पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर में सिंगल चिप माइक्रो कंप्यूटर का अनुप्रयोग

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत इलेक्ट्रोस्ट्रिक्टिव प्रभाव उत्पन्न कर सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत कंपन उत्पन्न कर सकते हैं, और अनुनाद के दौरान मजबूत अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न कर सकते हैं। चूंकि पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के फीडिंग सर्किट में कैपेसिटिव डिवाइस हैं, इसलिए एलसी रेजोनेंट सर्किट बनाने के लिए अक्सर इंडक्टर्स और पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का उपयोग किया जाता है। ऐसे एलसी गुंजयमान फीडिंग सर्किट के लिए, गुंजयमान आवृत्ति पीजोइलेक्ट्रिक सर्किट से संबंधित होती है। सिरेमिक का समतुल्य समाई मान, अधिष्ठापन मान, ट्रांजिस्टर का प्रवर्धन कारक, एम्पलीफायर सर्किट का ऑपरेटिंग बिंदु, फीडबैक गुणांक और ऑपरेटिंग तापमान निर्धारित किया जाता है। चूँकि 28 kHz की नाममात्र गुंजयमान आवृत्ति वाले पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर में बड़ा फैलाव होता है, इसकी गुंजयमान आवृत्ति आम तौर पर 26-32 kHz की सीमा में होती है, और फॉर्मेंट की आधी-चौड़ाई आम तौर पर 200 हर्ट्ज से कम होती है। इसलिए, एलसी अनुनाद सर्किट का उपयोग पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक तरंग के रूप में किया जाता है। में निम्नलिखित समस्याएँ हैं पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर रिंग : सबसे पहले, सर्किट समायोजन मुश्किल है। 

ट्रांसड्यूसर को अनुनाद बिंदु पर काम करने के लिए कई मापदंडों को समायोजित करना आवश्यक है, जैसे कार्य बिंदु और फीडबैक गुणांक को समायोजित करना। दूसरा, घटक विशेषताएँ उच्च हैं, जैसे ट्रांजिस्टर। आवर्धन की जांच की जानी चाहिए, और मूल्य त्रुटि का मिलान अधिष्ठापन बहुत बड़ा नहीं होना चाहिए; तीसरा यह है कि ऑपरेशन अस्थिर है, परिवेश के तापमान में परिवर्तन के कारण अनुनाद आवृत्ति अनुनाद बिंदु से विचलित हो जाएगी, और ट्रांसड्यूसर पहनने के कारण इसका द्रव्यमान बदल जाता है, जिससे अनुनाद आवृत्ति बदल जाती है; इन समस्याओं के कारण पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की जटिल उत्पादन प्रक्रियाएं होती हैं, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अनुकूल नहीं हैं। सिंगल-चिप नियंत्रण तकनीक का उपयोग इन समस्याओं को बहुत आसानी से हल कर सकता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर फीडिंग सर्किट को डिजाइन करने के लिए PIC16C712 माइक्रोकंट्रोलर, PWM तकनीक और आवृत्ति रूपांतरण तकनीक का उपयोग किया जाता है। यह योजना वास्तविक उत्पादन में अच्छी तरह काम करती है।

PIC16C712 संयुक्त राज्य अमेरिका में माइक्रोचिप कंपनी द्वारा निर्मित एक 8-बिट उच्च-प्रदर्शन वाला सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर है। यह तेजी से चलता है. जब दोलन आवृत्ति 20MHz है, तो एक मशीन चक्र 200ns है। चिप पर चार 8-बिट ए/डी कनवर्टर हैं, एक कैप्चर इनपुट/तुलना आउटपुट/पीडब्लूएम पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेटेड आउटपुट (यानी सीसीपी मॉड्यूल)। जो के फीडिंग सर्किट को दर्शाता है पीजो सिरेमिक रिंग अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित होता है। PIC16C712 सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर का CCP मॉड्यूल PWM आउटपुट मोड पर सेट है। ट्रांसड्यूसर के दोलन सिग्नल स्रोत के रूप में, आउटपुट सिग्नल TIP122 डार्लिंगटन पावर ट्यूब से गुजरता है। उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर T1 आउटपुट और उच्च-आवृत्ति वोल्टेज को पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर पर लोड किया जाता है, ताकि ट्रांसड्यूसर दोलन उत्पन्न करे, यदि पीडब्लूएम सिग्नल की आउटपुट आवृत्ति पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर अनुनाद आवृत्ति है, तो आवृत्ति ट्रांसफार्मर का प्राथमिक वर्तमान सबसे बड़ा है। सैंपलिंग फीडबैक रेसिस्टर Rf का प्रतिरोध 0.05 ओम है, और उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर T1 के प्राथमिक के माध्यम से बहने वाली धारा को वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है (प्राथमिक कुंडल उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर का वर्तमान ऑपरेटिंग 0.5A से 2.0A है, और अंतर ऑपरेशन किया जाता है। एम्पलीफायर IC2 प्रवर्धित है, और फ़िल्टर किया गया वोल्टेज 0.75V से 3.0V की सीमा में है। 

इस सिग्नल का उपयोग फीडबैक सिग्नल वीआर के रूप में किया जाता है और यह PIC16C712 के RA2 पिन द्वारा इनपुट होता है (यह पिन एनालॉग AN2 इनपुट है)। यह एक क्लोज लूप कंट्रोल सिस्टम का गठन करता है। जब PIC16C712 का CCP मॉड्यूल PWM मोड में काम कर रहा होता है, तो PIC16C712 में PWM आउटपुट पल्स की अवधि और पल्स चौड़ाई को नियंत्रित करने के लिए चार विशेष फ़ंक्शन रजिस्टर TMR2, PR2, CCPR1L और CCP1CON होते हैं। PWM आउटपुट पल्स सिग्नल की अवधि निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है: PWM सिग्नल अवधि = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (TMR2 पूर्व-विभाजित आवृत्ति)। उनमें से, 4×TOSC=200ns, TMR2 पूर्व-विभाजित आवृत्ति को 1:1 पर सेट किया जा सकता है। PR2 रजिस्टर के मूल्य को बदलकर, PWM आउटपुट सिग्नल की दोलन अवधि को बदला जा सकता है, और सिग्नल आवृत्ति भी बदल जाएगी। 28KHz की नाममात्र अनुनाद आवृत्ति के साथ पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर, घटकों की विसंगति के कारण, इसकी गुंजयमान आवृत्ति 26KHz से 32KHz की सीमा में वितरित की जाती है। पीडब्लूएम सिग्नल की आवृत्ति को अनुनाद आवृत्ति को लॉक करने में सक्षम करने के लिए पीजो सिरेमिक सामग्री , निम्नलिखित का उपयोग किया जा सकता है। अनुनाद आवृत्ति बिंदु निर्धारित करने के लिए आवृत्ति स्वीप की एक विधि।