So steuern Sie die Antriebsfrequenz bei der Arbeit mit Hochleistungs-Ultraschallwandlern

Es hängt alles davon ab, wie Sie den Wandler ansteuern möchten, dh von der Anwendung: -

Es scheint, dass Sie bei Resonanz oder Antiresonanz fahren können, was es in der Tat ziemlich ähnlich macht, wie Sie einen Kristall in einem Oszillator verwenden würden. Die obige Grafik stammt von dieser interessanten Website.

Ich kann Ihrer Frage nicht entnehmen, welche Anwendung Sie haben, aber aus dem Link (in der anderen Frage) zu der Art der von Ihnen verwendeten Wandler scheinen Sie den Wandler in Reihenresonanz zu bringen, und dies bedeutet, dass er bei Resonanz eine niedrige Impedanz aufweist L und C sind in Reihe geschaltet. Das bedeutet, dass die Art des Regelkreises wie folgt aussehen wird: -

Entnommen von hier und diese Seite hat auch einige sehr nützliche Informationen und einen ebay-Link zu einem billigen: -

Wenn Sie jedoch immer noch beabsichtigen, Ihren eigenen zu bauen, können Sie die Reihenwiderstandsmethode verwenden, um ein Rückkopplungssignal an das Front-End eines Leistungsverstärkers zu erzeugen. Der Reihenwiderstand muss natürlich nur etwa 1 Ohm betragen, um übermäßige Leistungsverluste zu vermeiden. Das Signal ist bei Serienresonanz maximal und, was wichtig ist, in Phase mit der Ansteuerspannung für den Wandler. Dies bedeutet, dass ein einfacher Leistungsverstärker die Aufgabe erfüllt, jedoch mit einer Methode zur Steuerung der Amplitude.

Die Amplitude muss kontrolliert werden oder der PA geht in Sättigung und kann den Wandler beschädigen. Es ist ein bisschen wie ein Wein-Bridge-Oszillator, der eine Amplitudensteuerung benötigt, um die Reinheit der Sinuswelle zu gewährleisten. Das rückgekoppelte Signal könnte mit einem Potentiometer eingestellt werden, aber angesichts des Q des Wandlers wird dies wahrscheinlich am besten mit einem JFET erreicht: -

Bei der PA selbst ist darauf zu achten, dass der Phasenwinkel zwischen Ausgang und Eingang bei Resonanz klein ist, sonst läuft der Wandler nicht ganz in perfekter Resonanz. Dies geschieht normalerweise, indem sichergestellt wird, dass die PA mindestens die 10-fache Bandbreite der laufenden Frequenz hat.

Eine Idee, die ich einmal hatte, aber nie ausprobiert habe, ist, einen Ultraschallwandler wie einen Hochleistungs-Quarzoszillator zu behandeln.
Ihre typische Quarzoszillatorschaltung sieht so aus:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Vereinfacht gesagt liefert der Kristall (zusammen mit den 2 Kondensatoren) eine 180-Grad-Phasenverschiebung bei seiner Resonanzfrequenz und dies bestimmt die Ausgangsfrequenz des Oszillators.

Warum also nicht etwas Ähnliches mit Ihrem Schallkopf versuchen?
Sie müssten natürlich etwas wesentlich Leistungsstärkeres als einen kleinen Logikinverter verwenden, und Sie würden wahrscheinlich einen zusätzlichen Bandpassfilter benötigen, um sicherzustellen, dass Sie nicht mit einer der Oberwellen des Wandlers enden, aber ich stelle mir vor, dass es so aussehen würde etwas wie das:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Möglicherweise müssen Sie eine Methode zum Kickstarten einführen, wenn im System nicht genügend „natürliches“ Rauschen vorhanden ist, um es zum Laufen zu bringen, und der Filter möglicherweise eine gewisse Verstärkung aufweisen muss, um die niedrige Spannung am Messwiderstand zu kompensieren.

Du scheinst nicht der erste zu sein, der dieses Problem hat.

Diese Jungs haben darüber nachgedacht und eine Lösung patentieren lassen.

Die Lösung besteht im Wesentlichen aus einem Mikroprozessor, der die Frequenz des Ansteuersignals steuert, und einem Stromdetektor in der Ansteuerschaltung.

Generieren Sie ungefähr das richtige Signal, jagen Sie dann auf und ab, während Sie auf einen maximalen Stromfluss achten.

Sie können dies von Hand mit einem Multimeter mit einem kleinen Adapter tun. Sie schalten einen Strom-Shunt in Reihe mit der Antriebssignalmasse und verwenden dann eine kleine Adapterschaltung wie diese:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Dadurch wird der Treiberstrom in eine Spannung umgewandelt, die Sie mit Ihrem Multimeter messen können.

Wenn Sie ein Multimeter hätten, das Wechselstrom bei der Antriebsfrequenz des Ultraschallwandlers messen könnte, würden Sie den Adapter nicht benötigen. Aber ich glaube nicht, dass es Multimeter gibt, die Wechselstrom für weit über den typischen Powerline-Frequenzen messen.

Das Diagramm ist stark vereinfacht und soll nur das Konzept zeigen. Möglicherweise müssen Sie zwei Stufen verwenden, um genügend Verstärkung zu erhalten, und der Ausgangsfilter könnte viel besser gemacht werden.

Da Sie einen 50-Ohm-Antrieb erwähnen, befinden Sie sich mit Ihrem Ultraschall möglicherweise im MHz-Bereich, sodass ein Operationsverstärker möglicherweise nicht abschneidet und Sie stattdessen etwas verwenden müssen, das besser für hohe Frequenzen geeignet ist.

Was Sie tun können, ist eine sehr einfache breitbandige hochenergetische Anregung (dh ein einzelner Impuls).

Diese breitbandige Energieanregung lässt den Wandler auf seiner Resonanzfrequenz schwingen.

Wenn Ihr Multimeter in der Lage ist, den AC-Frequenzinhalt zu messen, haben Sie Ihre Antwort.

Alternativ erwähnen Sie in Ihrer verknüpften Frage, dass Sie reflektierte Energie messen können. Sie könnten auch in Betracht ziehen, die Echoenergie zu messen. Sobald Sie eine grobe Schätzung Ihrer Resonanz haben, können Sie ein Hindernis in einer Entfernung aufstellen, die der Zeit entspricht, die zum Abklingen der antriebsinduzierten Schwingung benötigt wird, und dann die Energie der reflektierten Welle messen. Wenn Sie das Maximum erreichen, haben Sie Ihre Treiberschaltung abgestimmt.

Hinweis : Dies ist eine sehr allgemeine Antwort, da Ihr Diagramm ebenfalls sehr allgemein ist. Die Messung des Low-Side-Shunts wie in anderen Antworten ist normalerweise einfacher zu handhaben, aber da Sie eine Benchtop-PA verwenden, ist sie möglicherweise nicht mit Ihrem Setup kompatibel. Ich glaube, dass das Obige allgemein und flexibel genug ist, damit Sie es an Ihre Einrichtungsbeschränkungen anpassen können. Andere Antworten erwähnen auch, dass das Multimeter keine Frequenzen über der Wechselstromleitung messen kann, während es eines gibt, von dem ich weiß (Fluke 170), dass es bis zu 100 kHz geht. Unterm Strich ist es nicht einfach, klare Anweisungen zu geben, ohne Ihr Setup zu kennen. Zu guter Letzt ist ein DMM möglicherweise nicht das beste Tuning- Tool, ein einfaches Oszilloskop würde Ihnen helfen, schneller zu konvergieren.