超聲阻垢除垢控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號處理領域，特別涉及的是超聲波阻垢除垢的信號控制技術。
【背景技術】
[0002]現有的超聲除垢阻垢系統包括控制器，驅動電路，功放電路，匹配電路和超聲除垢阻垢裝置。控制器用于產生控制信號以及處理電路的報警信號，驅動電路將會根據控制器所給出的控制信號驅動功率放大電路，而匹配電路則負責匹配功率和系統阻抗，使得超聲除垢阻垢裝置能夠諧振并工作。
[0003]超聲換能器是超聲除垢阻垢裝置的一種，它是一種有別于電機、電爐等負載的非線性諧振負載，它的諧振點會隨著施加在超聲換能器上的負載的變化而變化。
[0004]而在傳統方案中超聲換能器大多采用固定頻率或來回掃動頻率的方式工作(我們分別稱這兩種工作方式為定頻工作和掃頻工作)。無論定頻工作還是掃頻工作換能器都不能夠始終工作在諧振點上，所以傳統工作方式中超聲換能器的電聲效率并不高，甚至在負載變化幅度較大的時候會出現幾乎沒有超聲輸出的情況。
[0005]此外，傳統方案中系統的匹配電路較為復雜，在大功率驅動的時候，匹配電路的體積會比較大。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種超聲阻垢除垢控制系統，解決傳統技術中超聲除垢阻垢裝置負載變化時不能實時工作在諧振頻率上的問題，實現控制系統對負載變化的自適應頻率調整。
[0007]為解決上述問題，本發明提出一種超聲阻垢除垢控制系統，包括依次連接的控制器，功率放大電路和匹配電路，還包括電流電壓反饋電路，所述電流電壓反饋電路包括:
[0008]采樣模塊，采樣并輸出所述匹配電路輸出端的電壓信號和電流信號；
[0009]相位差提取模塊，根據接收的采樣模塊輸出端輸出的電壓信號和電流信號而提取出所述電壓信號和電流信號的相位差，并輸出相位差信號；
[0010]阻抗特性判斷模塊，根據接收的采樣模塊輸出端輸出的電壓信號和電流信號判斷所述匹配電路輸出端的輸出信號的阻抗特性，并輸出阻抗特性判斷信號；以及
[0011 ]信號處理模塊，接收所述采樣模塊輸出的電流信號、所述相位差提取模塊輸出的相位差信號及所述阻抗特性判斷模塊輸出的阻抗特性判斷信號，根據所述相位差信號和阻抗特性判斷信號進行頻率追蹤以獲得多個初定諧振點，根據所述電流信號確定所需諧振點，輸出所述所需諧振點的諧振信號，并將所述諧振信號反饋給所述控制器。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述信號處理模塊根據所述相位差信號選擇相位差大體最小的位置作為可能諧振點，并根據所述阻抗特性判斷信號在所述可能諧振點中選擇阻抗特性為感性的作為所述多個初定諧振點，從而根據所述電流信號選擇所述初定諧振點中電流最大的作為所述所需諧振點。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述信號處理模塊為模糊PID控制器。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述相位差提取模塊包括:
[0015]第一信號整形電路，接收所述采樣模塊輸出的電流信號并將其整形為第一方波信號輸出；
[0016]第二信號整形電路，接收所述采樣模塊輸出的電壓信號并將其整形為第二方波信號輸出；
[0017]時差獲取電路，接收并確定所述第一方波信號和第二方波信號的時差；
[0018]脈寬獲取電路，接收所述第二方波信號，并獲取所述第二方波信號的脈寬時長；[0019 ]除法器，接收所述時差獲取電路的時差及所述脈寬獲取電路的脈寬時長，將所述時差除以所述脈寬時長以獲得所述相位差。
[0020]根據本發明的一個實施例，所述時差獲取電流根據所述第一方波信號上升沿和第二方波信號上升沿的時差、或所述第一方波信號下降沿和第二方波信號下降沿的時差來確定所述第一方波信號和第二方波信號的時差。
[0021]根據本發明的一個實施例，所述阻抗特性判斷模塊根據電壓信號和電流信號判斷電流超前或電壓超前以確定阻抗特性為容性或感性。
[0022]根據本發明的一個實施例，所述匹配電路輸出端連接超聲換能器，所述控制器根據信號處理模塊反饋的諧振信號控制超聲換能器在所需諧振點上工作。
[0023]根據本發明的一個實施例，所述匹配電路為功率匹配電路。
[0024]根據本發明的一個實施例，所述匹配電路包括一變壓器，用以將輸入信號變壓輸出。
[0025]根據本發明的一個實施例，所述匹配電路還包括用于保護所述變壓器的保護電路。
[0026]采用上述技術方案后，本發明相比現有技術具有以下有益效果:本發明增加電流電壓反饋電路部分，用于超聲換能器諧振狀況的反饋并實時調整諧振頻率。傳統系統中也可能會有電壓和電流的反饋，但是傳統方案中的電流電壓反饋主要用于對電壓電流的監測或者是對功率的調節反饋。本發明通過采樣模塊對匹配電路輸出信號的電壓和電流，相位差提取模塊提取出采樣的電壓信號和電流信號的相位差，阻抗特性判斷模塊判斷該輸出端輸出信號的阻抗特性，從而信號處理模塊根據電流信號、相位差信號和阻抗特性判斷信號確定所需諧振點。由于本發明能夠使超聲除垢阻垢裝置的負載變化時始終工作在諧振點上，所以功率因數較高，即有功部分比重較大，能夠極大程度上提升電聲轉化效率;本發明能夠跟蹤甚至預判超聲除垢阻垢裝置負載的變化，從而調整超聲除垢阻垢裝置的工作狀態，所以在負載變化較為劇烈的時候，依然能夠使超超聲除垢阻垢裝置始終工作在較良好的情況。
[0027]此外，本發明采用變壓器作為匹配電路，能夠使得系統始終在接近純電阻性狀態下工作，所以不需要進行系統阻抗匹配。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明一實施例的超聲阻垢除垢控制系統的結構框圖；
[0029]圖2為本發明一實施例的電流電壓反饋電路的結構框圖；
[0030]圖3為本發明一實施例的相位差提取模塊的結構框圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0032]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0033]圖1示出本發明的一種超聲阻垢除垢控制系統，包括依次連接的控制器I，功率放大電路3、匹配電路4和電流電壓反饋電路6，控制器I輸出控制信號，功率放大電路3對控制信號進行功率放大，功率放大電路3可以由驅動電路2驅動，驅動電路2接收并根據控制信號驅動功率放大電路3導通關斷工作，匹配電路4接收功率放大電路3并實現與超聲除垢阻垢裝置的匹配，匹配電路4輸出信號輸出給超聲除垢阻垢裝置，使得超聲除垢阻垢裝置能夠諧振工作。
[0034]在一個實施例中，超聲除垢阻垢裝置為超聲換能器5，超聲換能器5工作時，諧振點會隨施加在其上的負載變化而自適應變化，從而改善傳統定頻工作或掃頻工作中超聲換能器5電聲效率不高的問題。匹配電路4輸出端連接超聲換能器5，控制器I根據信號處理模塊(電流電壓反饋電路6)反饋的諧振信號輸出響應控制信號，控制信號經過功率放大及功率匹配，從而控制超聲換能器5在所需諧振點上工作，電流電壓反饋電路6在超聲換能器5工作過程中實時反饋匹配電路4輸出的信號，因而可以在超聲換能器5負載變化時捕獲到變化情況并根據該變化情況確定所需諧振點，以自適應調整超聲換能器5諧振頻率。
[0035]參看圖2，電流電壓反饋電路6連接在匹配電路4和控制器I之間，包括:采樣模塊61，相位差提取模塊62，阻抗特性判斷模塊63和信號處理模塊64。
[0036]其中，采樣模塊61采樣匹配電路4輸出端的輸出信號，并輸出采樣形成的電壓信號Sv和電流彳目號Si。米樣電路61可以米用現有的任意電壓電流米樣電路，可以是米樣保持電路，采樣保持電路獲得的采樣信號通常來說是離散的，也可以僅通過串聯或并聯在匹配電路4輸出端而獲得模擬采樣信號，本發明優選的是采用串聯并聯的方式，串聯在匹配電路4輸出端獲得模擬的電流信號Si，并聯在匹配電路4的輸出端獲得模擬的電壓信號Sv。
[0037]相位差提取模塊62接收采樣模塊61輸出端輸出的電壓信號Sv和電流信號Si，提取出電壓信號Sv和電流信號Si的相位差，并輸出相位差信號Ph。電壓信號Sv和電流信號Si在不同時間點的相位差不同，且具有最大值和最小值，理論最大值為90度，理論最小值為O度，當相位差為O度時，匹配電路4輸出信號處于理想諧振點，實際信號可能有不穩定因素，相位差最小值有可能達不到