超聲波頻率優化控制關鍵技術研究及其應用項目所研究的技術屬于先進制

造領域。相關技術的產品涉及振動與聲、電子、機械及材料等新技術。國內超聲

波應用系統中的主要部件（超聲波換能器、超聲波電源）其技術指標與國外有相

當距離，制約了整個行業的發展。因此，本項目主要圍繞超聲波電源及超聲波應

用，結合企業新產品的研發，針對超聲波相關產品研發中的多項關鍵技術展開研

究，提出解決方案。關鍵技術的突破提升了企業產品質量水平及競爭比較優勢，

創造了巨大的經濟效益，為提升超聲波應用行業產品技術水平建立良好的示范作

用。項目主要研究下述 3 方面技術：

1.超聲波生物處理（萃取、破碎、清洗等系統）是電力電子技術與生物工程

技術交叉、融合的學科，被廣泛應用于輕工、食品、醫藥、能源、化工等領域的

機械裝備，是近年快速發展的輕工工藝裝備。項目以大范圍頻率搜索策略，配置

多套換能執行振板、匹配諧振網絡和寬頻帶超聲波電源裝置，通過操控（總控、

顯示、參數設置、模式設置與功率給定功能）終端協調、控制，進行超聲波生物

處理優化頻率的搜索。通過對應不同處理過程的不同物理量傳感器，對處理液中

超聲波作用區域進行處理效率監測，得到處理效率變化的動態，依據該動態，確

定最佳工藝，使各種不同處理對象接受到適合頻率的超聲波作用，從而成倍提高

處理效率。主要包括：以超聲波電源作為系統的執行器，以生物處理過程（效率）

為反饋量，實現超聲波生物處理的全閉環反饋控制系統。

2.超聲波精細霧化化學機械拋光處理，是機械工程與電子工程交叉學科，解

決常規工藝無法解決的機械加工問題。通過本項目研發的超聲波電源，在“超聲

霧液化學機械研拋納米表面形成機理和關鍵技術”發揮了關鍵作用，保證了課題

的研發需求。

3.超聲波電源。主要研究超聲波電源系統原理、系統實現方法和在生物處理

方面、機械加工、塑料焊接方面的應用。當前超聲波電源系統主要有信號源、驅

動電路、采樣反饋電路、（算法）控制系統。其結構方案為：①模擬+數字電路；

②全數字電路；③微型計算機電路。缺點為運行功耗大，無自動頻率跟蹤功能或

頻率跟蹤范圍小，無法保證輸出最大功率。本項目完成了基于高速 DSP 電路的超

聲波電源。采用智能控制算法，自動頻率跟蹤范圍寬，輸出功率效率高。能在超338

聲換能器的工況變化（溫度、負載、模具等）時，頻率跟蹤點穩定地運行在加工

工藝所需的頻率上。

授權專利：

超聲波生物處理的頻率搜索控制方法 200910215255.9

超聲波生物處理效率的蓋上檢測方法 201110342001.0

一種超聲波灸袖珍式超聲波穴位按摩儀及其操作電路 201110347561.5

一種超聲波灸電路結構，201110049586.7

超聲波生物處理的頻帶搜索匹配方法 201110363842.X

一種小功率高頻超聲波電源實現方法 2012100040137,

一種微型超聲波發生器的高效節能方法，2012100096908，

超聲波生物處理效率的蓋上檢測方法 2012101814370，201110049586.7

超聲波生物處理的并行頻率搜索控制系統 201020002032.2

超聲波生物處理的頻率搜索控制系統 201020002031.8

超聲波生物處理效率的蓋上檢測裝置, 2012200057985,

一種小功率高頻超聲波電源結構，2012200426513,

超聲波頻率搜索生物處理系統一體化結構，2012200738144,

袖珍式超聲波穴位按摩儀及其操作電路 2012202604159

一種超聲波灸，2012202608319