Застосування однокристального мікрокомп'ютера в п'єзоелектричному керамічному перетворювачі

П'єзоелектрична кераміка може створювати електрострикційні ефекти під дією змінного електричного поля. П'єзоелектричні керамічні ультразвукові перетворювачі можуть генерувати вібрацію під дією змінного електричного поля та можуть генерувати сильні ультразвукові хвилі під час резонансу. Оскільки п’єзоелектрична кераміка є ємнісним пристроєм у ланцюгах живлення п’єзоелектричного керамічного ультразвукового перетворювача, індуктори та п’єзоелектрична кераміка часто використовуються для формування резонансного контуру LC. Для таких LC резонансних ланцюгів живлення резонансна частота належить до п’єзоелектричних ланцюгів. Визначено значення еквівалентної ємності кераміки, значення індуктивності, коефіцієнт підсилення транзистора, робочу точку схеми підсилювача, коефіцієнт зворотного зв'язку, робочу температуру. Оскільки п'єзоелектричний керамічний перетворювач з номінальною резонансною частотою 28 кГц має велику дисперсію, його резонансна частота зазвичай знаходиться в діапазоні 26-32 кГц, а напівширина форманти зазвичай менше 200 Гц. Тому LC резонансний контур використовується як п'єзоелектрична керамічна ультразвукова хвиля. Існують такі проблеми в кільце п'єзоелектричного перетворювача : по-перше, налаштування схеми є складним. 

Щоб змусити перетворювач працювати в точці резонансу, необхідно налаштувати низку параметрів, таких як налаштування робочої точки та коефіцієнта зворотного зв’язку. По-друге, високі характеристики компонентів, наприклад транзистора. Збільшення має бути екранованим, а похибка значення індуктивності узгодження не повинна бути надто великою; по-третє, робота є нестабільною, зміна температури навколишнього середовища призведе до відхилення резонансної частоти від точки резонансу, а знос перетворювача спричиняє зміну його маси, так що змінюється резонансна частота; ці проблеми призводять до складних процесів виробництва п’єзоелектричних керамічних ультразвукових перетворювачів, які не сприяють масовому виробництву. Використання однокристальної технології керування може дуже легко вирішити ці проблеми. Мікроконтролер PIC16C712, технологія ШІМ і технологія перетворення частоти використовуються для розробки схеми живлення п’єзоелектричного керамічного ультразвукового перетворювача. Схема добре працює в реальному виробництві.

PIC16C712 — 8-розрядний високопродуктивний однокристальний мікрокомп'ютер виробництва компанії MICROCHIP в США. Бігає швидко. Коли частота коливань становить 20 МГц, один машинний цикл становить 200 нс. На мікросхемі є чотири 8-розрядних аналого-цифрових перетворювача, один вхід захоплення/вихід порівняння/вихід із широтно-імпульсною модуляцією ШІМ (тобто модуль CCP). який показує схему живлення п'єзокерамічний кільцевий ультразвуковий перетворювач, керований однокристальним мікрокомп'ютером. Модуль КПК однокристального мікрокомп'ютера PIC16C712 налаштований на режим виходу ШІМ. Як джерело коливального сигналу перетворювача, вихідний сигнал проходить силову лампу Дарлінгтона TIP122. Вихід високочастотного трансформатора T1 і високочастотна напруга завантажуються на п’єзоелектричний керамічний ультразвуковий перетворювач, так що перетворювач виробляє коливання, якщо вихідна частота сигналу ШІМ є резонансною частотою п’єзоелектричного керамічного ультразвукового перетворювача, то первинний струм частотного трансформатора є найбільшим. Опір вибіркового резистора зворотного зв'язку Rf становить 0,05 Ом, і струм, що протікає через первинну обмотку високочастотного трансформатора T1, перетворюється на сигнал напруги (первинна котушка робочого струму високочастотного трансформатора становить від 0,5 до 2,0 А, і виконується диференціальна операція. Підсилювач IC2 посилюється, а відфільтрована напруга знаходиться в діапазоні 0,75 В до 3,0 В. 

Цей сигнал використовується як сигнал зворотного зв’язку VR і вводиться на висновок RA2 PIC16C712 (цей висновок є аналоговим входом AN2). Це являє собою замкнуту систему керування. Коли модуль CCP PIC16C712 працює в режимі ШІМ, PIC16C712 має чотири спеціальні функціональні регістри TMR2, PR2, CCPR1L і CCP1CON для керування періодом і шириною вихідного імпульсу ШІМ. Період вихідного імпульсного сигналу ШІМ визначається за такою формулою: період сигналу ШІМ = [(PR2) + 1] × 4 × TOSC × (попередньо розділена частота TMR2). Серед них 4 × TOSC=200 нс, попередньо розділена частота TMR2 може бути встановлена ​​на 1:1. Змінюючи значення регістра PR2, можна змінити період коливань вихідного сигналу ШІМ, а також зміниться частота сигналу. П’єзоелектричний керамічний ультразвуковий перетворювач із номінальною резонансною частотою 28 кГц, завдяки дискретності компонентів його резонансна частота розподілена в діапазоні від 26 кГц до 32 кГц. Щоб увімкнути частоту ШІМ-сигналу для фіксації резонансної частоти п'єзокерамічний матеріал , можна використовувати наступне. Метод частотної розгортки для визначення точки резонансної частоти.