超声悬浮
abc5552016/01/02电子技术 IP:广东
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
attachment icon 超声波悬浮用非常规变幅杆的研究_梅景放.caj 14.67MB CAJ 146次下载




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



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来自:电子信息 / 电子技术
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~~空空如也
潮流V哈哈
8年3个月前 IP:四川
806105
看起来很复杂的样子,看来我要去补一下知识了。
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不死小明010212
8年3个月前 IP:江苏
806127
引用 张静茹:
好棒! 会不会对听力有危害?
@abc555:拜托啊超声波人听不到的
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张静茹
8年3个月前 IP:江苏
806132
引用 不死小明010212:
@abc555:拜托啊超声波人听不到的
超声听不到 不代表不进入耳朵
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俗世怂人
8年3个月前 IP:河南
806268
要吐血了,烧了4个540,一通电就保护,怀疑mOS质量问题,不接电压电流反馈,然后滴了一下(终于工作了,电源继续保护了,,,,吐血三升
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俗世怂人
8年3个月前 IP:河南
806270
重新测了,又是只死一边,吐血三升。。。。。可能自己绕的变压器实在不合格把。。。。。。。问一下你的现成变压器哪买的?
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abc555作者
8年3个月前 IP:广东
806282
引用 俗世怂人:
重新测了,又是只死一边,吐血三升。。。。。可能自己绕的变压器实在不合格把。。。。。。。问一下你的现成变压器哪买的?
如果没焊错的话,把变压器次级开路,然后测MOS管驱动波形和死区时间看看有没有问题。
现成的变压器在TB上搜高频变压器就有了
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俗世怂人
8年3个月前 IP:河南
806289
引用 abc555:
如果没焊错的话,把变压器次级开路,然后测MOS管驱动波形和死区时间看看有没有问题。
现成的变压器在TB上搜高频变压器就有了
不焊接变压器占空比46%,波形标准方波,MOS问题不大毕竟电流60A(用ZVS测试过)
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俗世怂人
8年3个月前 IP:河南
806299
。。。。。。。。。。。还以为变压器这个参数没有。。。。。。。。。。。。WOC淘宝一堆成品10块左右的[s::lol],手头已经没有小MOS了,明天再用460试试了[s::Q]
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abc555作者
8年3个月前 IP:广东
806308
引用 俗世怂人:
不焊接变压器占空比46%,波形标准方波,MOS问题不大毕竟电流60A(用ZVS测试过)
电流60A……你别吓我( ̄△ ̄;)
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俗世怂人
8年3个月前 IP:河南
806311
引用 abc555:
电流60A……你别吓我( ̄△ ̄;)
MOS标称电流
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俗世怂人
8年3个月前 IP:河南
806455
可以听到很弱的噪音了,但是就是悬浮不了,后来准备调节电感的时候,,,,,,,,460两个的D和变压器的的焊锡直接化了,再上电直接炸管。。。。。。一个低压MOS都没了,只能等年后再调教了。。顺便问一句,电感稍大一下是0。1mH级别的稍大还是0.5mh级别的呢?
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abc555作者
8年3个月前 IP:广东
806492
引用 俗世怂人:
可以听到很弱的噪音了,但是就是悬浮不了,后来准备调节电感的时候,,,,,,,,460两个的D和变压器的的焊锡直接化了,再上电直接炸管。。。。。。一个低压MOS都没了,只能等年后再调教了。。顺便问一句,电感稍大一下是0。1mH级别的稍大还是0...
1~2mH的。
电感从大往小调
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awinwak
8年3个月前 IP:辽宁
806546
学习了。
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deck_npu
8年3个月前 IP:陕西
806903
这个东西能悬浮小水滴吗,想借用做实验,楼主能转让一套吗?
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潜伏
8年3个月前 IP:天津
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厉害!如果换能器上加一个杯子不就是超声波清洗机了吗
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abc555作者
8年3个月前 IP:广东
806959
引用 deck_npu:
这个东西能悬浮小水滴吗,想借用做实验,楼主能转让一套吗?
这个悬浮不了水滴,要加变幅杆。
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deck_npu
8年3个月前 IP:陕西
806966
引用 abc555:
这个悬浮不了水滴,要加变幅杆。
看了你的设计很受鼓舞,悬浮水滴的难度有多大?我悬浮的水滴很小的,大概50ul左右,质量在0.05g左右?用过简单的压电陶瓷片,在阻抗匹配 变幅杆这块没什么经验。朋友能否帮忙做一套或者指导下。
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俗世怂人
8年1个月前 IP:湖南
812696
。。。镊子碰到面有指甲划黑板的声音,但是没有悬浮,4046输出25.6KHZ左右可以听到一点点的高音。。还有换能器中间的螺丝干吗用的?要拧么?
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abc555作者
8年1个月前 IP:广东
812697
引用 俗世怂人:
。。。镊子碰到面有指甲划黑板的声音,但是没有悬浮,4046输出25.6KHZ左右可以听到一点点的高音。。还有换能器中间的螺丝干吗用的?要拧么?
看电流波形来判断谐振,先调到谐振再试能不能悬浮物体。
螺丝是焊在清洗容器底部,然后换能器拧上去,再用胶水粘牢,清洗机就做成了
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天神die
8年1个月前 IP:河南
812701
这噪声   简直了!!!
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俗世怂人
8年1个月前 IP:湖南
812702
引用 abc555:
看电流波形来判断谐振,先调到谐振再试能不能悬浮物体。
螺丝是焊在清洗容器底部,然后换能器拧上去,再用胶水粘牢,清洗机就做成了
能给个Q么?刚才抱着破罐子破摔的心情跳到了26.3K吧,然后慢慢就先小后大了,貌似有那么一瞬间完美正弦了,但是。。包扩伪正弦出现了3秒不到,电源就保护了,检查发现绝缘粒子就融化了。。。。。不知道是先融化再短路再烧毁还是县烧毁在融化。。。但是似乎也没听到啥叫声啊。。我有这么老了么,25K都听不到了
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abc555作者
8年1个月前 IP:广东
812705
引用 俗世怂人:
能给个Q么?刚才抱着破罐子破摔的心情跳到了26.3K吧,然后慢慢就先小后大了,貌似有那么一瞬间完美正弦了,但是。。包扩伪正弦出现了3秒不到,电源就保护了,检查发现绝缘粒子就融化了。。。。。不知道是先融化再短路再烧毁还是县烧毁在融化。。。但是...
看私信
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1027lone
8年1个月前 IP:天津
813317
厉害,看着好神奇,不知道能不能做到比较长的距离。
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王铭麟
6年5个月前 IP:四川
841115
楼主。。。可不可以转让一个只做悬浮的电路板😭
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