CN113465725A - 一种超声强度自动检测控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声强度自动检测控制系统及方法，其系统包括：PLC控制器，用于输出预先设置的变化的模拟量直流电压；频率发生器，用于输出相对应的频率信号；功率放大器，用于对频率信号功率放大；超声换能器，用于根据频率驱动产生超声能量；功率放大器上设置有电流传感器，用于采样电流信号并转换成采样电压，PLC控制器读取并比较不同频率下的采样电压，保存采样电压的所有读取值的平均最大值，并在频率发生偏移时，输出与采样电压的平均最大值对应的模拟量直流电压。该系统能够自动进行超声强度检测，并在频率发生偏移时，快速、准确的找到最佳频率谐振点，从而提高超声换能器的稳定性。

Description

一种超声强度自动检测控制系统及方法

技术领域

本发明涉及超声换能技术领域，尤指一种超声强度自动检测控制系统及方法。

背景技术

超声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波) 再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。超声波换能器的应用十分广泛,它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等；按实现的功能分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等；按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。

现在超声换能器驱动有自激式的和他激式的产生谐振的方式，输出最佳的超声能量。自激式电路简单，受元件和超声发生器的温度影响，输出能量就会受很大影响；他激式电路复杂，但频率可以调节，有利于找到最佳的能量输出，因此得到广泛应用。在采用他激式驱动时，经常会出现在设备使用一段时间后，频率发生偏移的情况，需要工程师进行手动调整，效率较慢，且精度不高，很难找到最佳频率谐振点，影响工作的稳定性。因此，需要一种能够自动进行超声强度检测，并在频率发生偏移时，快速、准确的找到最佳频率谐振点的超声强度自动检测控制系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声强度自动检测控制系统及方法，该方案能够自动进行超声强度检测，并在频率发生偏移时，快速、准确的找到最佳频率谐振点，从而提高超声换能器的稳定性。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种超声强度自动检测控制系统，包括：

PLC控制器，用于输出预先设置的变化的模拟量直流电压；

频率发生器，与所述PLC控制器连接，用于根据变化的所述模拟量直流电压输出相对应的频率信号；

功率放大器，与所述频率发生器连接，用于对所述频率信号功率放大；

超声换能器，与所述功率放大器连接，用于根据频率驱动产生超声能量；

其中，所述功率放大器上设置有电流传感器，所述电流传感器用于采样电流信号并转换成采样电压，所述电流传感器通过电压放大器与所述PLC控制器的模拟量输入端连接，

所述PLC控制器读取并比较不同频率下的所述超声换能器输出的超声能量对应的所述采样电压，保存所述采样电压的所有读取值的平均最大值，并在频率发生偏移时，输出与所述采样电压的平均最大值对应的所述模拟量直流电压。

频率发生器的频率的变化是通过电压来调节的，通过控制PLC控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，能够使频率发生器输出相对应的频率信号，将频率信号功率放大后输出驱动超声换能器，能够产生对应的超声能量；由于不同频率超声的输出电流是不一样的，当功率放大器输出的频率与超声换能器的固有频率一致，且产生的谐振超声最强时，功率放大器的电流也最大，因此，通过电流传感器和电压放大器采集到功率放大器的采样电流信号并转换成采样电压，保存采样电压的所有读取值的平均最大值，该最大值便对应功率放大器最佳的输出频率点，因此，在频率发生偏移时，直接控制PLC控制器输出平均最大采样电压对应的模拟量直流电压，便能直接获得最佳输出频率，从而实现快速、准确的找到最佳频率谐振点，有利于提高超声换能器的稳定性。

进一步地，所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从小到大输出所述模拟量直流电压；

或；

所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从大到小输出所述模拟量直流电压。

具体的，为了保证最佳频率点的准确性，可以在预设模拟量电压范围内，控制PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出模拟量直流电压，从而获得频相对应的频率信号。预设模拟量电压范围和预设变化值可以根据频率发生器和超声换能器的实际参数进行调整，在此不作限定。

进一步地，所述PLC控制器读取当前时刻的所述频率信号的采样电压，并将当前时刻的所述频率信号的采样电压与上一时刻的所述频率信号的采样电压进行比较，保存数值最大的所述采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

具体的，在获取流采样电压的平均最大值时，由于频率信号的频率是不断变换的，通过采集当前时刻的频率信号的采样电压，再将当前时刻的采样电压与上一时刻的采样电压进行比较，获得数值较大的采样电压，以此循环，直至循遍预设模拟量电压范围内的所有模拟量直流电压，便能获得采样电压的平均最大值，保存数值最大的采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

进一步地，还包括：人机交互端，与所述PLC控制器连接，用于显示变化的所述模拟量直流电压。

进一步地，所述人机交互端包括自动扫描模块和微调模块；

所述自动扫描模块用于控制所述PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出所述模拟量直流电压；

所述微调模块用于控制所述PLC控制器输出以预设变化值增大或减小的所述模拟量直流电压。

具体的，在控制PLC控制器输出变化的模拟量直流电压时，可以采用自动扫描的方式，控制PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出模拟量直流电压，从而实现超声强度的自动检测；也可以采用微调的方式，控制PLC控制器以预设变化值增大或减小模拟量直流电压，从而便于选择需要的模拟量直流电压。

进一步地，还包括：电流放大器，所述电流放大器连接在所述频率发生器和所述频功率放大器之间，用于对所述频率信号的电流进行放大。

另外，本发明还提供一种超声强度自动检测控制方法，包括步骤：

控制PLC控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，使频率发生器根据变化的所述模拟量直流电压输出相对应的频率信号；

采集经功率放大器放大的输入超声换能器的所述频率信号的采样电压，并保存所述采样电压的所有读取值的平均最大值；

在频率发生偏移时，控制所述PLC控制器输出与所述采样电压的平均最大值对应的所述模拟量直流电压。

进一步地，所述的控制PLC控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，具体包括：

控制所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从小到大输出所述模拟量直流电压；

或；

控制所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从大到小输出所述模拟量直流电压。

进一步地，所述的采集经功率放大器放大的输入超声换能器的所述频率信号的采样电压，并保存所述采样电压的所有读取值的平均最大值，具体包括：

读取当前时刻的所述频率信号的采样电压；

将当前时刻的所述采样电压与上一时刻的所述采样电压进行比较；

保存数值最大的所述采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

进一步地，还包括步骤：

控制所述PLC控制器输出以预设变化值增大或减小的所述模拟量直流电压，使所述频率发生器输出对应频率的频率信号。

根据本发明提供的一种超声强度自动检测控制系统及方法，通过控制PLC 控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，能够使频率发生器输出相对应的频率信号，将频率信号功率放大后输出驱动超声换能器，能够产生对应的超声能量；通过电流传感器和电压放大器采集到功率放大器的采样电流信号并转换成采样电压，保存采样电压的所有读取值的平均最大值，该最大值便对应功率放大器最佳的输出频率点，在频率发生偏移时，直接控制PLC 控制器输出平均最大采样电压对应的模拟量直流电压，便能直接获得最佳输出频率，从而实现快速、准确的找到最佳频率谐振点，有利于提高超声换能器的稳定性。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明实施例的系统结构示意图；

图2是本发明实施例的整体流程示意图；

图3是本发明实施例的人机交互界面初始示意图；

图4是本发明实施例的人机交互界面启动示意图。

图中标号：1-人机交互端；2-PLC控制器；3-频率发生器；4-电流放大器； 5-功率放大器；6-电流传感器；7-超声换能器；8-电压放大器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例1

本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种超声强度自动检测控制系统，包括PLC控制器、频率发生器、功率放大器和超声换能器。

PLC控制器用于输出预先设置的变化的模拟量直流电压，变化的模拟量直流电压根据频率发生器和超声换能器的实际参数进行调整，在此不作限定。

频率发生器与PLC控制器连接，用于根据变化的模拟量直流电压输出相对应的频率信号；功率放大器与频率发生器连接，用于对频率信号功率放大；超声换能器与功率放大器连接，用于根据频率驱动产生超声能量。

优选的，系统还包括电流放大器，电流放大器连接在频率发生器和频功率放大器之间，使得再对频率信号进行功率放大前，能够先对频率信号的电流进行放大。

其中，功率放大器上设置有电流传感器，用于采样电流信号并转换成采样电压，电流传感器通过电压放大器与PLC控制器的模拟量输入端连接，PLC 控制器读取并比较不同频率下的所述超声换能器输出的超声能量对应的采样电压，保存采样电压的所有读取值的平均最大值，并在频率发生偏移时，输出与采样电压的最大值对应的模拟量直流电压。

频率发生器的频率的变化是通过电压来调节的，通过控制PLC控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，能够使频率发生器输出相对应的频率信号，将频率信号功率放大后输出驱动超声换能器，能够产生对应的超声能量。

由于不同频率超声的输出电流是不一样的，当功率放大器输出的频率与超声换能器的固有频率一致，且产生的谐振超声最强时，功率放大器的电流也最大，因此，通过电流传感器和电压放大器采集到功率放大器的采样电流信号并转换成采样电压，保存采样电压的所有读取值的平均最大值，该最大值便对应功率放大器最佳的输出频率点，在频率发生偏移时，直接控制PLC 控制器输出平均最大采样电压对应的模拟量直流电压，便能直接获得最佳输出频率，从而实现快速、准确的找到最佳频率谐振点，有利于提高超声换能器的稳定性，适用于各种超声类产品，如琉璃光系列美容设备上，将该超声强度自动检测控制系统用在美容设备上，能够使设备输出稳定可靠的超声能量，进而提高设备使用性能。

实施例2

本发明的一个实施例，在实施例1的基础上，PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从小到大输出模拟量直流电压；或PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从大到小输出模拟量直流电压。

具体的，为了保证最佳频率点的准确性，可以在预设模拟量电压范围内，控制PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出模拟量直流电压，从而获得相对应的频率信号。预设模拟量电压范围和预设变化值可以根据频率发生器和超声换能器的实际参数进行调整，在此不作限定。在本实施例中，选择预设模拟量电压范围为0-6V，每0.1V变化一次，60秒完成0V-6V的变化扫描，在其它实施例中，可以根据实际需求进行调整。

优选的，PLC控制器读取当前时刻的频率信号的采样电压，并将当前时刻的采样电压与上一时刻的采样电压进行比较，保存数值最大的采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

具体的，在获取流采样电压的平均最大值时，由于频率信号的频率是不断变换的，通过采集当前时刻的频率信号的采样电压，再将当前时刻的采样电压与上一时刻的采样电压进行比较，获得数值较大的采样电压，以此循环，直至循遍预设模拟量电压范围内的所有模拟量直流电压，便能获得采样电压的平均最大值，保存数值最大的采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

实施例3

本发明的一个实施例，在实施例1的基础上，在实施例2的基础上，本发明提供的一种超声强度自动检测控制系统还包括人机交互端，人机交互端与PLC控制器连接，用于显示变化的模拟量直流电压。

人机交互端包括自动扫描模块和微调模块；自动扫描模块用于控制PLC 控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出模拟量直流电压；微调模块用于控制PLC控制器输出以预设变化值增大或减小模拟量直流电压。

具体的，在控制PLC控制器输出变化的模拟量直流电压时，可以采用自动扫描的方式，控制PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出模拟量直流电压，从而实现超声强度的自动检测；也可以采用微调的方式，控制 PLC控制器输出以预设变化值增大或减小的模拟量直流电压，从而便于选择需要的模拟量直流电压。

例如，如图3和图4所示，在本实施例中，按人机界面的AUTO的键，可编程控制器DV(0V-6V)每0.1V变化一次，60秒完成0V-6V的变化扫描，中间20个黄点是0-6V分20格，0.3V/1格。频率发生器产生的信号从180khz-220khz 左右，经过超声电流放大器放大，再经过功率放大后驱动超声环能器的工作，由于频率的变化，电流的变化，经过采样电压放大后IV读入可编程控制器，数值在中间显示，如：比较DV0与DV0.1，大的值保存，再与DV0.2比较，一直比到DV6.0,把最终的最大值保存下来；按READY键开机，软件会把保存的最大值读出来，假如是DV3.5的电流值最大，则按READY键，可编程控制器 DV＝3.5V,中间20个黄点显示前面11个黄点，界面左右还有往左(减)往右 (加)手动微调键，如可编程控制器DV＝3.5V，按往左键一次，则编程控制器减0.1V，DV＝3.4V，按往右键一次，则编程控制器加0.1V，DV＝3.6V，从而直观的显示当前时刻的输出模拟量直流电压，也能直观的显示模拟量直流电压的变化。而在频率发生偏移，需要选择最佳输出频率时，可以通过微调模块对当前输出模拟量直流电压进行手动微调，以便选择需要的模拟量直流电压。在本实施例中，20个黄点显示是通过点的方式，把模拟量直流电压0-6V分成 20点的显示模式，还可以直接显示0-6V，或其它美观的显示方式，在此不做具体限制。

实施例4

本发明的一个实施例，如图2所示，本发明还提供一种超声强度自动检测控制方法，包括步骤：

S1、控制PLC控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，使频率发生器根据变化的模拟量直流电压输出相对应的频率信号。

S2、采集经功率放大器放大的输入超声换能器的频率信号的采样电压，并保存采样电压的所有读取值的平均最大值。

S3、在频率发生偏移时，控制PLC控制器输出与采样电压的最大值对应的模拟量直流电压。

具体的，频率发生器的频率的变化是通过电压来调节的，通过控制PLC 控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，能够使频率发生器输出相对应的频率信号，将频率信号功率放大后输出驱动超声换能器，能够产生对应的超声能量。

由于不同频率超声的输出电流是不一样的，当功率放大器输出的频率与超声换能器的固有频率一致，且产生的谐振超声最强时，功率放大器的电流也最大。因此，通过电流传感器和电压放大器采集到功率放大器的采样电流信号并转换成采样电压，保存采样电压的所有读取值的平均最大值，该最大值便对应功率放大器最佳的输出频率点，在频率发生偏移时，直接控制PLC 控制器输出平均最大采样电压对应的模拟量直流电压，便能直接获得最佳输出频率，从而实现快速、准确的找到最佳频率谐振点，有利于提高超声换能器的稳定性，适用于各种超声类产品，如琉璃光系列美容设备上，将该超声强度自动检测控制系统用在美容设备上，能够使设备输出稳定可靠的超声能量，进而提高设备使用性能。

实施例5

本发明的一个实施例，在实施例4的基础上，控制PLC控制器输出变化的模拟量直流电压，具体包括：

控制PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从小到大输出模拟量直流电压；或控制PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从大到小输出模拟量直流电压。

具体的，为了保证最佳频率点的准确性，可以在预设模拟量电压范围内，控制PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出模拟量直流电压，从而获得频率规律变化的频率信号。预设模拟量电压范围和预设变化值可以根据频率发生器和超声换能器的实际参数进行调整，在此不作限定。在本实施例中，选择预设模拟量电压范围为0-6V，每0.1V变化一次，60秒完成0V-6V 的变化扫描，在其它实施例中，可以根据实际需求进行调整。

优选的，采集经功率放大器放大的输入超声换能器的频率信号的采样电压，并保存采样电压的所有读取值的平均最大值，具体包括：

S21、获取当前时刻的采样电压。

S22、将当前时刻的采样电压与上一时刻的采样电压进行比较。

S23、保存数值最大的采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

具体的，在获取流采样电压的最大值时，由于频率信号的频率是不断变换的，通过采集当前时刻的频率信号的采样电压，再将当前时刻的采样电压与上一时刻的采样电压进行比较，获得数值最大的采样电压，以此循环，直至循遍预设模拟量电压范围内的所有模拟量直流电压，便能获得采样电压的平均最大值，保存数值较大的采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

优选的，本发明提供的一种超声强度自动检测控制方法，还包括步骤：

控制PLC控制器输出以预设变化值增大或减小模拟量直流电压，使频率发生器输出对应频率的频率信号。

具体的，在控制PLC控制器输出变化的模拟量直流电压时，可以采用自动扫描的方式，控制PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出模拟量直流电压，从而实现超声强度的自动检测；也可以采用微调的方式，控制PLC控制器输出以预设变化值增大或减小的模拟量直流电压，从而便于选择需要的模拟量直流电压。

例如，如图3和图4所示，在本实施例中，按人机界面的AUTO的键，可编程控制器DV(0V-6V)每0.1V变化一次，60秒完成0V-6V的变化扫描，中间 20个黄点是0-6V分20格，0.3V/1格。频率发生器产生的信号从180khz-220khz 左右，经过超声电流放大器放大，再经过功率放大后驱动超声环能器的工作，由于频率的变化，电流的变化，经过采样电压放大后IV读入可编程控制器，数值在中间显示，如：比较DV0与DV0.1，大的值保存，再与DV0.2比较，一直比到DV6.0,把最终的最大值保存下来；按READY键开机，软件会把保存的最大值读出来，假如是DV3.5的电流值最大，则按READY键，可编程控制器 DV＝3.5V,中间20个黄点显示前面11个黄点，界面左右还有往左(减)往右 (加)手动微调键，如可编程控制器DV＝3.5V，按往左键一次，则编程控制器减0.1V，DV＝3.4V，按往右键一次，则编程控制器加0.1V，DV＝3.6V，从而直观的显示当前时刻的输出模拟量直流电压，也能直观的显示模拟量直流电压的变化。而在频率发生偏移，需要选择最佳输出频率时，可以通过微调模块对当前输出模拟量直流电压进行手动微调，以便选择需要的模拟量直流电压。在本实施例中，20个黄点显示是通过点的方式，把模拟量直流电压0-6V分成 20点的显示模式，还可以直接显示0-6V，或其它美观的显示方式，在此不做具体限制。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声强度自动检测控制系统，其特征在于，包括：

PLC控制器，用于输出预先设置的变化的模拟量直流电压；

频率发生器，与所述PLC控制器连接，用于根据变化的所述模拟量直流电压输出相对应的频率信号；

功率放大器，与所述频率发生器连接，用于对所述频率信号功率放大；

超声换能器，与所述功率放大器连接，用于根据频率驱动产生超声能量；

其中，所述功率放大器上设置有电流传感器，所述电流传感器用于采样电流信号并转换成采样电压，所述电流传感器通过电压放大器与所述PLC控制器的模拟量输入端连接，

所述PLC控制器读取并比较不同频率下的所述超声换能器输出的超声能量对应的所述采样电压，保存所述采样电压的所有读取值的平均最大值，并在频率发生偏移时，输出与所述采样电压的平均最大值对应的所述模拟量直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种超声强度自动检测控制系统，其特征在于：所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从小到大输出所述模拟量直流电压；

或；

所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从大到小输出所述模拟量直流电压。

3.根据权利要求2所述的一种超声强度自动检测控制系统，其特征在于：所述PLC控制器读取当前时刻的所述采样电压，并将当前时刻的所述采样电压与上一时刻的所述采样电压进行比较，保存数值最大的所述采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

4.根据权利要求2所述的一种超声强度自动检测控制系统，其特征在于，还包括：人机交互端，与所述PLC控制器连接，用于显示变化的所述模拟量直流电压。

5.根据权利要求4所述的一种超声强度自动检测控制系统，其特征在于：所述人机交互端包括自动扫描模块和微调模块；

所述自动扫描模块用于控制所述PLC控制器以预设变化值从小到大或从大到小输出所述模拟量直流电压；

所述微调模块用于控制所述PLC控制器输出以预设变化值增大或减小的所述模拟量直流电压。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种超声强度自动检测控制系统，其特征在于，还包括：电流放大器，所述电流放大器连接在所述频率发生器和所述频功率放大器之间，用于对所述频率信号的电流进行放大。

7.一种超声强度自动检测控制方法，其特征在于，包括步骤：

控制PLC控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，使频率发生器根据变化的所述模拟量直流电压输出相对应的频率信号；

采集经功率放大器放大的输入超声换能器的所述频率信号的采样电压，并保存所述采样电压的所有读取值的平均最大值；

在频率发生偏移时，控制所述PLC控制器输出与所述采样电压的平均最大值对应的所述模拟量直流电压。

8.根据权利要求7所述的一种超声强度自动检测控制方法，其特征在于，所述的控制PLC控制器输出预先设置的变化的模拟量直流电压，具体包括：

控制所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从小到大输出所述模拟量直流电压；

或；

控制所述PLC控制器在预设模拟量电压范围内，以预设变化值从大到小输出所述模拟量直流电压。

9.根据权利要求8所述的一种超声强度自动检测控制方法，其特征在于，所述的采集经功率放大器放大的输入超声换能器的所述频率信号的采样电压，并保存所述采样电压的所有读取值的平均最大值，具体包括：

读取当前时刻的所述频率信号的采样电压；

将当前时刻的所述采样电压与上一时刻的所述采样电压进行比较；

保存数值最大的所述采样电压所对应的所述模拟量直流电压。

10.根据权利要求7所述的一种超声强度自动检测控制方法，其特征在于，还包括步骤：

控制所述PLC控制器输出以预设变化值增大或减小的所述模拟量直流电压，使所述频率发生器输出对应频率的频率信号。

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