本發(fā)明涉及超聲波防垢除垢控制裝置及方法，特別涉及一種步進式功率超聲波強脈沖防垢除垢裝置及步進控制方法。

背景技術(shù)：

經(jīng)過長期生產(chǎn)銷售和售后服務(wù)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有超聲波防垢除垢裝置存在一些問題，有些是設(shè)計上問題，有些是元器件選擇不當，最大的問題是現(xiàn)有超聲波防垢除垢裝置的防垢除垢效果不理想，隨著發(fā)現(xiàn)問題的不斷積累和對超聲波除垢機理和磁致?lián)Q能器的深入了解，有了新的設(shè)計理念，提出了步進式功率超聲強脈沖防垢除垢裝置和步進式的控制方法。

在步進式功率超聲強脈沖防垢除垢裝置的設(shè)計當中，換能器上的功率器件選的是高頻可控硅，但是有兩個性能參數(shù)不符合控制要求，一個是耐壓最高1200V,另一個是截止頻率最高15KHz，離超聲波頻率差的太多，頻率問題只有在換能器上想辦法，在換能器上繞兩組線圈，分別控制，這樣可控硅工作頻率可以減少一半，問題得到解決。還有一個問題，可控硅在直流下一旦導(dǎo)通就不受控了，只有主回路電流小于維持電流才能關(guān)斷，為了解決這個問題，我們在電路中增加電容C1、C2，利用電容的充放電過程使可控硅實現(xiàn)理想的關(guān)斷過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種步進式功率超聲波強脈沖防垢除垢裝置及控制方法。裝置采用一個觸發(fā)主回路對應(yīng)一組換能器線圈的控制方式，使超聲脈沖振動效果更強，同時兩個不同連接方式的可控硅主回路交替觸發(fā)，使換能器的兩組線圈交替工作，并且采用步進式的控制方式，用在防、除垢設(shè)備上，得到?jīng)]有間歇的超聲波，使設(shè)備管、板壁超聲波形成的動態(tài)膜不會因為超聲波停頓遭到破壞，對防、除垢大有好處，尤其對結(jié)垢速度快的設(shè)備，效果明顯。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種步進式功率超聲波強脈沖防垢除垢裝置，包括主回路部分、控制單元部分和電源部分。

所述主回路部分包括三極管放大電路、脈沖變壓器、可控硅、電容和換能器；三極管放大電路由兩個三極管串聯(lián)組成，其輸入端通過電阻連接到輸入端子上，接收所述控制單元發(fā)送來的觸發(fā)信號，其輸出端連接脈沖變壓器的輸入端，脈沖變壓器的輸出端連接可控硅的觸發(fā)端。

所述可控硅主回路分為兩路不同的連接方式的回路，其中一個回路中，可控硅一端連接電源，另一端連接換能器的第一組線圈，換能器第一組線圈的另一端通過電容連接接地端；另一個回路中，可控硅一端接地，另一端連接換能器的第二組線圈，換能器第二組線圈的另一端通過電容連接接地端，兩個不同連接方式的可控硅主回路交替觸發(fā)，使換能器的兩組線圈交替工作。

所述控制回路包括中央處理單元、RAM存儲器、串口通訊電路、輸出接口電路和電源穩(wěn)壓電路。

所述電源部分包括變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。

一種步進式功率超聲波強脈沖防垢除垢裝置的控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、控制回路的第一個控制脈沖信號由接線端子3腳輸入，通過R1到Q1、Q2放大導(dǎo)通，輔助電源流過脈沖變壓器T1初級1、2腳，脈沖變壓器是降比2:1，相應(yīng)地在3、4腳有7.5V觸發(fā)信號，加到可控硅SCR-1A的G1、K1上，第一個可控硅導(dǎo)通，主回路電源通過3腳陽極到陰極1腳到換能器HNQ-1的1腳，換能器1的第一組線圈開始工作。

步驟二、由換能器HNQ-1的2腳向C1充電，C1充到滿時電流小余可控硅維持電流，可控硅SCR-1A截止，換能器1的第一組線圈停止工作。

步驟三、緊接著控制回路的第二個控制脈沖從J1-1的4腳入，通過R3到Q3、Q4導(dǎo)通電流流過T2的1、2腳，3、4腳輸出觸發(fā)脈沖加到SCR-2A的G1、K1上可控硅導(dǎo)通，C1儲存的電能，通過換能器HNQ-1的2腳流過線圈到3腳和可控硅SCR-2A的1腳，通過可控硅SCR-2A放電，從電容C1開始放電時，放電電流通過換能器HNQ-1的第二組線圈，換能器HNQ-1的第二組線圈開始工作，直到C1電能放凈可控硅截止，換能器HNQ-1的第二組線圈停止工作。

步驟四、換能器HNQ-1工作一個脈寬(1--4mS可調(diào))的時間后，控制回路的第三個控制脈沖信號由J1-1的5腳輸入，通過R5到Q5、Q6，經(jīng)過脈沖變壓器T3后，加到SCR-1B的G2、K2上,可控硅SCR-1B導(dǎo)通，電流過HNQ-2的1、2腳向電容C2充電，換能器HNQ-2的第一組線圈開始工作。

步驟五、電容C2充電結(jié)束后，換能器HNQ-2的第一組線圈停止工作。

步驟六、控制回路的第四個控制脈沖信號由J1-1的6腳輸入，通過R7到Q3、Q4導(dǎo)通電流流過T4的1、2腳，3、4腳輸出觸發(fā)脈沖加到SCR-2B的G1、K1上可控硅導(dǎo)通，C2儲存的電能，通過換能器HNQ-2的2腳流過線圈到3腳和可控硅SCR-2B的1腳，通過可控硅SCR-2B放電，從電容C2開始放電時，放電電流通過換能器HNQ-2的第二組線圈，換能器HNQ-2的第二組線圈開始工作，直到C2電能放凈可控硅截止，換能器HNQ-2的第二組線圈停止工作。

以上步驟為換能器HNQ-1和HNQ-2步進式工作的一個周期循環(huán)的過程，換能器HNQ-3H和HNQ-4工作過程與之相同。

換能器的周期循環(huán)過程分為半步進式和全步進式兩種步進方法：

半步進式過程為：換能器1、2在周期前半周工作，后半周停止，換能器3、4后半周工作，前半周停止，一個周期連著一個周期一直輪換工作，超聲波只有小的停歇。

全步進式過程為：換能器1工作一個脈寬后即停止，第2個換能器接著工作，第2個換能器工作一個脈寬后即停止，第3個換能器接著工作，換能器3工作一個脈寬后即停止，第4個換能器接著工作，直到全部換能器工作完成，重新循環(huán)，一直循環(huán)工作，就像發(fā)動機四個缸作用在一個曲軸上一樣，而四個換能器一起作用在防、除垢設(shè)備上，就得到?jīng)]有間歇的超聲波，在設(shè)備管、板壁超聲波形成的動態(tài)膜才不會因為超聲波停頓遭到破壞，對防、除垢大有好處，尤其對結(jié)垢速度快的設(shè)備，效果明顯。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明裝置采用一個觸發(fā)主回路對應(yīng)一組換能器線圈的控制方式，原一托四時，不能發(fā)揮每個換能器效率，本發(fā)明裝置采用一對一的控制方式，能充分發(fā)揮每個換能器效率，達到1乘4大于4的效果，配以內(nèi)置加長型芯片的換能器，達到了超聲強脈沖的防垢除垢效果。

2、全步進式控制方法使換能器的工作就像發(fā)動機四個缸作用在一個曲軸上一樣，而四個換能器一起作用在防、除垢設(shè)備上，就得到?jīng)]有間歇的超聲波，在設(shè)備管、板壁超聲波形成的動態(tài)膜才不會因為超聲波停頓遭到破壞，對防、除垢大有好處，尤其對結(jié)垢速度快的設(shè)備，效果明顯。

3、本發(fā)明裝置的可控硅主回路采用兩種不同連接方式，配合充放電電容C1、C2，使換能器兩組線圈分別交替工作，并使可控硅有效關(guān)斷。

4、本發(fā)明的裝置根據(jù)不同的除垢要求可以設(shè)定為全工作模式、半步進工作模式和全步進工作模式，更適合不同需要的防；除垢要求。

5、本發(fā)明的裝置有超低故障率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主回路電氣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的主回路電氣原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具體實施方式進行詳細說明。

一種步進式功率超聲波強脈沖防垢除垢裝置，包括主回路部分、控制單元部分和電源部分。

如圖1所示，所述主回路部分包括三極管放大電路、脈沖變壓器、可控硅、電容和換能器；三極管放大電路由兩個三極管串聯(lián)組成，其輸入端通過電阻連接到輸入端子上，接收所述控制單元發(fā)送來的觸發(fā)信號，其輸出端連接脈沖變壓器的輸入端，脈沖變壓器的輸出端連接可控硅的觸發(fā)端。

如圖2所示，可控硅觸發(fā)主回路分為4路，右側(cè)第一路三極管放大電路由三極管Q1和Q2組成，輸入端子中的3腳通過R1連接三極管放大電路的輸入端，輸出端接入脈沖變壓器T1的輸入端，脈沖變壓器T1的另一個輸入端接地GND，T1的輸出端2個引腳分別接入可控硅的觸發(fā)端子，G1和K1。其它3路的觸發(fā)主回路與第一路相同。

所述可控硅主回路分為兩路不同的連接方式的回路，其中一個回路中，可控硅一端連接電源，另一端連接換能器的第一組線圈，換能器第一組線圈的另一端通過電容連接接地端；另一個回路中，可控硅一端接地，另一端連接換能器的第二組線圈，換能器第二組線圈的另一端通過電容連接接地端，兩個不同連接方式的可控硅主回路交替觸發(fā)，使換能器的兩組線圈交替工作。

圖2中，右側(cè)可控硅主回路中，可控硅SCR-1A和SCR-1B的3腳為公共端，此公共端連接電源Vcc，可控硅SCR-1A的另一端1腳連接換能器HNQ-1的的1腳，換能器HNQ-1的的2腳通過電容C1接地；可控硅SCR-1B的另一端2腳連接換能器HNQ-2的的1腳，換能器HNQ-2的的2腳通過電容C2接地。

左側(cè)可控硅主回路中，可控硅SCR-2A和SCR-2B的3腳為公共端，此公共端接地，可控硅SCR-2A的另一端1腳連接換能器HNQ-1的的3腳，換能器HNQ-1的的2腳通過電容C1接地；可控硅SCR-2B的另一端2腳連接換能器HNQ-2的的3腳，換能器HNQ-2的的2腳通過電容C2接地。

其中：換能器的1、2腳為一組線圈，換能器的3、2腳為另一組線圈。

所述控制回路包括中央處理單元、RAM存儲器、串口通訊電路、輸出接口電路和電源穩(wěn)壓電路。

所述電源部分包括變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。

本發(fā)明裝置除了在電氣控制回路中進行了改制，為了加大超聲波的穿透力，對所述換能器的內(nèi)部芯片也進行了改制，由原來的55毫米加長至75毫米。

一種步進式功率超聲波強脈沖防垢除垢控制裝置的步進式控制方法，所述方法包括以下步驟(步驟中所述元件見原理圖圖2)：

步驟一、控制回路的第一個控制脈沖信號由接線端子3腳輸入，通過R1到Q1、Q2放大導(dǎo)通，輔助電源流過脈沖變壓器T1初級1、2腳，脈沖變壓器是降比2:1，相應(yīng)地在3、4腳有7.5V觸發(fā)信號，加到可控硅SCR-1A的G1、K1上，第一個可控硅導(dǎo)通，主回路電源通過3腳陽極到陰極1腳到換能器HNQ-1的1腳，換能器1的第一組線圈開始工作。

步驟二、由換能器HNQ-1的2腳向C1充電，C1充到滿時電流小余可控硅維持電流，可控硅SCR-1A截止，換能器1的第一組線圈停止工作。

步驟三、緊接著控制回路的第二個控制脈沖從J1-1的4腳入，通過R3到Q3、Q4導(dǎo)通電流流過T2的1、2腳，3、4腳輸出觸發(fā)脈沖加到SCR-2A的G1、K1上可控硅導(dǎo)通，C1儲存的電能，通過換能器HNQ-1的2腳流過線圈到3腳和可控硅SCR-2A的1腳，通過可控硅SCR-2A放電，從電容C1開始放電時，放電電流通過換能器HNQ-1的第二組線圈，換能器HNQ-1的第二組線圈開始工作，直到C1電能放凈可控硅截止，換能器HNQ-1的第二組線圈停止工作。

步驟四、換能器HNQ-1工作一個脈寬(1--4mS可調(diào))的時間后，控制回路的第三個控制脈沖信號由J1-1的5腳輸入，通過R5到Q5、Q6，經(jīng)過脈沖變壓器T3后，加到SCR-1B的G2、K2上,可控硅SCR-1B導(dǎo)通，電流過HNQ-2的1、2腳向電容C2充電，換能器HNQ-2的第一組線圈開始工作。

步驟五、電容C2充電結(jié)束后，換能器HNQ-2的第一組線圈停止工作。

步驟六、控制回路的第四個控制脈沖信號由J1-1的6腳輸入，通過R7到Q3、Q4導(dǎo)通電流流過T4的1、2腳，3、4腳輸出觸發(fā)脈沖加到SCR-2B的G1、K1上可控硅導(dǎo)通，C2儲存的電能，通過換能器HNQ-2的2腳流過線圈到3腳和可控硅SCR-2B的1腳，通過可控硅SCR-2B放電，從電容C2開始放電時，放電電流通過換能器HNQ-2的第二組線圈，換能器HNQ-2的第二組線圈開始工作，直到C2電能放凈可控硅截止，換能器HNQ-2的第二組線圈停止工作。

以上步驟為換能器HNQ-1和HNQ-2步進式工作的一個周期循環(huán)的過程，換能器HNQ-3H和HNQ-4工作過程與之相同。

本發(fā)明的裝置分為三種工作模式：

1、全工作模式：根據(jù)長期生產(chǎn)應(yīng)用裝置的經(jīng)驗，適應(yīng)可控硅；換能器的工作時間，工作周期在40—80mS可調(diào)設(shè)置，工作脈寬在1.5—4mS可調(diào)設(shè)置，前半周控制脈寬工作，后半周脈寬停止，正脈寬控制頻率工作，負脈寬頻率停止工作，頻率工作在20—25KHz可調(diào)設(shè)置，并二分頻分別控制換能器兩個線圈，一個周期連著一個周期不斷工作，四個換能器一起工作。適用于除垢，尤其是硬垢。

2、半步進式工作模式：換能器1、2在周期前半周工作，后半周停止，換能器3、4后半周工作，前半周停止，一個周期連著一個周期一直輪換工作，超聲波只有小的停歇。適應(yīng)于結(jié)垢太快設(shè)備使用，可防、除垢。

3、全步進式工作模式：換能器1工作一個脈寬后即停止，第2個換能器接著工作，第2個換能器工作一個脈寬后即停止，第3個換能器接著工作，換能器3工作一個脈寬后即停止，第4個換能器接著工作，直到全部換能器工作完成，重新循環(huán)，一直循環(huán)工作，就像發(fā)動機四個缸作用在一個曲軸上一樣，而四個換能器一起作用在防、除垢設(shè)備上，就得到?jīng)]有間歇的超聲波，在設(shè)備管、板壁超聲波形成的動態(tài)膜才不會因為超聲波停頓遭到破壞，對防、除垢大有好處，尤其對結(jié)垢速度快的設(shè)備，效果明顯。適應(yīng)防；除垢，軟；硬垢均可。

以上實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例。上述實施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。