《压电超声换能器驱动和电阻抗匹配电路设计》文献综述
1前言
韩庆帮[4]指出：压电式超声换能器在其谐振频率附近工作时，由于静态电容的影响一般呈容性．如果直接将信号源接到换能器上，将会产生一部分无功分量，致使换能器有功功率相对减小．解决此类矛盾的方法就是采用一些诸如电感电容的低耗元件，组成一定的网络加于信号源和换能器之间．此时换能器仍工作于原谐频率上，换能器两端的电压也和原先相同，但从信号源两端来看，输出功率以及整个发射系统的效率将发生变化，匹配的目地就是尽可能使信号源输出功率全部转换为换能器的发射功率．
2 现状与发展
随着工业生产自动化的发展，超声波技术在焊接、清洗、剪切、医疗等领域得到了广泛应用。作为超声波技术的核心之一，超声波电源的发展也随着电力电子技术和数字控制技术的发展发生着巨大改变。
刘春龙[12]指出针对换能器使用场合不同其性能参数也各不相同，因此换能器使用时必须对其其性能参数进行测试。对于换能器性能参数测试主要有两种方法：小信号法和大信号法。小信号法主要针对小功率换能器性能测试，常用的方法有导纳圆图法、传输线路法、晶体阻抗计法、Q 表法、阻抗电桥法、功率曲线法。大信号法主要针对大功率换能器性能测试，缺乏通用的测试方法。
目前测试压电换能器性能参数的方法主要是利用导纳圆图法，此方法主要是测试换能器的阻抗特性，利用此方法制成的仪器称为阻抗分析仪。
古先毅[1]指出目前静态阻抗匹配电路已经很成熟了，存在很多种形式的匹配方法，主要可分为电感型匹配、电容电感型匹配、电感变压器型匹配等，各有优缺点。但是由于工作过程中的压电换能器温度升高或外加负载等因素导致其谐振频率漂移、阻抗变化，静态匹配难以确保阻抗匹配，必须研究其动态地匹配。目前动态匹配的方法按匹配方式主要大致分为动态电感型匹配、动态电感电容型匹配、动态电感-变压器型匹配。其中动态电感型匹配是动态匹配中运用最为广泛的匹配方式，实现电感量的可调。有两种实现形式，一是采用继电器控制数字电感切换的动态匹配方案，仅能实现调谐，能量传递效率较低。二是通过步进电机控制基于磁通控制原理的可调电感。目前动态匹配方案中，动态电感型匹配因其简单方便使用最广泛，仅能实现调谐的作用，不能变阻。现有动态匹配方案均有其优缺点，提升动态匹配效率需要合理地分析外界因数引起压电换能器阻抗及频率变化的规律。
古先毅指出静态匹配方法无法满足对压电超声换能器的实时匹配，且现有动态匹配方法的提出大多不仔细分析引起压电超声换能器参数变化的因素，只针对后端的匹配，不研究其改变的根本原因。他提出一种基于 FPGA 的自适应匹配系统，优化现有的动态匹配方案，增加温度可控系统，消除系统长期工作的温度影响，不仅可实现负载变化下的动态匹配，还可以从根本上解决温度的影响，使压电超声换能器工作在合适的温度范围内，提升压电超声换能器驱动系统效率。
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