【摘要】：超聲被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、加工、探傷、焊接、清洗、乳化、萃取等領(lǐng)域。高頻超聲波作用于人體后會(huì)產(chǎn)生各種生理作用,利用這些生理效應(yīng),可以有效改善身體的不健康狀態(tài),所以超聲理療自從出現(xiàn)以來(lái)就得到了廣泛關(guān)注和迅速發(fā)展。諧振網(wǎng)絡(luò)具有器件損耗低、功率密度高、負(fù)載能力強(qiáng)、電磁兼容性好的優(yōu)勢(shì)。在壓電換能器和開關(guān)電路之間插入諧振網(wǎng)絡(luò),可以改善系統(tǒng)的工作特性,使系統(tǒng)對(duì)溫度和機(jī)械參數(shù)變化不敏感。針對(duì)現(xiàn)有超聲理療產(chǎn)品成本高、波形畸變、功率不可調(diào)等缺點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了用于超聲理療驅(qū)動(dòng)器的整體架構(gòu)并對(duì)架構(gòu)中的每個(gè)模塊進(jìn)行具體選型,所設(shè)計(jì)的超聲驅(qū)動(dòng)器工作頻率在1 MHz左右。建立超聲換能器的電學(xué)模型,為補(bǔ)償靜態(tài)電容的影響,設(shè)計(jì)了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)諧振網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題,將三元件諧振網(wǎng)絡(luò)分類,并將所有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)歸類到兩類模型上,總結(jié)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同輸入輸出激勵(lì)下的可行性。分析了四種常見(jiàn)的二元件和三元件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作特性,選擇LCC作為驅(qū)動(dòng)器的諧振網(wǎng)絡(luò)模塊。建立基于LCC諧振網(wǎng)絡(luò)的超聲驅(qū)動(dòng)器電路模型,從時(shí)域角度分析了諧振網(wǎng)絡(luò)的工作特性。研究了開關(guān)頻率對(duì)諧振網(wǎng)絡(luò)工作模式的影響。給出狀態(tài)方程和狀態(tài)空間的軌跡,并分析了開關(guān)電路中控制功率的多種方式,設(shè)計(jì)了電路的功率控制方案。針對(duì)現(xiàn)有的超聲驅(qū)動(dòng)器諧振網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題,建立以輸出電壓和輸入阻抗角為目標(biāo)的諧振網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)優(yōu)化模型,使用受控的精英遺傳算法,得到諧振網(wǎng)絡(luò)的一組最優(yōu)參數(shù)。進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證優(yōu)化后的結(jié)果可滿足要求。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),開發(fā)軟硬件系統(tǒng),最終成功制作了超聲理療儀驅(qū)動(dòng)器,通過(guò)示波器采集各節(jié)點(diǎn)的電壓波形。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,本課題開發(fā)的超聲驅(qū)動(dòng)器能夠安全、穩(wěn)定的持續(xù)運(yùn)行。
【圖文】：

超聲理療[5]

(a) 開通過(guò)程 (b) 關(guān)斷過(guò)程 圖 1-3 硬開關(guān)過(guò)使用軟切換技術(shù)可以減少電磁干擾，減小切高系統(tǒng)效率。軟開關(guān)消除了開通和關(guān)斷過(guò)程中電降低了開通與關(guān)斷損耗。軟開關(guān)的過(guò)程如圖 1-
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH789

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本文編號(hào)：2706750