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超声波驱动电机编程(超声电机驱动原理)

来源:www.xrdq.ne   时间:2022-12-28 08:12   点击:239  编辑:admin   手机版

1. 超声电机驱动原理

频率高于人的听觉上限(约为20000赫)的声波,称为超声波,或称为超声。

超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。但是超声波的波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性——超声波的波长很短,通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍,因此超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性——当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用——当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,起到了很好的搅拌作用,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

我们知道正确的波的物理定义是:振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件:一是振动源,二是传播介质。波的分类一般有如下几种:一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时,称为横波。当振动方向与传播方向一致时,称为纵波。二是根据频率分类,我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ,所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波,超过这个范围的波叫超声波。

波在物体里传播,主要有以下的参数:一是速度V,二是频率F,三是波长λ。三者之间的关系如下:V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的,所以频率不同,波长也就不同。另外,还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减,传播的距离越远,能量衰减也就越厉害,这在超声波加工中也属于考虑范围。

超声波在塑料加工中的应用原理:

塑料加工中所用的超声波,现有的几种工作频率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙,在加压的情况下,使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化,使接触位塑料熔合,达到加工目的。

2. 直线型超声电机

超声波马达是一款新型的电机,简称USM超声波马达,最早被应用于照相机上。传统的马达都是基于电磁原理工作的,将电磁能量变换成转动能量。而USM则是基于利用超声波振动能量变换成转动能量的全新原理来工作的。

那么究竟什么是超声波马达?其基本工作原理又如何?简单地说,人耳所能听到的声音频率范围大约在20赫兹~20千赫兹之间,而超过20千赫兹以上,人耳无法辨识的频率便称为超声波。超声波马达是利用压电材料输入电压会产生变形的特性,使其能产生超声波频率的机械振动,再透过摩擦驱动的机构设计,让超声波马达如同电磁马达一般,可做旋转运动或直线式移动。

通常电磁马达运转时我们会觉得有杂音,这是因为马达内部结构产生振动,而振动频率恰好在我们耳朵可以感受的频率范围内。而超声波马达和传统的马达有很大区别,不管传统的马达有多少种,其原理一般就是将电磁力转变为转动力,而超声波马达的转动力则是产生于超声波振动的能量。

3. 超声电机技术与应用pdf

应该是超声波电机吧,超声波电动机具有独特的优点及良好的性能,随着我国对超声波电机不断的研究深入,使得国产超声波电机得到了快速的发展,应用领域也日渐增多。超声波电机的应用领域有哪些呢?

1、微型智能机器人:用超声电动机作为机器人的关节驱动器,超声波电动机具有低速、大转矩和非连续工作中具有比电磁电机更为优越的性能,可将关节的固定部分和运动部分分别与超声马达的定、转子作为一体,使整个机构非常紧凑。

2、医疗器械:由于传统电磁式电机自身会产生磁场,从而对实时成像产生不良影响,并且传统电磁式电机在强磁场的环境中无法正常工作。超声波电动机具有自身不产生磁场,也不受磁场干扰的特性,非常适合用于核磁共振。

3、航空航天:航空航天器往往处在高真空、极端温度、强辐射、无法有效润滑等恶劣条件中,且对系统重量要求严苛,超声马达是其中驱动器的最佳选择。

4、精密仪器仪表:电磁马达用齿轮箱减速来增大力矩,由于存在齿轮间隙和回程误差,难以达到很高定位精度,而超声马达可直接实现驱动,且响应快、控制特性好,可用于精密仪器仪表。

5、汽车阀门控制:由于超声波电动机具有自锁特性和响应快等特性,并且可以避免火花的产生,对于自动调节油门控制超声波电动机具有它独特的优点。

相比与电磁式电机,超声波电动机具有其独特的应用优势,由于超声波电动机还不是很普及,只是被一些有实力的高端企业应用。目前超声波电动机更多应用在高端,精密的产品等领域,在日常生活上使用的还是比较少,但是随着超声波电动机进一步研究和探索,超声波电动机的应用领域会进一步扩大。

4. 超声电机驱动电路

能清洗超声清洗中,一般被超声波清洗过的大型超导线圈直接进入烘干箱进行烘干,没有预除水的装置,线圈绕制将对超导导体进行校直、超声清洗、喷砂、弯曲成形、匝间绝缘包绕及落模等操作,从而满足超导高精度尺寸等要求,是超导磁体制造中最重要的步骤之一。

5. 超声电机应用

机身马达是给镜头提供对焦动力的装置,一般单反机型都有配备(除少数低端机型外),有些高端镜头本身就配备有超声波马达,性能比机身马达要好,这时机身马达便不发挥作用,但低端的变焦镜头和定焦镜头(尤其后者)并不具备超声波马达,这时就要由机身马达为镜头的对焦系统提供动力。

机身马达是一个即将被淘汰的技术,在同等情况下,镜头马达的对焦速度比机身马达快,机身没有马达,则镜头设计就复杂,机身有马达的,镜头设计就简单

6. 超声驱动器

40kHZ超声波发射电路之一,由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波,工作频率主要由C1、R1和RP决定,用RP可调电阻来调节频率。 F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4,F4输出激励换能器T40-16的另一端,因此,加入F4使激励电压提高了一倍。电容C3、C2平衡F3和F4的输出,使波形稳定。电路中反向器F1~F4用CC4069六反向器中的四个反向器,剩余两个不用(输入端应接地)。电源用9V叠层电池。测量F3输出频率应为40kHZ±2kHZ,否则应调节RP。发射超声波信号大于8m。

40kHZ超声波发射电路之二,电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器,振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。T40-16是反馈耦合元件,对于电路来说又是输出换能器。T40-16两端的振荡波形近似于方波,电压振幅接近电源电压。S是电源开关,按一下S,便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。电路工作电压9V,工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。电路不需调试即可工作。

40kHZ超声波发射电路之三,由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16,其谐振频率为40kHZ±2kHZ。频率稳定性好,不需作任何调整,并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。电感L1与电容C2调谐在40kHZ起作谐振作用。本电路适应电压较宽(3~12V),且频率不变。电感采用固定式,电感量5.1mH。整机工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。

 40kHZ超声波发射电路之四,它主要由四与非门电路CC4011完成振荡及驱动功能,通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。其中门YF1与门YF2组成可控振荡器,当S按下时,振荡器起振,调整RP改变振荡频率,应为40kHZ。振荡信号分别控制由YF4、YF3组成的差相驱动器工作,当YF3输出高电平时,YF4一定输出低电平;YF3输出低电平时,YF4输出高电平。此电平控制T40-16换能器发出40kHZ超声波。电路中YF1~YF4采用高速CMOS电路74HC00四与非门电路,该电路特点是输出驱动电流大(大于15mA),效率高等。电路工作电压9V,工作电流大于35mA,发射超声波信号大于10m。

7. 超声驱动芯片

要有具体的电路,不是简单的串联。

另外,超声波的频率范围很宽,高于20kHz的声波都称为超声波,而喇叭的频率响应有一定限制,太高的频率时,输出能力下降。

晶振的频率要合适,比如说20kHz~100kHz的晶振,构成振荡电路,输出连接必要的功放电路,驱动喇叭,可以产生超声波。

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