3.4 电流反馈电路设计

　　为了解决换能器频率漂移问题，获得最佳的电声效率，要求超声波发生器输出的电信号能对在工作中变化的超声波换能器的谐振频率进行跟踪，即称为频率自动跟踪。本设计根据实时反馈回来的电流信号来调节超声波发生器的输出频率，使发生器的输出频率实时跟踪变化中的换能器的谐振频率。

　　本模块包括电流传感器电路和有效值转换电路两部分。模块中采用的电流传感器型号为CLSM-25，本电流传感器是基于霍尔效应、利用磁平衡方法，使输出电流与被测电流成正比关系。适用于DC、AC或其他任意波形，可作为一种测量或反馈取样元件。设计中该电流传感器输出的电流信号通过一个合适阻值的电阻到地后变成一个电压信号,该信号经过放大后送入到AD637进行处理。AD637为真有效值转换芯片,其最高精度优于0.1%。通过AD637使反馈回来的信号变为一个直流电压信号，该电压信号送ATMEGA16单片机的A/D引脚进行处理。ATMEGA16单片机内置10位精度的A/D，最高分辨率时的采样率高达15 kSPS，完全符合设计要求。

　　当换能器工作在谐振频率点的时候，反馈回来的直流电压幅度最高。设计中单片机实时采集A/D口的直流电压信号，使换能器始终工作在谐振点上。图6为换能器工作在谐振点的电压信号。

图6 换能器工作电压波形

　　图6显示的是换能器正常工作时的电压，从负载波形上分析，波形正弦特性很好，即阻抗匹配和调谐匹配完好。

4 系统软件设计

　　本设计中采用ATMEGA16单片机作为主控芯片。利用ATMEGA16内部集成的A/D实时采样反馈回来的电压信号进行处理。本频率自动跟踪超声波发生器的软件设计流程图如图7所示。

图7 软件设计流程图

　　设计中因超声波发生器的工作频率比较高，所以在A/D采样的时候不能直接采样反馈电压来实时找到对应的波形峰值点，而是利用AD637把反馈回来的电压信号转变成为对应的真有效值信号。该信号为直流信号，利于单片机的快速测量使发生器快速做出频率的调整。

　　设计中发生器始终工作在谐振频率点左右30个赫兹的频率带上，工作中一旦检测到谐振频率点的改变后即刻更新谐振频率带的中心频率。该方法使超声波发生器始终自动工作在谐振频率点附近，有效提高其工作效率。

5 结论

　　本文基于DDS的频率自动跟踪超声波发生器的研制，能很好地跟踪换能器的谐振频率。产品功率放大电路可靠性比较高，发热少，匹配效果好，匹配电感无高温现象，在长时间工作的情况下换能器的声化效果都处在一个好的状态。目前，该设备已经投入到工业应用中。