超声波生物处理系统

超声波频率优化控制关键技术研究及其应用项目所研究的技术属于先进制

造领域。相关技术的产品涉及振动与声、电子、机械及材料等新技术。国内超声

波应用系统中的主要部件（超声波换能器、超声波电源）其技术指标与国外有相

当距离，制约了整个行业的发展。因此，本项目主要围绕超声波电源及超声波应

用，结合企业新产品的研发，针对超声波相关产品研发中的多项关键技术展开研

究，提出解决方案。关键技术的突破提升了企业产品质量水平及竞争比较优势，

创造了巨大的经济效益，为提升超声波应用行业产品技术水平建立良好的示范作

用。项目主要研究下述 3 方面技术：

1.超声波生物处理（萃取、破碎、清洗等系统）是电力电子技术与生物工程

技术交叉、融合的学科，被广泛应用于轻工、食品、医药、能源、化工等领域的

机械装备，是近年快速发展的轻工工艺装备。项目以大范围频率搜索策略，配置

多套换能执行振板、匹配谐振网络和宽频带超声波电源装置，通过操控（总控、

显示、参数设置、模式设置与功率给定功能）终端协调、控制，进行超声波生物

处理优化频率的搜索。通过对应不同处理过程的不同物理量传感器，对处理液中

超声波作用区域进行处理效率监测，得到处理效率变化的动态，依据该动态，确

定最佳工艺，使各种不同处理对象接受到适合频率的超声波作用，从而成倍提高

处理效率。主要包括：以超声波电源作为系统的执行器，以生物处理过程（效率）

为反馈量，实现超声波生物处理的全闭环反馈控制系统。

2.超声波精细雾化化学机械抛光处理，是机械工程与电子工程交叉学科，解

决常规工艺无法解决的机械加工问题。通过本项目研发的超声波电源，在“超声

雾液化学机械研抛纳米表面形成机理和关键技术”发挥了关键作用，保证了课题

的研发需求。

3.超声波电源。主要研究超声波电源系统原理、系统实现方法和在生物处理

方面、机械加工、塑料焊接方面的应用。当前超声波电源系统主要有信号源、驱

动电路、采样反馈电路、（算法）控制系统。其结构方案为：①模拟+数字电路；

②全数字电路；③微型计算机电路。缺点为运行功耗大，无自动频率跟踪功能或

频率跟踪范围小，无法保证输出最大功率。本项目完成了基于高速 DSP 电路的超

声波电源。采用智能控制算法，自动频率跟踪范围宽，输出功率效率高。能在超338

声换能器的工况变化（温度、负载、模具等）时，频率跟踪点稳定地运行在加工

工艺所需的频率上。

授权专利：

超声波生物处理的频率搜索控制方法 200910215255.9

超声波生物处理效率的盖上检测方法 201110342001.0

一种超声波灸袖珍式超声波穴位按摩仪及其操作电路 201110347561.5

一种超声波灸电路结构，201110049586.7

超声波生物处理的频带搜索匹配方法 201110363842.X

一种小功率高频超声波电源实现方法 2012100040137,

一种微型超声波发生器的高效节能方法，2012100096908，

超声波生物处理效率的盖上检测方法 2012101814370，201110049586.7

超声波生物处理的并行频率搜索控制系统 201020002032.2

超声波生物处理的频率搜索控制系统 201020002031.8

超声波生物处理效率的盖上检测装置, 2012200057985,

一种小功率高频超声波电源结构，2012200426513,

超声波频率搜索生物处理系统一体化结构，2012200738144,

袖珍式超声波穴位按摩仪及其操作电路 2012202604159

一种超声波灸，2012202608319