Cómo controlar la frecuencia de conducción cuando se trabaja con transductores ultrasónicos de alta potencia

Todo depende de cómo desee controlar el transductor, es decir, la aplicación: -

Parece que puede conducir en resonancia o anti-resonancia, lo que de hecho lo hace bastante similar a cómo usaría un cristal en un oscilador. El gráfico de arriba está tomado de este interesante sitio web.

No puedo determinar a partir de su pregunta qué aplicación tiene, pero, desde el enlace (en la otra pregunta) hasta el tipo de transductores que usa, parece que estará resonando en serie el transductor y esto significa que tiene baja impedancia en resonancia debido a L y C están en serie. Esto significa que el tipo de circuito de control se verá así: -

Tomado de aquí y este sitio también tiene información muy útil y un enlace de eBay a uno barato: -

Pero, si aún tiene la intención de construir uno propio, puede usar el método de resistencia en serie para generar una señal de retroalimentación en la parte frontal de un amplificador de potencia. Claramente, la resistencia en serie solo necesita ser de aproximadamente 1 ohmio para evitar pérdidas de energía excesivas. La señal será máxima en resonancia en serie y, lo que es más importante, en fase con el voltaje de accionamiento al transductor. Esto significa que un amplificador de potencia simple hará el trabajo, pero con un método para controlar la amplitud.

Es necesario controlar la amplitud o el PA entrará en saturación y puede dañar el transductor. Es un poco como un oscilador de puente Wein que necesita control de amplitud para garantizar la pureza de la onda sinusoidal. La señal retroalimentada podría ajustarse con un potenciómetro pero, dada la Q del transductor, esto probablemente se logre mejor usando un JFET: -

Con respecto al propio PA, asegúrese de que el ángulo de fase entre la salida y la entrada sea pequeño en la resonancia o el transductor no funcionará con la resonancia perfecta. Esto generalmente se hace asegurándose de que el PA tenga al menos 10 veces el ancho de banda de la frecuencia de funcionamiento.

Una vez que tuve una idea, pero nunca probé, es tratar un transductor ultrasónico como un oscilador de cristal de alta potencia.
Su circuito típico de oscilador de cristal se ve así:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Simplistamente, el cristal (junto con los 2 condensadores) proporciona un cambio de fase de 180 grados en su frecuencia resonante y esto determina la frecuencia de salida del oscilador.

Entonces, ¿por qué no probar algo similar con su transductor?
Por supuesto, necesitaría usar algo significativamente más poderoso que un pequeño inversor lógico, y probablemente necesitaría un filtro de paso de banda adicional para asegurarse de no terminar con uno de los armónicos del transductor, pero imagino que se vería algo como esto:

^{simular este circuito}

Es posible que deba introducir algún método para ponerlo en marcha si no hay suficiente ruido "natural" en el sistema para que funcione, y es posible que el filtro deba tener alguna ganancia para compensar el bajo voltaje en la resistencia de detección.

Parece que no eres la primera persona que tiene este problema.

Estos muchachos lo han pensado y patentado una solución.

La solución es básicamente un microprocesador que controla la frecuencia de la señal de excitación y un detector de corriente en el circuito de excitación.

Genere una señal aproximadamente correcta, luego busque hacia arriba y hacia abajo mientras observa el máximo flujo de corriente.

Puede hacerlo a mano usando un multímetro con un pequeño adaptador. Pones una derivación de corriente en serie con la señal de tierra del variador, luego usas un pequeño circuito adaptador como este:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esto convierte la corriente de la unidad en un voltaje que puede medir con su multímetro.

Si tuviera un multímetro que pudiera medir la corriente alterna a la frecuencia de excitación del transductor ultrasónico, no necesitaría el adaptador. Pero, no creo que haya ningún multímetro que mida la corriente alterna por encima de las frecuencias típicas de la línea eléctrica.

El diagrama está muy simplificado y solo pretende mostrar el concepto. Es posible que deba usar dos etapas para obtener suficiente ganancia, y el filtro de salida podría mejorarse mucho.

Dado que menciona una unidad de 50 ohmios, es posible que esté en el rango de MHz con su ultrasonido, por lo que tal vez un opamp no sea suficiente y tendrá que usar algo más adecuado para las altas frecuencias.

Lo que puede hacer es una excitación de alta energía de banda ancha muy simple (es decir, un solo pulso).

Esta excitación de energía de banda ancha hará que el transductor oscile en su frecuencia resonante.

Si su multímetro es capaz de medir el contenido de frecuencia de CA, entonces tiene su respuesta.

Alternativamente, menciona en su pregunta vinculada que puede medir la energía reflejada, también podría considerar medir la energía del eco. Una vez que tenga una estimación aproximada de su resonancia, puede colocar un obstáculo a una distancia equivalente al tiempo necesario para que la oscilación inducida por el impulso se apague y luego medir la energía de la onda reflejada. Cuando alcances el máximo habrás afinado tu circuito de drivers.

Nota : esta es una respuesta muy genérica ya que su diagrama también es muy genérico. La medición de derivación lateral baja, como en otras respuestas, suele ser más fácil de manejar, pero dado que está utilizando un PA de sobremesa, es posible que no sea compatible con su configuración. Creo que lo anterior es lo suficientemente genérico y flexible para que lo adopte según sus restricciones de configuración. Otras respuestas también mencionan que el multímetro no puede medir frecuencias por encima de la línea de CA, mientras que hay uno que conozco (Fluke 170) que sube a 100 kHz. En pocas palabras, sin conocer su configuración, dar instrucciones claras no es fácil. Por último, pero no menos importante, un DMM podría no ser la mejor herramienta de ajuste , un alcance simple lo ayudaría a converger más rápido.