在超聲波換能技術(shù)中換能器主要承擔(dān)的作用是將超音頻交變的電能通過壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動。換能器是超聲波換能技術(shù)的核心部件，對換能器高效率、高靈活性、高可靠性、高質(zhì)量的運(yùn)行等綜合指標(biāo)提出了要求，使得系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。在超聲波換能系統(tǒng)中，從換能器的等效電路來看系統(tǒng)的電信號頻率和換能器的機(jī)械諧振頻率相等時，可獲得最大的轉(zhuǎn)換功率，如何從復(fù)雜的換能器模型中，找到其機(jī)械諧振頻率，并能在運(yùn)行過程中跟蹤諧振頻率，尋求一種穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確的自動頻率跟蹤算法，是一項挑戰(zhàn)性的工作。

        目前在超聲振動、壓電換能器諧振系統(tǒng)中，硬件鎖相環(huán)電路(PLL)己經(jīng)得到了應(yīng)用，1999年，日本學(xué)者Hiroaki Ikeda, YoKo Mizutani利用功率器件MOSFET研制出了運(yùn)行頻率1 MHz的超聲波設(shè)備，以及應(yīng)用鎖相環(huán)(PLL)電路進(jìn)行頻率跟蹤。

        近十年來我國的超聲波技術(shù)發(fā)展很快，但是我國的超聲波技術(shù)還不是很高，超聲跟蹤技術(shù)基本還是應(yīng)用硬件鎖相環(huán)，或者手動調(diào)諧來實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。通過研究鎖相環(huán)電路(PLL)對超聲波換能器諧振頻率跟蹤進(jìn)行了分析。采用CD4046鎖相環(huán)對換能器工作頻率進(jìn)行跟蹤并對其作了相應(yīng)的改進(jìn)，提出了具有解鎖功能的跟蹤系統(tǒng)方法，避免鎖相環(huán)跟蹤死鎖情況出現(xiàn)。在研究PLL基礎(chǔ)上，增加了直接數(shù)字頻率合成(DDS)采用DDS-PLL復(fù)合頻率跟蹤技術(shù)來研究頻率跟蹤。以上研究都是采用硬件鎖相環(huán)電路來實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤的目的。

        超聲波發(fā)生器中采用PLL進(jìn)行頻率跟蹤是目前使用較為廣泛的一種方法，但是由于PLL跟蹤電路對獲取的反饋信號的要求比較高，一旦反饋信號受到外界干擾，就可能導(dǎo)致PLL無法鎖定諧振頻率，此外PLL跟蹤頻率范圍由外界電容、電阻來確定，對于不同的頻率段需要更改不同的電容、電阻值。為了解決PLL存在跟蹤范圍窄，頻段不同，要求濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不同，涉及元件多，線路參數(shù)復(fù)雜，存在易零漂，故障率相對多以及靈活性差等問題，由此提出了最大電流反饋法，在超聲波換能器處于諧振頻率下運(yùn)行時，對外呈現(xiàn)的阻抗最小，在外加電壓不變的情況下線路上的電流可以達(dá)到最大，通過軟件判別每次采樣的線路上的電流大小，搜索最大電流下的頻率值。在大功率超聲波應(yīng)用中，由于超聲振動系統(tǒng)中存在多峰值問題，單純應(yīng)用鎖相環(huán)硬件電路，最大電流反饋法很難實(shí)時跟蹤，可能跟蹤到非諧振點(diǎn)，容易鎖死或者失鎖。研究了振動系統(tǒng)的電流電壓相位和電流大小的關(guān)系，采用電壓、電流相位差以及電流的大小值兩個量來對換能器諧振頻率進(jìn)行判斷，不同頻率下的超聲波焊接機(jī)的特性，強(qiáng)調(diào)了高諧振頻率對于超聲波性能的作用，以及多峰頻率的超聲波焊接機(jī)的特性。為了消除了相位檢測錯誤的問題和非理想的模型問題，使用了導(dǎo)納跟蹤方法進(jìn)行大功率諧振頻率的跟蹤。相比相位鎖定和靜態(tài)反饋方法的優(yōu)勢，導(dǎo)納鎖定的方法是基于在發(fā)生最大功率轉(zhuǎn)換時導(dǎo)納最大，為進(jìn)一步研究超聲波的頻率跟蹤提供了很好的理論基礎(chǔ)。

        隨著單片機(jī)、DSP、FPGA等處理器，以及工GBT和MOSFET等功率器件的飛速發(fā)展，超聲波換能器的的功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，可靠性越來越強(qiáng)，功率越來越大。使得超聲波換能器朝著更加智能的方向發(fā)展。在工業(yè)當(dāng)中更加突顯了其優(yōu)勢。使用了DSP、FPGA、單片機(jī)對換能器的自動頻率跟蹤進(jìn)行了深入的研究，對于換能器數(shù)字化控制起了一定參考借鑒價值。