详解超声波换能器阻抗匹配现状

    匹配网络在超声波发生器系统中起到了至关重要的作用主要有以下两点：一、调谐匹配：当处于谐振状态时通常呈现出容性的状态，通过匹配网络，对容性阻抗进行补偿，使得超声波发生器负载尽量接近纯阻状态，以减少无功分量。二、阻抗匹配：根据交流理论，当电源阻抗和负载阻抗相等时，此时负载能够获得最大的功率。由于超声波换能器是具有阻抗模型的特性，通过匹配网络来改变整个超声波发生器电源负载的阻抗特性，选择适当的参数使得负载阻抗与电源阻抗的接近，从而使得超声波能够获得较大的电功率。目前国内外学者对超声波换能器的匹配网络展开了深入的研究。研究了在等效电路的基础上利用简单的L-C匹配网路，获得最大的转换功率提高超声波换能器的效率。
    从超声波换能器激发方式来看可以分为它激式和自激式两种激发方式。由于这两种发生器的振动方式不一样，对于它激式发生器而言，首先需要知道超声波换能器的具体参数包括工作频率，通过计算公式可以大概计算出要接入的电感值，而自激式发生器则是往往是通过接入电感值后来确定工作频率；从阻抗匹配的角度出发，分析了怎么在发生器和超声波换能器之间使用脉冲变压器以及R、L、C构成匹配网络。并给出了相关参数的计算与测量方法；主要从静态匹配角度出发，通过分析超声波换能器的基本原理，建立在电学等效电路的基础上，对电容匹配、电感匹配、LC匹配、以及T型匹配进行了研究，给出了这几种的匹配方式及参数的基本计算方法，并分析了每种匹配的优缺点，对静态匹配具有良好的参考价值；通过分析串联电感匹配、并联电感匹配对超声波换能器频率的影响的特性，结合这两种匹配方式优点提出了一种L型匹配网络，并比较了这几种匹配方式对工作频率的影响以及机电藕合系数的变化，为静态匹配网络提供了一种方式。
    超声波换能器运行时随着温度的变化会使得超声波换能器的静态夹持电容发生改变，由于夹持电容的改变会使得原来的匹配网络参数发生变化，而温度的变化很难预测。因此，夹持电容的变化会导致静态匹配下降，由于静态电容的影响可能会影响相应的匹配网络参数。提供了一种在线监测夹持电容变化的方法，能够在超声波换能器运行的过程中有效的检测超声波换能器的静态电容；提出了动态匹配的方式，首先建立了电感与超声波换能器的藕合模型，通过藕合模型获得电感量与工作频率的之间的关系，在工作频率改变时通过控制电抗器的输入的直流量改变截面的磁通量来调整电抗器的电感值。
    为了换能设备的安全高效的运行，匹配网路对于超声波换能器的工作尤为重要，就目前而言，匹配的方式有静态匹配和动态匹配。由于静态匹配是目前应用最为广泛的一种方式，静态匹配而言主要有串联电感匹配，并联匹配，阻抗变换匹配，然而L-C匹配是工业当中常用而有效的一种匹配方式。在大功率超声设备的研制中，电学匹配是复杂而重要的一现工作。