掃頻發(fā)生器也叫掃頻電源，在許多領(lǐng)域早已被人熟知，例如通過各種頻帶測量濾波器、放大器和電氣元件的響應(yīng)。自90年代以來，掃頻發(fā)生器電路已廣泛應(yīng)用于超聲波清洗行業(yè)。發(fā)生器的設(shè)計(jì)目的是將在一定頻率范圍內(nèi)略有變化的信號發(fā)送到清洗換能器，這種方式不但有助于提高清潔效果，還可以避免單一頻率的超聲能量引起的不匹配問題，防止損壞元件。
超聲掃頻技術(shù)的原理
在一般的清潔系統(tǒng)中，超聲波換能器安裝在不銹鋼水槽的底部，在一定的頻率下有效地工作。通過掃頻發(fā)生器，正弦信號在由電路設(shè)置的兩個(gè)頻率之間自動掃頻，將不斷變化的頻率信號輸出換能器上。我們知道每個(gè)換能器的出廠諧振頻率都存在差異，但可以在非常窄的頻帶范圍里驅(qū)動，這就意味著電路輸出的頻率需要在換能器的諧振頻率基礎(chǔ)小范圍內(nèi)上下浮動。如果換能器被超出范圍的頻率激勵，功率將急劇下降，換能器可能會被巨大的熱量損壞。因此，大多數(shù)掃頻電路的設(shè)計(jì)與固有頻率僅相差2-3kHz，以確保在掃頻范圍內(nèi)釋放出強(qiáng)大的空化能量。
掃頻電路的波形設(shè)計(jì)
1）隨機(jī)掃描速率的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的掃頻模式是以單一速率掃頻，并非作為清潔系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)。當(dāng)振蕩器掃過一個(gè)頻率范圍時(shí)，顯然不同頻率的輸出能量是不相等的。通常輸出能量可以在帶寬中心附近達(dá)到最大值。因此，在一個(gè)掃頻周期內(nèi)，清洗換能器將被激發(fā)到諧振狀態(tài)兩次。具有隨機(jī)掃描速率的波形可以改變功率脈沖之間的間隔?；诖?，脈沖以非恒定的頻率發(fā)射到流體中，不存在反復(fù)重復(fù)的單個(gè)頻率來激勵振子共振。
2）從高頻到低頻的定向掃描
與傳統(tǒng)的掃頻模式相比，波形的另一個(gè)變化是從高頻到低頻的掃頻方向。優(yōu)點(diǎn)是可以在液體中產(chǎn)生具有增加的擴(kuò)展波長的超聲波，并對附著在零件上的污染物施加額外的向上力。這種類型的聲波對于底部超聲模式的換能器分布，可以顯著提升清洗效果。
掃頻發(fā)生器在超聲波清洗應(yīng)用中的好處
我們已經(jīng)知道，掃頻模式意味著諧振頻率周圍的微小恒定變化。相反，如果超聲波清洗設(shè)備以固定的頻率運(yùn)行，它將導(dǎo)致三個(gè)潛在問題，包括駐波、零件損壞和清潔效果差。
1）消除駐波
由于振動的特定頻率，來自液面的反射聲波可能形成駐波。這種情況會導(dǎo)致不均勻的功率強(qiáng)度，以及待清潔零件上可能會出現(xiàn)斑馬紋。更糟糕的是，一些被清洗的物件可能會因?yàn)槌呗晱?qiáng)區(qū)域而發(fā)生損壞。設(shè)計(jì)了掃頻電路可以消除這種現(xiàn)象，頻率的變化使高強(qiáng)度能量更均勻地分布在整個(gè)液體介質(zhì)中。其結(jié)果是有效地分解了槽內(nèi)液體中的駐波，達(dá)到了均勻的清洗效果。
2）最大限度地減少對工件的損壞
如前所述，固定頻率產(chǎn)生的駐波可能會對一些換能器件或者工件造成損壞。除此之外，許多脆弱的零件可能會在單一頻率的聲強(qiáng)下?lián)p壞，當(dāng)振子以其諧振頻率或接近其諧振頻率被激勵時(shí)，由重復(fù)峰值功率脈沖引起的大振幅可能會損壞精密部件比如印刷電路板。這就是為什么我們總是傾向于選擇具有掃頻模式的超聲波清洗器來清潔電氣部件。此外，熱點(diǎn)是具有更強(qiáng)超聲效應(yīng)（或空化效應(yīng)）的區(qū)域。顯然，高濃度的空化氣泡可能對正在清潔的零件有害。同樣的道理，一個(gè)簡單的解決方案是以隨機(jī)速率進(jìn)行掃頻。
3）換能器的頻率匹配
正如我們所知，超聲換能器的頻率取決于各種因素，如尺寸、形狀、組裝過程等等。這意味著每個(gè)換能器不存在單一的諧振頻率，取而代之的是具有中心頻率分布的超聲換能器陣列。非掃頻電路的使用可能會導(dǎo)致陣列中的幾個(gè)換能器在諧振頻率下產(chǎn)生響應(yīng)。陣列中的其他換能器由于頻率匹配不好將不能很好地工作，并進(jìn)一步導(dǎo)致?lián)Q能器輸出能量的減少。其結(jié)果是在水槽中產(chǎn)生不均勻的超聲波場和清洗效果。在超聲波掃頻發(fā)生器的幫助下，掃頻周期內(nèi)，所有換能器都可以在其中心驅(qū)動頻率下被激勵，并在掃頻速率足夠高的條件下，在清洗槽中產(chǎn)生更均勻的聲場。具有掃描功能的超聲波清洗電源對于清洗精密零件或儀器非常重要，因?yàn)閷τ谶@類零件或儀器，必須進(jìn)行高度一致的清潔。
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