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(guò)各種頻帶測(cè)量濾波器、放大器和電氣元件的響應(yīng)。自90年代以來(lái)，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(hào)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(wèn)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(guò)掃頻發(fā)生器，正弦信號(hào)在由電路設(shè)置的兩個(gè)頻率之間自動(dòng)掃頻，將不斷變化的頻率信號(hào)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(dòng)，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(dòng)。如果換能器被超出范圍的頻率激勵(lì)，功率將急劇下降，換能器可能會(huì)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(guò)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(lái)激勵(lì)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(zhǎng)的超聲波，并對(duì)附著在零件上的污染物施加額外的向上力。這種類(lèi)型的聲波對(duì)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?chē)奈⑿『愣ㄗ兓?。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(wèn)題，包括駐波、零件損壞和清潔效果差。
1）消除駐波
由于振動(dòng)的特定頻率，來(lái)自液面的反射聲波可能形成駐波。這種情況會(huì)導(dǎo)致不均勻的功率強(qiáng)度，以及待清潔零件上可能會(huì)出現(xiàn)斑馬紋。更糟糕的是，一些被清洗的物件可能會(huì)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(duì)工件的損壞
如前所述，固定頻率產(chǎn)生的駐波可能會(huì)對(duì)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(huì)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(lì)時(shí)，由重復(fù)峰值功率脈沖引起的大振幅可能會(huì)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(lái)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(duì)正在清潔的零件有害。同樣的道理，一個(gè)簡(jiǎn)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(guò)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(huì)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(chǎng)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(dòng)頻率下被激勵(lì)，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(chǎng)。具有掃描功能的超聲波清洗電源對(duì)于清洗精密零件或儀器非常重要，因?yàn)閷?duì)于這類(lèi)零件或儀器，必須進(jìn)行高度一致的清潔。
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