Primjena jednočipnog mikroračunala u piezoelektričnom keramičkom pretvorniku

Piezoelektrična keramika može proizvesti elektrostrikcijske učinke pod djelovanjem izmjeničnog električnog polja. Piezoelektrični keramički ultrazvučni pretvornici mogu generirati vibracije pod djelovanjem izmjeničnog električnog polja i mogu generirati jake ultrazvučne valove tijekom rezonancije. Budući da su piezoelektrične keramike kapacitivni uređaji u krugovima napajanja piezoelektričnih keramičkih ultrazvučnih pretvarača, induktori i piezoelektrične keramike često se koriste za formiranje LC rezonantnog kruga. Za takve LC rezonantne krugove napajanja, rezonantna frekvencija pripada piezoelektričnim krugovima. Određuje se vrijednost ekvivalentnog kapaciteta keramike, vrijednost induktiviteta, faktor pojačanja tranzistora, radna točka kruga pojačala, koeficijent povratne veze i radna temperatura. Budući da piezoelektrični keramički pretvarač s nominalnom rezonantnom frekvencijom od 28 kHz ima veliku disperziju, njegova je rezonantna frekvencija općenito u rasponu od 26-32 kHz, a poluširina formanta općenito je manja od 200 Hz. Stoga se LC rezonantni krug koristi kao piezoelektrični keramički ultrazvučni val. Postoje sljedeći problemi u prsten piezoelektričnog pretvarača : Prvo, podešavanje kruga je teško. 

Potrebno je prilagoditi mnoštvo parametara kako bi pretvarač radio na točki rezonancije, kao što je podešavanje radne točke i koeficijenta povratne sprege. Drugo, karakteristike komponenti su visoke, kao što je tranzistor. Povećanje treba biti prikazano, a induktivitet prilagodbe vrijednosti pogreške ne smije biti prevelik; treći je da je rad nestabilan, promjena temperature okoline uzrokovat će odstupanje frekvencije rezonancije od točke rezonancije, a trošenje pretvarača uzrokuje promjenu njegove mase, tako da se mijenja frekvencija rezonancije; Ovi problemi dovode do kompliciranih proizvodnih procesa piezoelektričnih keramičkih ultrazvučnih pretvarača, koji ne pogoduju masovnoj proizvodnji. Korištenje tehnologije kontrole s jednim čipom može vrlo jednostavno riješiti ove probleme. Mikrokontroler PIC16C712, PWM tehnologija i tehnologija pretvorbe frekvencije koriste se za dizajn kruga napajanja piezoelektričnog keramičkog ultrazvučnog pretvornika. Shema dobro funkcionira u stvarnoj proizvodnji.

PIC16C712 je 8-bitno jednočipno mikroračunalo visokih performansi koje proizvodi tvrtka MICROCHIP u Sjedinjenim Državama. Trči brzo. Kada je frekvencija osciliranja 20MHz, jedan strojni ciklus je 200ns. Postoje četiri 8-bitna A/D pretvarača na čipu, jedan ulaz za snimanje/usporedni izlaz/PWM moduliran izlaz širine impulsa (tj. CCP modul). koji prikazuje krug napajanja piezo keramički prstenasti ultrazvučni pretvarač kojim upravlja mikroračunalo s jednim čipom. CCP modul mikroračunala s jednim čipom PIC16C712 postavljen je na izlazni način PWM. Kao izvor oscilacijskog signala sonde, izlazni signal prolazi TIP122 Darlington strujnu cijev. visokofrekventni transformator T1 izlaz i visokofrekventni napon se učitava na piezoelektrični keramički ultrazvučni pretvornik, tako da pretvornik proizvodi oscilacije, ako je izlazna frekvencija PWM signala rezonantna frekvencija piezoelektričnog keramičkog ultrazvučnog pretvornika, tada je primarna struja frekvencijskog transformatora najveća. Otpor povratnog otpornika uzorkovanja Rf je 0,05 ohma, a struja koja teče kroz primar visokofrekventnog transformatora T1 pretvara se u naponski signal (radna struja primarne zavojnice visokofrekventnog transformatora je 0,5 A do 2,0 A, a izvodi se diferencijalni rad. Pojačalo IC2 se pojačava, a filtrirani napon je u rasponu od 0,75 V do 3,0 V. 

Ovaj signal se koristi kao povratni signal VR i unosi ga RA2 pin na PIC16C712 (ovaj pin je analogni AN2 ulaz). Ovo čini sustav kontrole zatvorene petlje. Kada CCP modul PIC16C712 radi u PWM modu, PIC16C712 ima četiri posebna funkcijska registra TMR2, PR2, CCPR1L i CCP1CON za kontrolu perioda i širine impulsa PWM izlaznog impulsa. Razdoblje PWM izlaznog impulsnog signala određeno je sljedećom formulom: razdoblje PWM signala = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (TMR2 unaprijed podijeljena frekvencija). Među njima, 4 × TOSC=200 ns, TMR2 unaprijed podijeljena frekvencija može se postaviti na 1:1. Promjenom vrijednosti registra PR2 može se promijeniti period oscilacije PWM izlaznog signala, a promijenit će se i frekvencija signala. Piezoelektrični keramički ultrazvučni pretvornik s nominalnom rezonantnom frekvencijom od 28KHz, zbog diskretnosti komponenti, njegova rezonantna frekvencija je raspoređena u rasponu od 26KHz do 32KHz. Kako bi se omogućilo da frekvencija PWM signala zaključa rezonantnu frekvenciju piezo keramičkog materijala , može se koristiti sljedeće. Metoda frekvencijskog pregleda za određivanje točke rezonantne frekvencije.