频率自适应技术在超声洁牙机中的应用

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1、频率自适应技术在超声洁牙机中的应用：超声波洁牙机在口腔科医疗领域应用十分广泛。现国内外所用超声波洁牙机普遍存在工作效率低的缺陷：其原因一般是振荡频率容易漂移。在连续工作一段时间后，振荡频率漂移，造成洁牙机工作不正常。由于超声换能器在工作过程中随着温度的变化及外界作用力的改变，换能器系统工作频率也会随改变。因此驱动电路固定的频率有可能偏移换能X络谐振点较远，导至换能系统换能较率降低，甚至停止工作或损坏换能器。为了改进超声换能器的转换效率，使换能系统始终工作在最佳状态，研发开发换能系统频率跟踪自适应超声驱动模块，从而在根本上解决了上述问题，提高超声洁牙机的工作效率。该电路设计思路新颖，抗干

2、扰能力强，工作稳定可靠。　　关键词：频率自适应鉴相　　一、功能要求　　1.频率自适应，在换能系统工作频率点附近一定范围内自动跟踪换能系统的谐振频率，使换能系统始终工作在最佳状态。　　2.工作频率点可调，可根据不同的应用场合设置调节不同的工作频率点，以实现同一超声模块应用于不同参数的超声洁牙设备。　　3.输出功率可调，以满足不同应用之需求。　　4.设备异常报警及使用安全保护功能。　　二、工作特性　　模块工作过程中适时检测换能系统工作状态，根据换能系统工作状态自动调整驱动频率，使换能系统适时工作在谐振频率点附近，保持最佳工作状态。确保换能系统最佳的转换效率、最小的发热损耗；同时也延长换能器

3、的工作寿命。　　自适应频率跟踪超声模块可根据换能器系统特性自动匹配换能器X络。　　通用宽频设计，满足不同应用要求（如洁牙、切骨、雕刻等）。　　由于采用对不同阻抗换能系统自适应驱动，因此对不同形状的工作尖的适配性很高，可大大提高生产效率。　　三、技术方案　　本方案采用高速MCU作为控制单元，通过软硬件方式产生超声频率方波，实现电压电流数据采集，功率驱动放大，换能系统X络匹配模块，频率跟踪等。原理模型如下图：　　1.关键技术　　换能系统振荡信号电流电压采集及隔离处理；换能振荡信号电流电压相位处理；软件相关算法。　　2.工作原理描述　　电压信号和电流信号采集自换能回路，通过滤波整形电路后送入

4、鉴相器，比较电流电压的相位差，及相位关系信号处理电路。当鉴相器输出为0时，激励频率即为换能系统谐振频率；如果鉴相器输出非0值，换能系统失谐，则通过相位关系信号判断电流电压相位关系：如果电流超前电压，激励频率低于谐振频率，频率往上调整；如果电压超前电流，激励频率高于谐振频率，频率往低调整。　　3.硬件设计　　激励信号发生器：　　激励信号由高速单片机产生，MCU通过扫频模式产生P激励信号，并根据反馈的电流电压相位信号状态调整P频率。达到频率跟踪目的。通过设定功率、输出功率及转换功率的相关性确定P频率调整步距的大小。避免过调或响应慢问题。　　匹配X络回路：　　输出变压器是超声发生器阻抗匹配、

5、传输功率的重要部件，其设计与绕制工艺对发生器的工作安全非常重要。它不仅以漏感、励磁电流等方面影响电路工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。因此在设计时着重考虑了以下几个方面：　　1.高磁通密度的磁芯材料：工作磁通密度B≤Bs/3其中Bs为最大和磁通密度　　2.保证初级电感量足够大：初级电感过小，则励磁电流偏大，变压器损耗增加、温度升高会降低磁通密度，使变压器进入饱和状态。　　3.考虑“集肤效应”：高频工作时导线电流会产生“集肤效应”，因此小线径多股导线并绕比单股大线径导线要好。　　注：匹配变压器漏感是产生涡流损耗的主因，但保持一定的漏感量可降低变压器的瞬态磁饱和。　　电流采样滤波

6、整流回路：　　采用AllegroACS712电流传感器，采集换能器回路中的电流信号，通过LM6181放大滤波整型后形成方波，一路送给鉴相器的输入端，另一路送给相位相关电路比较判断，电流相位超前或滞后于电压相位。　　AllegroACS712基于霍尔效应原理的开环贴片电流传感器，具有很高的隔离性，电路插入损耗很小，不影响换能系统的电气特性。ACS712LAYOUT要求布局传感器远离电磁场元件，以免受周围电磁场干扰，影响测量精度。　　电压采样滤波整流回路：　　鉴相及相位关系信号回路：　　方案1：软件实现鉴相及相：超声波洁牙机在口腔科医疗领域应用十分广泛。现国内外所用超声波洁牙机普遍存在工作

7、效率低的缺陷：其原因一般是振荡频率容易漂移。在连续工作一段时间后，振荡频率漂移，造成洁牙机工作不正常。由于超声换能器在工作过程中随着温度的变化及外界作用力的改变，换能器系统工作频率也会随改变。因此驱动电路固定的频率有可能偏移换能X络谐振点较远，导至换能系统换能较率降低，甚至停止工作或损坏换能器。为了改进超声换能器的转换效率，使换能系统始终工作在最佳状态，研发开发换能系统频率跟踪自适应超声驱动模块，从而在根本上解决了上述问题，提高超声洁牙机的工作