專利名稱：一種用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波發生器，特別是涉及一種用于啤酒瓶清洗線的超聲波 發生器。
背景技術：
名稱為"自動頻率跟蹤功率超聲波發生器"(申請號93212829.7)的專利 申請公開了一種自動頻率跟蹤功率超聲波發生器，包括有直流電源，脈沖信號產 生電路，開關功放電路和諧振回路，其特征在于a. 諧振回路選用具有阻抗變換，電能傳輸和匹配電感三重作用的匹配變壓 器B與換能器G相接構成；b. 諧振回路輸出的功率取樣信號連接到相位比較電路與脈沖信號產生電路 輸出的1/4時鐘脈沖信號進行相位比較，再將比較后的誤差信號連接到 脈沖信號產生電路的輸入端，控制1/4時鐘脈沖信號頻率自動跟隨在換 能器獲得最大功率的諧振頻率上；c. 脈沖信號產生電路與開關功放電路之間連接有過流保護電路和功率管電 流自動調節電路。但這種儀器運用到啤酒瓶清洗線上存在以下問題該專利方案是采用自激振 蕩的技術路線，利用鎖相環技術實現頻率自動跟蹤的系統。啤酒瓶清洗需要均勻 的清洗力度，儀器輸出頻率自動跟蹤，能保證系統及時跟蹤諧振頻率，系統處于 較好的工作狀態，從而使每個處于清洗線上的啤酒瓶清洗效果一致。但在清洗過 程中液位、溫度、瓶體等外界條件的變化即機械負載變化引起系統參數變換時， 整個系統輸出功率會隨之變化，清洗力度也隨之變化，清洗效果不能達到一致， 從而不能符合啤酒瓶清洗要求。 一般來說用到啤酒瓶清洗線上的超聲波清洗設 備，需要近似恒功率輸出的超聲波清洗設備。因為啤酒瓶的清洗隨著季節變化， 也要求所用的清洗頻度變化，夏季清洗啤酒瓶量大，但由于啤酒瓶周轉周期短， 所以比較干凈。但是冬季啤酒瓶清洗量小，由于啤酒瓶周轉周期長，比較臟，難
度會有很大不同。由于清洗啤酒瓶的特殊要求，就需要超聲波發生器具備一定的 智能，參數可以實時調整并顯示。再者，超聲波清洗啤酒瓶的功率相當大，清洗 面積和清洗速度要求很高。每個單元功率都有幾千瓦，有幾個到幾十個單元協同 工作。這就需要發生器具備通訊功能，同時，系統的功率較大，即如果電流很大， 會產生很大的無功熱量，降低轉換效率，這樣對一般的功放電路和功放電源就不 能解決問題。發明內容本發明的目的是為了提供一種用適應于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，它能 實現運行參數可隨時修改和顯示，具備通訊功能，可以協同工作，能多單元任意 組合的，并且要求該超聲波發生器具有近似恒功率輸出，功率較大、效率較高， 來滿足啤酒瓶的清洗要求。為實現上述發明目的，本發明提供的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，包 括，依次電連接的主控模塊A、功率放大模塊B和用于與外接換能器匹配的匹 配模塊C，所述匹配模塊C包括一變壓器單元；所述功率放大模塊B包括依次 電連接的驅動與保護單元B1和功率放大單元B2;還包括分別與主控模塊A電 連接的保護模塊D和通訊模塊E，所述保護模塊D包括熱保護模塊Dl和液位保 護模塊D2;所述通訊模塊E包括移動終端El和集中控制接口 E2;所述功率放 大模塊B的輸出端連接第一采樣模塊S2，所述第一采樣模塊S2對功率放大模塊 B的輸出電流平均值以及輸出電流與輸出電壓的相位差值進行數字采樣，并將采 樣結果傳輸至主控模塊A;所述匹配模塊C的輸出端連接第二采樣模塊S3，所 述第二采樣模塊S3對匹配模塊C的輸出電流平均值以及輸出電流與輸出電壓的 相位差值進行數字采樣，并將采樣結果傳輸至主控模塊A。上述技術方案中，所述主控模塊A包括單片機1和信號發生單元2，單片機 1在正常工作模式下向信號發生單元2發出指令，信號發生單元2產生兩路同步 反相的脈沖寬度調制信號作為所述功率放大模塊B的驅動信號。上述技術方案中，所述功率放大模塊B的功率放大單元由兩個絕緣柵雙極 晶體管串聯構成。上述技術方案中，所述移動終端El通過RS485通信協議與主控模塊A進行 通訊，同時在移動終端E1上顯示工作情況。上述技術方案中，所述集中控制接口 E2通過RS485通信協議與主控模塊A
進行通訊。上述技術方案中，所述匹配模塊c還包括電感匹配單元和電容匹配單元，所述電感匹配單元和電容匹配單元與外接的超聲換能器構成諧振網絡。上述技術方案中，所述熱保護模塊D1包括溫度開關芯片和光耦。 上述技術方案中，所述液位保護模塊D2包括液位開關器件和光耦，所述液 位開關器件為干簧管。本發明的優點在于能夠實現頻率、功率、相位的高速精確可靠控制；能夠 與外圍集中控制模塊進行接口通訊；在功放輸出和匹配網絡輸出端進行雙重實時 電流和相位采樣檢測，實時頻率跟蹤，保證轉換效率；實時采樣功放電流、電壓、 相位和溫度具備完備過流、短路、過壓、過熱等保護措施；配備移動終端，能與 主控單元進行通訊，可以靈活修改和顯示運行參數；因此本發明的超聲波發生器 能夠更好地滿足清洗啤酒瓶的各種特殊要求。
圖l是本發明的原理方框圖 圖2是本發明的電路圖具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細地說明 實施例1參閱圖l,本實施例中提供的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器包括，主控模塊A、功率放大模塊B、匹配模塊C、保護模塊D和通訊模塊E。其中，功率放 大模塊B包括驅動與保護單元Bl和功率放大單元B2;匹配模塊C包括變壓器 單元C1、電感匹配單元C2和電容匹配單元C3;保護模塊D包括熱保護模塊D1 和液位保護模塊D2;通訊模塊E包括移動終端El和集中控制接口 E2 。主控模塊A ，在正常工作模式下接受移動終端E1或集中控制接口 E2或自 身內部命令向功率放大模塊B發出兩路同步反相的脈沖寬度調制(即Pulse wi她 modulation ，縮寫為PWM)信號輸入驅動與保護單元Bl，驅動與保護單元Bl
與功率放大單元B2連接，本實施例中，功率放大單元B2由兩個絕緣柵雙極晶 體管(Insulated gate bipolar transistor,縮寫為IGBT )串聯構成。本實施例中，三相整流單元G為功率放大單元B2提供電源，采用三相整流 單元G為功率放大模塊B提供電源，電壓較單相整流大1. 7倍左右，電流減小為 原來的60%左右，產生的熱量只有單相整流的36%左右，所以較單相整流系統更 安全、更高效。功率放大單元B2將驅動與保護單元Bl的驅動信號放大后輸出到匹配模塊 C中的變壓器單元C1的初級，變壓器起到阻抗變換和能量傳遞的功能。變壓器 單元C1的輸出端接有電感匹配單元C2和電容匹配單元C3，所述電感匹配單元 C2和電容匹配單元C3與外接的超聲換能器F構成諧振網絡，驅動超聲換能器 產生4000W以上的超聲波以達到清洗效果。主控模塊A在不斷發出兩路PWM 信號的同時，第一采樣模塊S2對功率放大模塊B的輸出電流平均值以及輸出電 流與輸出電壓的相位差值進行數字采樣，并將采樣結果傳輸至主控模塊A,對這 兩個采樣值進行監視、控制和保護以達到超聲功率可控目的。第二采樣模塊S3 對匹配模塊C輸出的電流的平均值以及輸出電流與輸出電壓的相位差值進行采 樣，并將采樣結果傳輸至主控模塊A，從而達到控制諧振效果，提高轉換效率的 目的。另外，本實施例還增加了熱保護模塊D1和液位保護模塊D2，它們向主控 模塊A發出信號，主控模塊A對接收到的信號進行處理以達到保護作用，提高使 用壽命。移動終端El通過RS485通信協議與主控模塊A進行通訊，同時在移動 終端El上顯示工作情況。集中控制接口 E2也通過RS485通信協議與主控模塊A 進行通訊，交換處理功率、頻率、時間等參數，并向上一級傳遞數據。實施例2本實施例中提供的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器包括，主控模塊A、功 率放大模塊B、匹配模塊C、保護模塊D和通訊模塊E。其中，功率放大模塊B 包括驅動與保護單元Bl和功率放大單元B2;匹配模塊C包括變壓器單元Cl、 電感匹配單元C2和電容匹配單元C3;保護模塊D包括熱保護模塊Dl和液位保 護模塊D2;通訊模塊E包括移動終端El和集中控制接口 E2 。參照圖2 ，主控模塊A包括單片機1和信號發生單元2，單片機1采用 ATMEL公司的AVR單片機芯片或是TI公司的C3X系列或C3X以上系列的DSP 芯片。單片機1在正常模式下接受移動終端El或集中控制接口 E2或自身內部
命令向信號發生單元2發出指令，信號發生單元2產生兩路同步反相PWM信號。 功率放大模塊B中的驅動與保護單元Bl由兩個EXB841芯片3、 4組成，分別 接收信號發生單元2產生的兩路同步反相PWM信號。三相整流單元G為功率放大單元B2提供電源，功率放大單元B2由兩個絕 緣柵雙極晶體管5、 6串聯組成，在驅動與保護單元Bl的驅動下，由輸出端7 向匹配模塊C中的變壓器8提供一個輸出。變壓器8輸出端與電感匹配單元和 電容匹配單元連接，所述電感匹配單元和電容匹配單元與外接的超聲換能器F 構成諧振網絡，驅動超聲換能器產生4000W以上的超聲波以達到清洗效果。主 控模塊A中的信號發生單元2在不斷發出兩路同步反相的PWM信號的同時， 第一采樣模塊S2對功放模塊B輸出電流的平均值及輸出電流與輸出電壓的相位 差值進行數字采樣，并將采樣結果傳輸至主控模塊A的單片機1，對其進行監視、 控制和保護以達到超聲功率可控目的。第二采樣模塊S3對匹配模塊C輸出電流 和電壓的相位差值進行采樣，從而達到控制諧振效果，提高轉換效率的目的。本 實施例中，如采樣得到的相位差值的絕對值在20度以下，則可認為達到了較好 的諧振效果。本實施例中增加熱保護模塊Dl和液位保護模塊D2，其中熱保護模塊Dl包 括溫度開關芯片9和光耦10，溫度開關芯片9發出開關信號，當溫度達到設定 值時，信號由0變1，并向主控模塊發出信號。液位保護模塊D2包括液位開關 器件11和光耦10,其中液位開關器件為干簧管，當液位達到設定值時，信號由 0變1，并向主控模塊A發出信號，主控模塊A對接收到的信號進行處理。本實 施例通過添加保護模塊D達到了保護作用，提高了發生器的壽命。移動終端El 通過RS485通信協議與主控模塊A進行通訊，同時在移動終端El上顯示發生器 的工作情況；集中控制接口E2和主控模塊A進行通訊，交換處理功率、頻率、 時間等參數，并向上一級傳遞數據。
權利要求
1、一種用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，包括依次電連接的主控模塊(A)、功率放大模塊(B)、用于與外接換能器匹配的匹配模塊(C)，所述匹配模塊(C)包括一變壓器單元；其特征在于，還包括分別與主控模塊(A)電連接的保護模塊(D)和通訊模塊(E)，所述保護模塊(D)包括熱保護模塊(D1)和液位保護模塊(D2)；所述通訊模塊(E)包括移動終端(E1)和集中控制接口(E2)；所述功率放大模塊(B)的輸出端連接第一采樣模塊(S2)，所述第一采樣模塊(S2)對功率放大模塊(B)的輸出電流平均值以及輸出電流與輸出電壓的相位差值進行數字采樣，并將采樣結果傳輸至主控模塊(A)；所述匹配模塊(C)的輸出端與第二采樣模塊(S3)電連接，所述第二采樣模塊(S3)對匹配模塊(C)的輸出電流平均值以及輸出電流與輸出電壓的相位差值進行數字采樣，并將采樣結果傳輸至主控模塊(A)。
2、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述主控模塊(A)包括單片機(1)和信號發生單元(2)，單片機(1)在正常 工作模式下向信號發生單元(2)發出指令，信號發生單元(2)產生兩路同歩反 相的脈沖寬度調制信號作為所述功率放大模塊(B)的驅動信號。
3、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述功率放大模塊(B)的功率放大單元由兩個絕緣柵雙極晶體管串聯構成。
4、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述功率放大模塊(B)采用三相整流電路作為工作電源。
5、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述移動終端(El)通過RS485通信協議與主控模塊(A)進行通訊，同時在移 動終端(El)顯示工作情況。
6、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述集中控制接口 (E2)通過RS485通信協議與主控模塊(A)進行通訊。
7、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述匹配模塊(C)還包括電感匹配單元和電容匹配單元，所述電感匹配單元和 電容匹配單元與外接的超聲換能器構成諧振網絡。
8、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述熱保護模塊(Dl)包括溫度開關芯片和光耦。
9、 按權利要求1所述的用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，其特征在于， 所述液位保護模塊(D2)包括液位開關器件和光耦，所述液位開關器件為干簧管。
全文摘要
本發明涉及一種用于啤酒瓶清洗線的超聲波發生器，包括依次電連接的主控模塊、功率放大模塊、用于與外接換能器匹配的匹配模塊，所述匹配模塊包括一變壓器單元；其特征在于，還包括分別與主控模塊電連接的保護模塊和通訊模塊，所述保護模塊包括熱保護模塊和液位保護模塊；所述通訊模塊包括移動終端和集中控制接口；采樣模塊分別對功率放大模塊和匹配模塊的輸出電流平均值以及輸出電流與輸出電壓的相位差值進行數字采樣，并將采樣結果傳輸至主控模塊。本發明的優點在于能夠實現高速精確可靠控制；能夠保證轉換效率；具備完備過流、短路、過壓、過熱等保護措施；可以靈活修改和顯示運行參數。
文檔編號B06B1/02GK101152648SQ20061011357
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優先權日2006年9月30日
發明者姚國民, 馬智龍 申請人:中國科學院聲學研究所