；
[0008]步骤三、获取参数，
①
幅值：幅值＝2*sqrt((周期中最大值^2)+(周期中最小值^2))，将初级电流、次级电流、次级电压三路信号的FFT计算结果放进去，即可分别得到对应信号的幅值；
②
相位：atan2(周期中最大值,周期中最小值)*180/π；
③
初次级电流相位差：初级电流相位
‑
次级电流相位；
④
次级电压电流相位差：次级电压相位
‑
次级电流相位；
⑤
初次级电流电压相位差：次级电压相位
‑
初级电流相位；
⑥
电压＝次级电压幅值*电压修正系数；
⑦
电流＝次级电流幅值*电流修正系数；
⑧
功率＝电压*电流*功率修正系数*cos(次级电流电压相位差*π/180)；
⑨
阻抗＝电压/电流*阻抗修正系数；
⑩
频率＝1/电流完成1个周期变换的时间；
[0009]步骤四、追频，采样追目标阻抗的方式进行追频。
[0010]优选的，步骤四中追目标阻抗的方式进行追频分为如下两种情况：
①
阻抗≥目标阻抗*3时，追次级电流电压相位差＝0的频率：实时获得当前相位差和当前频率，相位差≠0，减频率；
②
次级电流电压相位差＝0或阻抗＜目标阻抗*3时，追目标阻抗频率，当前阻抗<目标阻抗时，加频率；当前阻抗＞目标阻抗时，减频率。
[0011]优选的，追频的每次频率变化值：先设置pid系数，根据pid算法得出变化值，pid算法为在主芯片提供的封装函数，供使用者直接调用。
[0012]优选的，主芯片自带的外设
‑
模数转换器(Analog
‑
to
‑
Digital Converter，简称ADC)，实时同步采集变压器初级电流、次级电流、次级电压三路信号。
[0013]优选的，通过阻抗分析仪获得负载时候的最低和最高阻抗，目标阻抗设置在最低和最高阻抗之间。
[0014]优选的，电压修正系数为1.493，电流修正系数为0.019，功率修正系数为1，阻抗修正系数为1。
[0015]本专利技术的有益效果为：
[0016]1、同步采样优点：信号反馈更加及时，提高追频的速度和精度，提升焊接效果和焊接速度；安全性更高，更快的检测和处理异常信号，从而更好的保护振子、发生器和人员。
[0017]2、傅里叶建相优点：模拟信号更加精确，提高追频的精度，结合同步采样，可以把频率跳动的范围降低到5Hz以内(德国海尔曼为20Hz左右)；提升焊接效果和焊接速度，在信号受到可能的干扰从而部分失真时，仍能正常完成建相，继续追频，适应性更强。
[0018]3、追目标阻抗的优点：
[0019]现有技术追其他频点的缺点：追谐振点：追频时的频率实际上会在目标频率周围小范围内跳动，谐振点阻抗低，电流大，跳动到低于谐振点的禁区工作，容易毁坏振子；追反谐振点：阻抗高，电压大，工作时换能器易发热，在连续焊接时易坏，对换能器的要求更高；追目标相位点：需要换能器配合发生器，在工作时一定会有目标相位才行；实际上测试德国海尔曼的原装发生器配原装换能器，焊接时仍经常报警，找不到目标相位。
[0020]追目标阻抗始终在工作区间内工作，不易坏振子，降低成本与风险；与振子的通配性强，对振子系统更加友好，也不要求指定的换能器才能工作；发热现象有所改善，连续焊接提高工作效率；简单易用，使用时只需要调整目标阻抗一个参数，就能达到最佳的焊接效果。
附图说明
[0021]图1为一种超声波发射器的追频方法的流程示意图。
[0022]图2为一种超声波发射器的追频方法所采用的追频电路模块示意图。
[0023]图3为接入采样电路后的换能器驱动电路的原理图。
[0024]图4为变压器初级电流采样电路的原理图。
[0025]图5为变压器电压采样电路的原理图。
[0026]图6为采样电路反馈电路的原理图。
[0027]图7为单个OPA2197IDR运算放大器的原理图。
具体实施方式
[0028]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。
[0029]如图1所示，本申请一种超声波发射器的追频方法，包括如下步骤：
[0030]步骤一、数据采集，主芯片自带的外设
‑
模数转换器(Analog
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to
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Digital Converter，简称ADC)，实时同步采集变压器初级电流、次级电流、次级电压三路信号；
[0031]步骤二、建相，每采集一个周期，都将采集到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波发射器的追频方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、数据采集，实时同步采集变压器初级电流、次级电流、次级电压三路信号；步骤二、建相，每采集一个周期，都将采集到的数据放到主芯片自带的外设
‑
集成型控制律加速器协处理器进行傅里叶变换，翻转复数的实部和虚部，再进行位反转，解压后进行快速傅里叶变换计算，得到真正的傅里叶级数，在软件中还原采集到的波形，完成建相；步骤三、获取参数，
①
幅值：幅值＝2*sqrt((周期中最大值^2)+(周期中最小值^2))，将初级电流、次级电流、次级电压三路信号的FFT计算结果放进去，即可分别得到对应信号的幅值；
②
相位：atan2(周期中最大值,周期中最小值)*180/π；
③
初次级电流相位差：初级电流相位
‑
次级电流相位；
④
次级电压电流相位差：次级电压相位
‑
次级电流相位；
⑤
初次级电流电压相位差：次级电压相位
‑
初级电流相位；
⑥
电压＝次级电压幅值*电压修正系数；
⑦
电流＝次级电流幅值*电流修正系数；
⑧
功率＝电压*电流*功率修正系数*cos(次级电流电压相位差*π/180)；

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，
申请(专利权)人：东莞市超声壹号智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：