超声悬浮
效果
0.jpg

悬浮原理:
发射面与反射面之间的距离为nλ/2(n为自然数,λ声波在空气中传播时的波长),发射端(换能器)所发射出的超声波,与反射端反射回去的超声波会相互叠加进而形成驻波,在驻波的波节处,两侧声压方向相反。这些驻波节点之间是间距为λ/2,辐射压力具有回复力的特性,可以将被悬浮物的位置维持在声压节点附近处。对于比较重的物体,其悬浮位置会偏向驻波声压节点稍下方。
xf示意图.jpg


图片来自
超声波悬浮用非常规变幅杆的研究_梅景放.caj
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以上说的都是废话,其实我是来讲换能器驱动的。
关于换能器的匹配:
换能器的等效电路图
hnq.jpg


C0是换能器的静态电容,C1为动态电容,L1为动态电感,R1为动态电阻。

换能器的并联匹配
hnq1.jpg


在换能器两端并联一个电感为Lp,当匹配电感满足
gsb.jpg
时候,系统呈现纯阻性,阻抗为R1。WrC1L1的串联谐振频率。


换能器的串联匹配
hnq2.jpg
hnq3.jpg


换能器工作在串联谐振频率点ws,在此谐振频率点,电路可以从a等效为b,当匹配电感满足公式
gsc.jpg
的时候,系统呈现纯阻性,阻抗为
gsr.jpg


另外还可以通过在换能器两端并联电容(相当于增大C0),来调整电路工作状态。

换能器的驱动电路图:
电路.jpg

CD4046输出的方波通过4081和4001产生死区时间,然后给图腾驱动MOS管
死区时间还可以只用一片4001产生:
sq.jpg

我这要用门电路给反馈信号整形,所以用了两片门芯片。
变压器用的是现成的,EC4220磁芯,初级0.45X203+3T,次级0.62单股90T。算了一下,刚好合适。
将采样的电压电流信号经过RC延时,4001整形后反馈给4046。调整延迟时间就可以调整电路工作状态。
由于用的是推挽,所以换能器采用串联匹配,那么在谐振频率附近,频率低时呈现容性,频率高时呈现感性。所以电压反馈给40463脚,电流反馈给14脚。用第2鉴相器使电压电流相位一致。

关于串联匹配电感的值怎么确定,
gsc.jpg
公式中的R1不方便测量,就靠蒙了[s::lol]  在磁芯骨架上绕一个电感,通过调整气息来调整电感量,然后观察电流波形。

电感过小:电流波形像严重失真的正弦,电流过大。无论怎么调节频率,都不会谐振。电流超前电压。MOS管发热严重。

电感适中:频率低时,电流是锯齿波。随着频率增大,电流(锯齿波)幅度先减小,后增大,此时是正弦波,并且超前于电压。频率继续增大,电流(正弦)电压同相,随后电流(正弦)滞后于电压,频率再增大,电流变成锯齿波。适当的增加电感量可以使电流幅度减小,减小MOS管发热。但电感太大很容易失谐。


电感过大:无论怎么调节频率,电流波形都是锯齿波,仅在谐振点稍微有变化。

我用的换能器是25KHz/100W的,静电容7nF。其他规格的换能器应该也可以这样找匹配电感的值。
最终确定的电感量是11mH,在EE4220磁芯骨架上用0.59漆包线绕300T左右,开4mm气息得到。
匹配电感:
电感.jpg


电路板:
ddb.jpg




来自 电子技术
 
2016-1-2 22:47:42
1楼
沙发,学习了,数据详实,,第一次见。。。
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2楼
厉害
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3楼
做这个!不单单定在一点,还能在一个平面内移动的[s::lol]
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4楼
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2016-01-03 00:44:32
5楼
楼主,输入换能器的功率是多少
另外需要注意的是,这种换能器的形变量不大,在空气中如果不加变幅杆,输入功率过大,会因负载太小而损毁
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6楼
666666到飞起
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abc555(作者)
7楼
引用 ne555:
楼主,输入换能器的功率是多少
另外需要注意的是,这种换能器的形变量不大,在空气中如果不加变幅杆,输入功率过大,会因负载太小而损毁
变压器输出功率接近100W了,感觉变压器的升压比太大了,开久了换能器发烫。买换能器的时候卖家也说过不要空载运行。等我玩够了就改清洗机[s::lol]
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8楼
Q1:那个J1是啥意思。看到实物图你放了跳线帽,Q2:请教一下,你开气息是磨一点测一下么?还是一点点塞纸片
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abc555(作者)
9楼
引用 俗世怂人:
Q1:那个J1是啥意思。看到实物图你放了跳线帽,Q2:请教一下,你开气息是磨一点测一下么?还是一点点塞纸片
J1是排针,通过跳线帽选择VCO的控制电压,用来调整中心频率
开气息是垫纸片,确定电感量后垫的是亚克力板
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10楼
引用 abc555:
J1是排针,通过跳线帽选择VCO的控制电压,用来调整中心频率
开气息是垫纸片,确定电感量后垫的是亚克力板
中心频率的切换功能有必要?。R15用的39欧,是就是39欧么?Q2电压反馈的那R17 R3 R11如何确定阻值?
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11楼
引用 abc555:
J1是排针,通过跳线帽选择VCO的控制电压,用来调整中心频率
开气息是垫纸片,确定电感量后垫的是亚克力板
环能片能工作多久?单粒悬浮能多重?
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12楼
好棒! 会不会对听力有危害?
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abc555(作者)
13楼
引用 俗世怂人:
环能片能工作多久?单粒悬浮能多重?
变压器一开始用的是初级5+5T,次级100T的,换能器开几分钟只是温热。
后来想加大功率,换成1楼的那个变压器,换能器开几分钟就烫手了(换能器的工作温度一般不超过80度)。所以玩悬浮还是用变比小一点的变压器。
我只悬浮过泡沫,没具体研究过最重能到多少,但是看见有人加变幅杆后能悬浮3mm钢珠。
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abc555(作者)
14楼
引用 张静茹:
好棒! 会不会对听力有危害?
超声波对听力应该是有危害的……
换能器噪音也不小(视频中消音了)
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15楼
引用 abc555:
变压器一开始用的是初级5+5T,次级100T的,换能器开几分钟只是温热。
后来想加大功率,换成1楼的那个变压器,换能器开几分钟就烫手了(换能器的工作温度一般不超过80度)。所以玩悬浮还是用变比小一点的变压器。
我只悬浮过泡沫,没具体研究过最...
我打算做一个默默装逼,一套下来我看也就100多嘛。调试麻烦不?这图后续能直接当清洗机用么
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16楼
引用 abc555:
超声波对听力应该是有危害的……
换能器噪音也不小(视频中消音了)
可否给个没消音的?和高速开车窗哪个更吵
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17楼
引用 abc555:
变压器一开始用的是初级5+5T,次级100T的,换能器开几分钟只是温热。
后来想加大功率,换成1楼的那个变压器,换能器开几分钟就烫手了(换能器的工作温度一般不超过80度)。所以玩悬浮还是用变比小一点的变压器。
我只悬浮过泡沫,没具体研究过最...
WOC,变幅杆的价格简直。。。。算了我还是悬浮泡沫吧。看到不少人装逼悬浮水,那种得KW级别了把。。。
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abc555(作者)
18楼
引用 俗世怂人:
WOC,变幅杆的价格简直。。。。算了我还是悬浮泡沫吧。看到不少人装逼悬浮水,那种得KW级别了把。。。
调试没有雾化的麻烦,电路不变可以直接用在清洗机上。
这个是没消声的
看的时候音量开小一点[s::lol] 拍的时候靠得很近。噪音当然没有高速开车窗的大。
换能器的噪音其实是很尖的,可能会由于喇叭的原因听上去变了。


如果有变幅杆的话就可以减小换能器的功率,悬浮水滴用不着KW,不知道我这个把距离调近点能不能悬浮水滴,不过最近没空玩了,考试多发期……
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19楼
引用 abc555:
调试没有雾化的麻烦,电路不变可以直接用在清洗机上。
这个是没消声的看的时候音量开小一点 拍的时候靠得很近。噪音当然没有高速开车窗的大。
换能器的噪音其实是很尖的,可能会由于喇叭的原因听上去变了。

如果有变幅杆的话就可以减小换能器的...
打开的时候卡了,那时刚好在给新焊接的板子通电,吓死宝宝了。感觉跟喷气发动机一样。。。。
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abc555(作者)
20楼
引用 俗世怂人:
打开的时候卡了,那时刚好在给新焊接的板子通电,吓死宝宝了。感觉跟喷气发动机一样。。。。
哈哈,笑死……
看了4楼的视频,想到如果只做悬浮的话,可以用市电整流,单管定频驱动,换能器用并联匹配。这样可以化简电路。做悬浮的话尽量选低频的换能器,频率越低换能器的振幅越大。
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2016-01-04 09:09:09
21楼
你的超声悬浮超声振子功率多大?我想做个教具,不知振头空载是否会烧坏?

[修改于 4 年前 - 2016-01-04 09:12:45]

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abc555(作者)
22楼
引用 shzyzlj:
你的超声悬浮超声振子功率多大?我想做个教具,不知振头空载是否会烧坏?
振子功率是100W的,如果悬浮泡沫的话,不用100W都能悬浮。
空载有可能会烧坏振子,所以驱动功率做小点。
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23楼
引用 abc555:
振子功率是100W的,如果悬浮泡沫的话,不用100W都能悬浮。
空载有可能会烧坏振子,所以驱动功率做小点。
振子100W我看有40多包邮的,这价钱合适么?搭好电路是不是只要调节电感就行?
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abc555(作者)
24楼
引用 俗世怂人:
振子100W我看有40多包邮的,这价钱合适么?搭好电路是不是只要调节电感就行?
频率多少?我的是45包邮。
先定频调电感,然后追频调反馈信号的相位。
你不考虑单管么?那样简单很多
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25楼
引用 abc555:
频率多少?我的是45包邮。
先定频调电感,然后追频调反馈信号的相位。
你不考虑单管么?那样简单很多
25K 100W,淘宝貌似就一家包邮,看来买的是一样的了。打算做个追频方便使用
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2016-01-06 10:11:52
2016-1-6 10:11:52
26楼
好贴必顶[s::lol]
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27楼
引用 俗世怂人:
25K 100W,淘宝貌似就一家包邮,看来买的是一样的了。打算做个追频方便使用
能给个链接吗,不方便的话私信也行,谢谢
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28楼
引用 buck:
能给个链接吗,不方便的话私信也行,谢谢
。。自己搜不就好了。。。。。。。。
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29楼
引用 俗世怂人:
。。自己搜不就好了。。。。。。。。
没有找到25K 100W,还45包邮的,您方便给我发私信吗
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2016-01-07 09:03:05
30楼
有什么实际用途呢?
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31楼
所以实际上是一个足够功率的超声波源和一个控制好距离的反射板就可以组成这个系统了是嘛?
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abc555(作者)
32楼
引用 XZGSW1:
有什么实际用途呢?
对我来说只是玩而已[s::lol]
看过有论文说驻波悬浮应用在化学反应和细胞培养方面的,具体是哪篇论文就不记得了
不过驻波悬浮的悬浮力小,还是近场悬浮更有实用性
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abc555(作者)
33楼
引用 灬小猫:
所以实际上是一个足够功率的超声波源和一个控制好距离的反射板就可以组成这个系统了是嘛?
是的,而且发射端和反射端的距离不是半波长的整数倍都能悬浮
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abc555(作者)
34楼
点击此处查看视频
重新拍了个清一点的,而且没消声
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2016-01-08 17:57:26
2016-1-8 17:57:26
35楼
这个有意思
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36楼
除了振子都买到了。变压器用电感用EE4220,问一下393靠近CDXXXX呢还是靠近变压器输出的地方。
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37楼
引用 俗世怂人:
除了振子都买到了。变压器用电感用EE4220,问一下393靠近CDXXXX呢还是靠近变压器输出的地方。
变压器是EC42。
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abc555(作者)
38楼
引用 俗世怂人:
除了振子都买到了。变压器用电感用EE4220,问一下393靠近CDXXXX呢还是靠近变压器输出的地方。
这个……有什么区别0.0
怎么布线方便就怎么接吧
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39楼
引用 abc555:
这个……有什么区别0.0
怎么布线方便就怎么接吧
貌似有区别吧。C8和C9两个220电容耐压有什么要求呢么。手头220 貌似只有16V的了。振子各家的确定频率功率是不是基本一个参数呢?
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abc555(作者)
40楼
引用 俗世怂人:
貌似有区别吧。C8和C9两个220电容耐压有什么要求呢么。手头220 貌似只有16V的了。振子各家的确定频率功率是不是基本一个参数呢?
“393靠近CDXXXX呢还是靠近变压器输出的地方”我的理解是393在电路板中的位置,25kHz的电路对布线要求又不严格,真没想出有什么区别╮(╯▽╰)╭
C8和C9对采样信号滤波用的,4148对采样信号钳位(最高12V),C9上的电压来源于变压器输出端5.1k分压电阻。C8上的电压来源于0.5Ω采样电阻上的电压。这两电容上的电压实际不超过5V。
功率频率一样的振子,如果厂家不同,那参数也会有差别,具体看卖家给的参数表。
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2016-01-09 11:25:08
41楼
好,改天也做个试试看
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42楼
F=PS,问题截面积过大但是质量轻的是效果更好(面积变大)还是更差(挡住了超声)
再问。你是如何固定振子的?看到你好像是把它吊起来了
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abc555(作者)
43楼
引用 俗世怂人:
F=PS,问题截面积过大但是质量轻的是效果更好(面积变大)还是更差(挡住了超声)
再问。你是如何固定振子的?看到你好像是把它吊起来了
以小球为模型,半径过大(不易形成驻波)和过小都会影响悬浮力。
11.jpg




我是把换能器吊起来的。
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44楼
注意到一个现象,放东西的时候已经悬浮的和即将放进去的就像两块磁铁一样互相吸引。这是怎么回事呢?
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45楼
卖家的资料只有静态电容6700pf谐振阻抗20欧,请问一般用多少电压驱动合适呢?
再问变压器次级两个头哪个接地呢
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abc555(作者)
46楼
引用 俗世怂人:
注意到一个现象,放东西的时候已经悬浮的和即将放进去的就像两块磁铁一样互相吸引。这是怎么回事呢?
只是两颗泡沫都往平衡点处挤而已。
空载情况下,变压器输出振幅200V左右比较合适。
哪个接地都一样,建议先弄懂电路原理再做哦,到时候出了问题才好调试。
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47楼
引用 abc555:
只是两颗泡沫都往平衡点处挤而已。
空载情况下,变压器输出振幅200V左右比较合适。
哪个接地都一样,建议先弄懂电路原理再做哦,到时候出了问题才好调试。
超级喜欢 悬浮!很久以前就在国外网站上看到过。
想问一下 锁相环效果好嘛?
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abc555(作者)
48楼
引用 rb-sama:
超级喜欢 悬浮!很久以前就在国外网站上看到过。
想问一下 锁相环效果好嘛?
不知怎样才算效果好……我只做过锁相环的驱动
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2016-01-10 17:08:14
49楼
电路焊接好了。变压器5+5次级100,电感也绕好了。明天振子就到了,问一下。在不连接振子的情况下如何检测电路是否是正常工作的呢?
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