Устройство для получения механических колебаний ультразвуковой частоты

Устройство для получения механических колебаний ультразвуковой частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области ультразвуковой технологии. Целью изобретения является повышение КПД технологической установки и качества ультразвуковой обработки. Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее задающий генератор 1 ультразвуковой частоты, усилитель 2 мощности, электромеханический преобразователь 3 и систему оптимизации режима возбуждения механических колебаний по амплитуде и частоте, основанную на введении измерительных пауз в работу усилителя 2 мощности, введены узлы, обеспечивающие синхронизацию паузы с сетевым переменным напряжением, питающим усилитель 2 мощности. Это позволяет устранить паразитную низкочастотную огибающую ультразвуковых механических колебаний, снижающую КПД всего устройства и качество технологического воздействия колебаний. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄ„15972 2 (51) 5 В 06 В 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЦЯ

Н А BTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ .Ь

ЮИ630М

476НТН0 й- „;»„.:1 >,к,у

1 ... : - 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4418546/24-10 (22) 01. 02.88 (46) 07,10,90. Бюл. h 37 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А, В. Старцев, Ш. Б. Вагапов и P,Н, Киямов (53) 534,232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССP

r; 675332, кл. В 06 В 1/08, 1979 °

Авторское свидетельство СССР " 993436, кл. В 03 В 5/00, 1983 °

Авторское свидетельство СССР

Р 1049120, кл. В 06 В 1/08, 1983.

Авторское свидетельство СССР ." 896760, кл. H 03 H 7/00) 1982 °

Авторское свидетельство СССР

hl 817931, кл.. H 02 М 7/505) 1981.

Авторское свидетельство СССР

1321482, кл. В 06 В 1/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ЧАСТОТЫ

2 (57) Изобретение относится к области ультразвуковой технологии. Целью изобретения я вля ется повышени е КПД технологи чес кой уста новки и качества . ультразвуковой обработки. Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее задающий генератор l ультразвуковой частоты, усили— тель 2 мощности, электромеханический преобразователь 3 и систему оптимизации режима возбуждения механических колебаний по амплитуде и частоте, основанную на введении измерительных пауз в работу усилителя 2 мощности, введены узлы, обеспечивающие синхронизацию паузы с сетевым переменным напряжением, питающим усилитель 2 мощности. Это позволяет устранить паразитную низкочастотную огибающую ультразвуковых механических колебаний, снижающую КПД всего .устройства и качество технологического воздействия колебаний. 2 ил.

3 597232 4

Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для работы в различных областях народного хозяйства, использующих технологические процессы с применением ультразву5 ка.

Целью изобретения является повышение КПД устройства и качества тех" нологической обработки за счет устранения низкочастотных паразитных колебаний электромеханического преобразователя.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для получения механических

15 колебаний ультразвуковой частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, элект- 20 ромеханический преобразователь 3, первый 4, второй 5 и третий 6 элементы

И, выпрямитель 7, управляемый ключ 8, интеграторы 9 и 10, делители 11 и 12 частоты, формирователя 13-15 импульсов, инвертор 16, ограничитель 17, дифференциальный усилитель 18 и устройства 19 и 20 сравнения.

Выход задающего генератора 1 соединен с первыми входами логических элементов И 4 и 6, выход элемента

И 4 подключен к входу усилителя 2 мощности, выход которого соединен с входом преобразователя 3, а также с входами выпрямителя 7 и ограничителя 17, выход выпрямителя через ключ

8, интегратор 9 и устройство 19 сравнения подключен к управляющему входу усилителя 2, выход ограничителя соединен с первым входом элемента И 5, выход которого подключен к входу делителя 11 частоты, вход формирователя 13 соединен с энергетическим входом усилителя 2 мощности и подключен к питающей сети, выход формирователя 13 соединен с входами формирователей 14 и 15, выход формирователя 14 соединен с входом инвертора 16, управляющим входом ключа 8 и вторыми входами элементов И 5 и 6, выход формирователя 15 подключен к управ- . ляющим входам делителей 11 и 12 частоты, входы которых подключены к противофазным входам дифференциального усилителя 18, выход которого соединен через интегратор 10 и устрой 55 ство 20 сравнения с входом задающего генератора 1, выход инвертора 16 подключен к второму входу элемента

И 4, а выход элемента И 6 подключен к входу делителя 12 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 3, преобразующий электрические колебания ультразвуковой частоты в механические колебания, вместе с концентратором и инструментом представляет собой резонансную колебательную систему. Вследствие этого он имеет частоту собственных колебаний (резонансную частоту), на которой его возбуждение наиболее эффекти вно.

Для осуществления автоматического поддержания оптимального режима по частоте и уровню возбуждения измеряют электрические параметры электромеханического преобразователя во время его периодических отклонений от источника возбуждения - усилителя 2 мощности и по результатам замеров во время параметров кривой ЭДС свободных затухающих колебаний устанавливают частоту . и уровень возбуждения. Отключение усилителя 2 мощности от преобразователя 3 производят запиранием активных элементов усилителя мощности прекращением подачи на них управляющих сигналов от задающего генератора 1. Для устранения влияния на результаты измерений паразитной модуляции выходного напряжения усилителя 2 с частотой, кратной частоте сети, питающей через энергетический вход усилителя 2, введена синхронизация пауз с сетевым напряжением при помощи формирователя 13, Задающий генератор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы ультразвуковой частоты, которые поступают через элемент И 4 на основной вход усилителя

2 мощности. После усиления и выделения основной гармоники с выхода усилителя 2 напряжение поступает на вход электромеханического преобразователя 3, Сигнал, поступающий с выхода инвертора 16 на второй вход элемента

И 4, обеспечивает периодическое прерывание поступления прямоугольных импульсов от задающего генератора 1 на вход усилителя 2 мощности, в результате чего в выходном напряжении усилителя формируется пауза, Длительность паузы определяется длительностью прямоугольнргo импульса на выходе формирователя 14 (фиг. 2в), Запуск

5 15 последнего осуществляется фронтом выходного импульса формирователя 13, вырабатывающего последовательность пилообразных импульсов (фиг. 2б) и запускаемого в свою очередь напряжением сети (фиг. 2a) . Частота следования импульсов формирователя 13 в зависимости от способа запуска и фазности сети может отличаться от частоты сети в целое число раз (на фиг. 2б частота импульсов в два раза выше частоты сети).

Во время паузы в работе усилителя

2 на его выходных зажимах, связанных непосредственно с входными зажимами электромеханического преобразователя 3, действует ЭДС, вызванная свободными затухающими колебаниями последнего (фиг. 2г). Причина возникновения ЭДС определяется, в зависимости от типа преобразователя, обратным магнитострикционным или прямым пьезоэлектрическим эффектами. При этом . период действующей во время паузы

ЭДС определяет частоту собственных колебаний (частоту механического резонанса) электромеханического преобразователя, а амплитуда ЭДС затухающих колебаний однозначно связана с амплитудой его вынужденных колебаний, предшествующих введению паузы.

Автоподстройка частоты задающего генератора 1 к частоте механического резонанса преобразователя 3 осуществляетсяя путем форми рова ния. во время паузы импульса, длительность которого равна длительности целого количества периодов ЭДС свободных колебаний, С этой целью напряжение с выхода усилителя 2 подается через ограничитель 17 амплитуды и элемент. И 5 на основной вход делителя 11 частоты. На второй вход элемента И 5 поступают импульсы с выхода формирователя 14 (фиг. 2в), На вход делителя 11 проходит ограниченный сигнал в течение паузы в работе усилителя (фиг, 2д), На управляющий вход делителя 11 подаются импульсы задержки счета (фиг. 2е), которые запрещают счет входных импульсов на время, в течение которого длятся переходные процессы на выходе усилителя 2 после введения паузы. Длительность импульсов задержки определяется параметрами формирователя 15 импульсов и устанавливается рааной 1-4 периодам основной частоты, Запуск формирователя 15 осуществляется теми

97232

6 же фронтами, что и запуск формирователя 14, в момент времени (фиг. 2) . После окончания импульса запрета (момент времени t ) первый же положительный фронт (момент t3) переводит выход делителя в состояние

"1". Отсчитав заданное количество импульсов, счетчик перебрасывается в

10 состояние "0" (момент t ), В следующую паузу (момент t ) процессы повторяются. При этом на выходе делителя 11 форма напряжения представляет собой периодическую последовательность импульсов одинаковой амплитуды, длительность которых равна длительности целого числа периодов свободных затухающих колебаний преобразователя 3. Среднее значение на2О пряжения, действующего на выходе делителя 11, равно

U.gii tn

1f-ср Т„ где U — значение напряжения логической единицы;

t „- длител ьност ь импул ьса, ра вного целому числу периодов и свободных затухающих коле баний преобразователя 3;

У1 и

f19 . T где и „ - длительность интервала на фиг. 2и, равного целому числу периодов п импульсов управления на выходе задающего генератора 1.

55 Напряжения U „U iz при ПОМОЩИ дифференциального усилителя 18 вычитаются. Интегратор 10 осуществляет выделение среднего значения разности

Т„- период повторения пауз, кратный периоду сети Т .

При постоянных вепичинах U„,è Т и напряжение.U,, пропорционально длительности периода свободных затухающих колебаний (интервалу — t+,. Для формирования опорного напряжения прямоугольные импульсы управления с Bbl хода задающего генератора 1 через

40 элемент И 6 поступают в течение пауз на вход делителя 12 (фиг. 2з), управляемого от формирователя 15 параллельно делителю 11. На выходе делителя

12 формируются импульсы, среднее значение которых пропорционально длительности периода импульсов управления

1597232

Устройство для получ ения меха нических колебаний ультразвуковой частоты, содержащее электромеханический преобразовател ь, усилитель мощности, задающий генератор, первый, второй и третий элементы И, ограничитель, выпрямитель, управляемый ключ, nepBbll1 и второй интеграторы, делитель частоты, первое и второе устройства сра внения, в котором выход задающего генератора соединен с первым входом первого элемента И„выход первого элемента 11 соединен с входом усилителя мощности, к выходу которого подключены входы электромеха нического преобразователя, выпрямителя и ограничителя, выход выпрямителя через управляемый ключ, интегратор и первое устройство сравнения соединен с дополнительным входом усилителя мощности, выход ограничителя подключен к первому входу второго элемента

И, выход которого соединен с входом дели. геля частоты, выход интегратора через второе устройство сравнения соединен с входом задающего генератора, о т л и ч а и щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД устройства и качества технологического воздействия ультразвуковых колебаний, в него введены первый, второй и третий Формирователи импульсов, инвертор, второй делитель частоты и дифференциальный усилитель, при этом вход первого формирователя соединен с энергетическим входом усилителя мощности, подключенЦ ии в А>> с.р Us iñ % .р > (tn и

При равенстве частоты управления и частоты собственных колебаний tn= иБ „, = О. При уходе частоты от резонанса йолвллется сигнал рассог" ласования, который воздействует через устройство 20 сравнения на час. тоту задающего генератора 1 таким об- 10 разом, чтобы приблизить ее к частоте механического резонанса преобразователя 3. Изменением напряжения U уст устанав>. нвается среднее (номинальное) значение частоты управления. ° 15

Второй канал системы оптимизации режима возбу>кдения преобразователя 3 по амплитуде механических колебаний аналогичен используемому в известном устройстве. Отличие заключается в уп- 20 равлении ключом 8, в жесткой привязке момента его открытия к определен: ной фазе сетевого переменного напряжения, Канал оптимизации. по амплитуде механических колебаний состоит из 25 выпрямителя 7, управляемого ключа 8, интегратора 9, устройства 19 сра вне" ния и управляемого усилителя 2 мощности. Управляемый импульсами формирователя 14 ключ 8 пропускает во вре- 30 мя пауз сигнал с выхода усилителя 2 мощности, выпрямленный выпрямителем

7, на вход интегратора 9. Последний выделяет среднее значение этого сигнала. Оно пропорционально амплитуде механических колебаний преобразовате" ля 3, так как формируется за счет

ЭДС его свободных затухающих колебаний, однозначно связанных с вынужден ными колебаниями, После сравнения в 1О устройстве 19 с напряжением установки г>олучается сигнал рассогласования, который воздействует на управляющий вход усилителя 2 мощности, изменяя его коэффициент усиления. В результате поддерживается заданный установкой уровень механических колебаний преобразователя 3, При питании усилителя 2 от сети переменного тока в его вь>ходном напряжении присутствуют пульсации с частотой сети или кратной ей. Они ,.вносят в работу системы стабилизации амплитуды механических колебаний возмущающеее воздействие, которое проя вляется в виде паразитных низкочастотных колебаний. В предлагаемом устройстве эта возможность исключена за счет жесткой привязки измерительной паузы к кривой сетевого переменного напряжения, являющегося источником возмущения.

Эффективность от использования технического решения заключается в повышении КПД всего устройства за счет повышения точности поддержания оптимального режима как по частоте (работа только на резонансной частоте), та к и по амплитуде (работа при заданной амплитуде механических колебаний без отклонений в большую или меньшую сторону), и качестE>a технологического воздействия за счет точного соответствия амплитуды колебаний требованиям технологического процесса. В особенности это требование должно выполняться при ультразвуковой сварке полимеров.

Формула изобретения

9 1597232 10 ного к питающей сети, выход первого щими входами первого и второго делиформирователя соединен с входами телей частоты, а выход третьего элевторого и третьего формирователей, мента И подключен к входу второго де. выход второго фоРмиРователя подключен лителя частоты, выходы первого и вточерез инвеРТОР к втоРОМУ вхоДУ перво- рого делителей частоты соединены с

5 го элемента И, а также к управляющему протифовазными входами дифференциа ьвходу ключа и вторым входам второго ного усилителя, выход которого поди третьего злементов И, выход третье- ключен к входу второго интегратора ° го формирователя соединен с управляю 1 4 l4 1 гб !4

Óàã.Г

Редактор И. Горная

Заказ 3024 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 и biz

/ &jan

n ><

С оста вител ь В . Кудря вцев

Техред М.Иоргентал КоРРектоР Н. Король