Zastosowanie mikrokomputera jednoukładowego w piezoelektrycznym przetworniku ceramicznym

Ceramika piezoelektryczna może wytwarzać efekty elektrostrykcyjne pod wpływem zmiennego pola elektrycznego. Piezoelektryczne ceramiczne przetworniki ultradźwiękowe mogą generować wibracje pod wpływem zmiennego pola elektrycznego i mogą generować silne fale ultradźwiękowe podczas rezonansu. Ponieważ ceramika piezoelektryczna jest urządzeniami pojemnościowymi w obwodach zasilających piezoelektrycznego ceramicznego przetwornika ultradźwiękowego, do utworzenia obwodu rezonansowego LC często stosuje się cewki indukcyjne i ceramikę piezoelektryczną. W przypadku takich rezonansowych obwodów zasilających LC częstotliwość rezonansowa należy do obwodów piezoelektrycznych. Określa się równoważną wartość pojemności ceramiki, wartość indukcyjności, współczynnik wzmocnienia tranzystora, punkt pracy obwodu wzmacniacza, współczynnik sprzężenia zwrotnego i temperaturę roboczą. Ponieważ piezoelektryczny przetwornik ceramiczny o nominalnej częstotliwości rezonansowej 28 kHz ma duże rozproszenie, jego częstotliwość rezonansowa mieści się na ogół w przedziale 26-32 kHz, a szerokość połówkowa formantu jest na ogół mniejsza niż 200 Hz. Dlatego obwód rezonansowy LC jest wykorzystywany jako piezoelektryczna ceramiczna fala ultradźwiękowa. W pliku występują następujące problemy pierścień przetwornika piezoelektrycznego : Po pierwsze, regulacja obwodu jest trudna. 

Aby przetwornik pracował w punkcie rezonansu, należy dostosować wiele parametrów, takich jak regulacja punktu pracy i współczynnika sprzężenia zwrotnego. Po drugie, charakterystyka komponentów, takich jak tranzystor, jest wysoka. Powiększenie musi być ekranowane, a indukcyjność dopasowania błędu wartości nie powinna być zbyt duża; po trzecie, praca jest niestabilna, zmiana temperatury otoczenia spowoduje odchylenie częstotliwości rezonansowej od punktu rezonansowego, a zużycie przetwornika powoduje zmianę jego masy, przez co zmienia się częstotliwość rezonansowa. Problemy te prowadzą do skomplikowanych procesów produkcyjnych piezoelektrycznych ceramicznych przetworników ultradźwiękowych, co nie sprzyja masowej produkcji. Zastosowanie technologii sterowania jednoukładowego może bardzo łatwo rozwiązać te problemy. Do zaprojektowania obwodu zasilania piezoelektrycznego ceramicznego przetwornika ultradźwiękowego wykorzystano mikrokontroler PIC16C712, technologię PWM i technologię konwersji częstotliwości. Schemat sprawdza się dobrze w rzeczywistej produkcji.

PIC16C712 to 8-bitowy, wysokowydajny jednoukładowy mikrokomputer wyprodukowany przez firmę MICROCHIP w Stanach Zjednoczonych. Działa szybko. Gdy częstotliwość oscylacji wynosi 20 MHz, jeden cykl maszyny wynosi 200 ns. W chipie znajdują się cztery 8-bitowe przetworniki A/D, jedno wejście przechwytywania/wyjście porównania/wyjście z modulacją szerokości impulsu PWM (tj. moduł CCP). który pokazuje obwód zasilania Przetwornik ultradźwiękowy z pierścieniem piezoceramicznym sterowany mikrokomputerem jednoukładowym. Moduł CCP jednoukładowego mikrokomputera PIC16C712 jest ustawiony na tryb wyjściowy PWM. Jako źródło sygnału oscylacyjnego przetwornika sygnał wyjściowy przechodzi przez lampę mocy TIP122 Darlington. Wyjście transformatora wysokiej częstotliwości T1 i napięcie wysokiej częstotliwości są ładowane na piezoelektryczny ceramiczny przetwornik ultradźwiękowy, tak że przetwornik wytwarza oscylacje, jeśli częstotliwość wyjściowa sygnału PWM jest częstotliwością rezonansową piezoelektrycznego ceramicznego przetwornika ultradźwiękowego, wówczas prąd pierwotny transformatora częstotliwości jest największy. Rezystancja rezystora sprzężenia zwrotnego próbkującego Rf wynosi 0,05 oma, a prąd płynący przez uzwojenie pierwotne transformatora wysokiej częstotliwości T1 jest przetwarzany na sygnał napięciowy (prąd roboczy cewki pierwotnej transformatora wysokiej częstotliwości wynosi od 0,5 A do 2,0 A i wykonywana jest operacja różnicowa. Wzmacniacz IC2 jest wzmacniany, a filtrowane napięcie mieści się w zakresie od 0,75 V do 3,0 V. 

Sygnał ten jest używany jako sygnał sprzężenia zwrotnego VR i jest wprowadzany przez pin RA2 układu PIC16C712 (ten pin jest wejściem analogowym AN2). Stanowi to system sterowania w zamkniętej pętli. Gdy moduł CCP układu PIC16C712 pracuje w trybie PWM, układ PIC16C712 posiada cztery rejestry funkcji specjalnych TMR2, PR2, CCPR1L i CCP1CON służące do kontrolowania okresu i szerokości impulsu wyjściowego PWM. Okres wyjściowego sygnału impulsowego PWM określa się za pomocą następującego wzoru: Okres sygnału PWM = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (częstotliwość wstępnie podzielona TMR2). Wśród nich 4 × TOSC = 200 ns, częstotliwość wstępnie podzielona TMR2 może być ustawiona na 1:1. Zmieniając wartość rejestru PR2, można zmienić okres oscylacji sygnału wyjściowego PWM, a także zmieni się częstotliwość sygnału. Piezoelektryczny ceramiczny przetwornik ultradźwiękowy o nominalnej częstotliwości rezonansowej 28 kHz, ze względu na dyskretność elementów, jego częstotliwość rezonansowa rozkłada się w zakresie od 26 kHz do 32 kHz. Aby umożliwić częstotliwość sygnału PWM zablokowanie częstotliwości rezonansowej materiał piezoelektryczny , można zastosować następujące materiały. Metoda przemiatania częstotliwości w celu określenia punktu częstotliwości rezonansowej.