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谐振反谐振频率工作的区别

为什么有的超声设备工作在共振频率,有的则工作在反共振频率,有什么区别呢?

超声波换能器的典型工作模式 

大多数承受较大负载变化的功率超声波设备都在反谐振频率(平行频率)下工作,就像超声波切割机一样。相比之下,承受恒定负载或轻微负载变化的设备通常以共振(串联频率)运行,例如超声波清洗设备。

就频率跟踪而言,以谐振频率 (Fs) 驱动超声换能器更简单且更便宜,因为在 Fs 处存在阻抗的最小点。阻抗模量曲线的正二阶导数简化了 Fs 跟踪:如果电子设备速度太慢,可能会有性能损失,但几乎不会损坏驱动电源。然而,在Fs 处空载时的阻抗要低得多,如果去除负载,可能会导致电流过载(这就是为什么不能在空载时启动超声波清洗机)。

在反谐振频率 (Fs) 处,更难正常地驱动换能器或传感器,因为在此频率处存在最大阻抗,任何跟踪故障都会导致过载。超声波电路必须是快速和精确的进行相应。另一方面,反谐振频率的阻抗在空载时就很大,这使得设备对负载变化不敏感,该特点非常适合负载变化很大的应用。因此,可以长时间地驱动未加载的超声波切割设备,不会损坏超声波驱动电源。

值得一提的是,超声波换能器能够在Fs 和Fp 之间的任何频率下工作,并在这些频率附近进行适当的调谐和跟踪。

频率和阻抗作为负载值的函数。当负载增加时,Fs 与Fp 之差增大,Zmin(谐振阻抗)增大,Zmax(反谐振阻抗)减小。

有负载和无负载的阻抗曲线—频率和阻抗随负载变化的行为

Fs、Zmin、Fp、Zmax 是受负载变化影响的动态参数,如上表所示,这就是功率超声波发生器需要频率跟踪的原因。

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