超声水下去污机设计_论文
为服务于水利事业，本文所设计的水下构筑物去污机旨在提供一种新的水下构筑物清洗方法，利用超声波的空化效应对水下构筑物进行清洗。去污机主要由超声波电源和换能器清洗头两部分组成。超声波电源包括扫频信号发生电路、功率放大电路和阻抗匹配电路。超声波电源产生的电信号，利用压电换能器的压电效应转换成同频率的机械振荡，换能器向水中辐射超声波，最后在水下构筑物表面形成空化效应。
本文通过理论分析和实验探究得出适合于清洗水下构筑物的超声波为低频的超声波。研究比较了几种扫频信号发生电路的实现方法，选择结合了模拟压控和集成PWM芯片的方法。通过分析换能器负载成分，设计了压电换能器的阻抗匹配电路，并针对水下工作环境对换能器的安装结构进行了设计，最终实现对水下构筑物无污染、无损伤的清洗，为水下构筑物损伤情况的检测服务。
关键词:水下构筑物清洗；超声波频率；扫频信号；阻抗匹配；压电换能器
第4章 去污机的整机设计
超声水下构筑物去污机主要由两大部分组成：超声波电源和清洗探头。超声波电源的信号发生部分和阻抗匹配部分已分别在第2、3章中做了详细分析，这章中设计了它的功率放大部分，并对超声波电源做出整体设计。清洗探头的设计主要是对换能器做防水工作，使其适用于水下工作环境。
4.1 超声波电源的设计
作为产生可以直接加载到压电换能器上的电信号的设备，超声波电源占据了整个系统的很大比重。 在超声波电源中，主要包含信号的发生、功率的放大和阻抗匹配三个部分。
4.1.1 超声波电源简介
超声波电源，也称作超声波发生器，是产生正弦信号或方波信号用来驱动超声波换能器的信号发生器。与普通信号发生器不同，它是一种功率信号发生器，它简单的结构图如图4.1所示[12]。
图4.1 超声波电源的结构
信号发生器产生一个正弦或方波信号，在超声波清洗行业中它的频率一般为20kHz到70kHz，某些特殊用途也会用到更高的频率。随着数字化技术的发展，信号发生器产生信号更多的选择了PWM信号。
功率放大器的功能就是放大信号发生器产生的信号，大到足够驱动超声波换能器。功率放大器的发展史可以说代表了超声波电源的发展史，它经历了电子管甲、乙类放大器，晶体管甲、乙类放大器以及晶体开关放大器，其中晶体开关放大器又经历了双极型晶体开关管、垂直沟道MOS管、隔离栅双极管的发展[13]。能够达到的功率和效率都在不断地提高。一般开关管的结构为半桥或全桥结构，视需要的功率大小情况而定。
和许多放大器一样，这里的功率放大器也要通过阻抗匹配电路才能有效地将能量传输给后面的超声波换能器。
完整的超声波电源一般都有控制部分，它能通过反馈回路所给的信息检测压电换能器的工作状态，及时地调整工作状态，保证换能器工作于最佳状态下。控制部分可以通过单片机、DSP、FPGA等技术的应用来实现。
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ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 水下去污机的设计背景 1
1.2 主要研究内容 3
第2章 超声清洗声波频率研究 5
2.1 超声清洗声波频率理论分析 5
2.1.1 超声空化理论分析 5
2.1.2 超声波频率对空化强度的影响 7
2.2 超声清洗声波频率探究 7
2.3 本章小结 10
第3章 关键技术研究 11
3.1 扫频信号 11
3.1.1 DDS产生扫频信号 11
3.1.2 压控振荡产生扫频信号 13
3.1.3 基于集成PWM芯片的压控振荡方案 13
3.2换能器阻抗匹配的研究 19
3.2.1 换能器负载成分的分析 19
3.2.2 换能器匹配电路的设计 21
3.3 压电换能器理论研究 22
3.3.1 压电换能器理论分析 22
3.3.2 超声变幅杆理论分析 24
3.4 本章小结 26
第4章 去污机的整机设计 27
4.1 超声波电源的设计 27
4.1.1 超声波电源简介 27
4.1.2超声波电源的整体设计 28
4.2 去污机探头的设计 31
4.2.1 大面积辐射型 31
4.2.2 能量集中型 32
4.3 整机设计 33
4.4 本章小结 35
第5章 总结与展望 36
5.1 课题总结 36
5.2 课题展望 37
参考文献 38
致谢 41
附图、附录 42
一、超声波电源原理图及PCB 42
二、作品实物图 44
三、圆锥形变幅杆共振长度的计算表（部分） 45
四、钢的声学特性表（部分） 47
五、攻读学士学位期间主要工作与成果 47 查看完整请+Q:351916072获取
原文链接：http://www.jxszl.com/jsj/jsjkxyjs/412.html
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