Способ возбуждения ультразвуковой колебательной системы
Патент 763004
Авторы
Классы МПК
Способ возбуждения ультразвуковой колебательной системы
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 011277 (21). 2550757/18-10 (51) М (Л
В 06 В 1/00 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 15.09.80. Бюллетень ¹ 34
Дата опубликования описания 1509.80
{5З) УДК 5З4. 2З2 (088.8) (72) Авторы изобретения
В.M. Колешко и В.Я. Сунка (71) Заявитель
Институт электроники AH Белорусской CCP (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, .(„„()) (d +нй1"
Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для электрического возбуждения механических колебаний при ультразвуковой обработке материалов, н ультра- 5 звуковой сварке, дефектоскопии и т.п.
Известны способы возбуждения акустических колебательных систем, используемых для ультразвуковой микроснарки, заключающиеся н подаче на ульт- 10 развуковой преобразователь электрического сигнала качающейся частоты )1).
Недостатком данного способа янляется нестабильность выходной мощности колебательной системы из-за возможного выхода резонансной частоты за пределы качания частоты.
Наиболее близким о технической сущности к изобретению является спо- 20 соб, включающий возбуждение колебательной системы высокочастотным электрическим колебанием на резонансной частоте, выделение сигнала обратной связи и автоматическую подстройку 25 частоты (21 .
Недостатки известного способа малая стабильность ныходных механических параметров из-за узкой полосы, н которой происходит подстрой2 ка частоты, и отсутствие стабилизации амплитуды колебаний.
Цель изобретения — повышение стабильности выходных механических параметрон колебательной системы эа счет расширения ее полосы пропускания.
Это достигается тем, что по способу, включающему возбуждение колебательной системы высокочастотными электрическими колебаниями на резонансной частоте, колебательную систему одновременно возбуждают несколькими дополнительными низкочастотными электрическими колебаниями, имеющими отношение частот в виде натурального ряда, при этом минимальная частота Г4 низкочастотных колебаний равна (1,2-1,5) ЬХ с 2,с(2-2,5)hf, а амплитуды напряжений каждого последующего низкочастотного колебания снязаны с амплитудой 04 на частоте Г1 следующим соотношением где g f — исходная полоса пропускания колебательной системы;
763004
5 где h f — исходная полоса пропускания колебательной системы;
U è 1„ — соответственно амплитуда и частота N-го низкочастотного колебания.
Важным преимуществом предлагаемого способа возбуждения является практически неограниченная полоса пропускания при соответствующем количестве !
5 э низкочастотных источников, возможность простого управления неравномерностью
АЧХ. Еще одним черезвычайно важным преимуществом является то, что при изменении собственной частоты преобразователя и всей колебательной системы в целом форма АЧХ не изменяется, а вся АЧХ смещается по оси частот беэ изменения своей формы. Для получения необходимой ширины полосы пропускания из-за использования прямого и обратного каналов и несущей высокой частоты количество источников низкой частоты уменьшается вдвое. Для упрощения принципиальной схемы генераторной части и выполнения ее в интегральном выполнении низкие частоты получают от высокочастотного источника, например, с помощью триггерного делителя.
Использование предложенного спосо35 ба возбуждения акустических преобразователей позволяет получить существенно более стабильные характеристики ультразвукового поля. Весьма перспективно его использование в малогабаритных прецезионных ультразвуковых
40 установках.
Формула изобретения
Способ возбуждения ультразвуковой колебательной системы, включающий возбуждение ее высокочастотным электр рическим колебанием на резонансной частоте, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходных механических параметров колебательной системы за счет расширения ее полосы пропускания, колебательную систему однозременно возбуждают несколькими дополнительными низкочастотными электрическими колебаниями, имеющими отношение частот в виде натурального ряда, при этом минимальная частота fg низкочастотных колебаний равна (1,2-1,5) лХ á <14 (2-2,5)Ь Х, а амплитуды напряжений каждого последующего низкочастотного колебания связаны с амплитудой U4 на частоте (60 следующим соотношением
Способ осуществляется следующим образом.
При возбуждении электроакустического преобразователя б только высокочастотными электрическими колебаниями он преобразует эти колебания в механические, которые по волноводу 7 и деформирующему инструменту 8 передаются в зону сварки 9.
При этом изменяя частоту ВЧ сигнала, получают характеристику а механических колебаний (см. фиг. 1). При подаче напряжения от низкочастотных генераторов 2-5 на преобразователь б имеет место эффект нелинейного смешивания низких и высокой частот с последующим резонансным детектированием резонансных, суммарных и высокой частоты. Такое явление обусловлено исключительно нелинейными акустическими колебаниями в электроакустическом преобразователе, имеющим достаточно большие значения упругих модулей третьего порядка. Чем больше значение этих модулей, тем выше акустическая нелинейность преобразователя и эффективнее условия смешивания частот и детектирование частот биения по прямому и зеркальному каналам.
От нелинейного смешивания частот на выходе преобразователя можно получить широкополосную АЧХ (см.фиг. а), которая в полосе пропускания имеет плато многопериодной синусоидальной формы, вершины которого соответствуют строго определенным значениям раэностных и суммарных частот. Центральный пик на частоте fp соответствует частоте высокочастотного генератора, частоты Г4, Г, Г и f„ и соответствующие им частоты по зеркальному каналу
I l I /
f>, f и Е4 образуются как сум 3 марные и раэностные частоты между частотой ВЧ генератора и частотой каждого и.- последующих низкочастотных генера - зов 2-5. Пля получения максимальной равномерности частотной характеристики минимальная частота низкочастотных колебаний выбирается равной (1, 2-1, 5)nf 5 <(2-2, 5)AY, отношение частот соответствует натуральf -соответствеHHo амплитуда
N, и частота N-го низкочастотного колебания.
На фиг. 1 приведены широкополосная а и исходная моночастотная б амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) механических колебаний акустической колебательной системы, на фиг. 2 — устройство для осуществления предлагаемого способа.
Устройство состоит из высокочастотного генератора 1, четырех низкочастотных генераторов 2-5, электроакустического преобразователя б, волновода 7 и деформирующего инструмента 8. ному ряду, а отношение амплитуд низ— кочастотных колебаний составляет
763004 и 6 z А ф r г 4
Фиг.1
СОстаВитель Е.Литвинов
Корретор Г. Решстнин
Редактор Е.Яковчик Техред М, Ky3bMa
6152/9 Тираж 565 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета ГССР
IIO e M H3O eTeHH H QTKPhlTHA
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ ч илиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 где f — исходная полоса пропускания колебательной системы, U и 1 — соответственно амплия и туда и частота й-го низкочастотного колебания.
Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе
1. Волков С.С. и др. Сварка пла Т масс ультразвуком. M., "Химия", 1974, с. 210.
2. Колешко R.М., Ульразвуковая микросварка, Минск, "Наука и техника", 1977, с. 151 (прототип).