Устройство для возбуждения ультразвуковыхколебаний

Устройство для возбуждения ультразвуковыхколебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСА

ИЗО БР ЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИД (61) Дополнительное к авт. с (22) Заявлено 25.09.78 (21) 2 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.01.81. Бю (45) Дата опубликования опис

51) М.Кл. В 06 В 1/00

В 23 К 20/10

Государствекиый комитет

flo делам изабретеиий и открытий

53) УДК 534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Колешко и В. Я. Суика

Институт электроники АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ

УЛ ЬТ РАЗ ВУКОВ ЫХ КОЛ ЕБА Н И Й

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при разработке акустических колебательных систем для ультразвуковой микросварки интегральных схем, для ультразвуковой резки, сверления и т. п.

Известны устройства для возбуждения ультразвуковых колебаний, содержащие генератор электрических колебаний, ультразвуковой преобразователь и концентратор — инструмент, соединенный с преобразователем 11).

Недостатки этих устройств — нестабильность работы при изменении нагрузки на инструмент и изменения резонансной частоты колебательной системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для возбуждения ультразвуковых колебаний, содержащее высокочастотный генератор, ультразвуковой преобразователь, соединенный с выходом высокочастотного генератора, волновод-излучатель, механически соединенный с ультразвуковым преобразователем, и согласующий блок, включающий цепь обратной связи, соединенную с управляющим входом генератора (2).

Недостатком известного устройства является нестабильность работы при больших изменениях нагрузок вследствие того, что электрическое согласование генератора не обеспечивает широкого диапазона регулировки добротности колебательной системы.

Целью изобретения является повышение стабильности работы за счет расширения диапазона регулировки добротности колебательной системы.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для возбуждения

10 ультразвуковых колебаний, содержащем высокочастотный генератор, ультразвуковой преобразователь, соединенный с выходом высокочастотного генератора, волноводизлучатель, механически соединенный с

15 ультразвуковым преобразователем, и согласующий блок, волновод-излучатель выполнен полым из пара- или диамагнитного материала и заполнен ферромагнитной жидкостью, а согласующий блок выполнен

20 в виде управляющей обмотки, расположенной со стороны внешней поверхности волповода-излучателя и источника управляющего напряжения, соединенного с управляющей обмоткой. При этом источник уп25 равляющего напряжения выполнен в видеусилителя постоянного тока, схемы сравнения, а также датчика механических колебаний волновода-излучателя и источника номинальной добротности, подключенных

80 ко входам схемы сравнения, выход которой

793662

Зо

65 подключен ко входу усилителя постоянного тока.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого устройства.

Устройство содержит ультразвуковой высокочастотный генератор 1, акустическую колебательную систему, состоящую из ультразвукового преобразователя 2, волновода-излучателя 8, выполненного полым из диамагнитного материала и заполненного ферромагнитной жидкостью 4, акустической развязки 6 и сварочного инструмента

6, датчик механических колебаний 7, схему сравнения 8, источник номинальной добротности 9, усилитель постоянного тока 10 и управляющую обмотку 11, расположенную со стороны внешней поверхности волновода-излучателя 8 и соединенную с усилителем 10.

Устройство работает следующим ооразом. Высокочастотные электрические колебания от генератора 1 передаются в преобразователь 2, где преобразуются в механические упругие колебания, распространяющиеся в элементах 8 и 4 волноводноизлучающей системы, и вводятся затем через сварочный инструмент 6 в зону микросварки. При изменении режимов эксплуатации — температуры, статического давления, величины и характера акустического импеданса зоны микросварки — изменяется величина механической добротности акустической системы, что приводит к нестабильности акустической энергии, вводимой в зону микросварки.

С целью стабилизации механической добротности выходные напряжения датчика механических колебаний 7 и источника номинальной добротности 9 сравниваются схемой сравнения 8. Напряжение разбаланса, соответствующее величине изменившейся механической добротности, усиливается усилителем постоянного тока 10 и подается в управляющую обмотку 11, расположенную на внешней стороне волновода-излучателя 8 с ферромагнитной жидкостью 4. При воздействии внешнего однородного магнитного поля на ферромагнитную жидкость изменяются ее физико-механические свойства — плотность, вязкость, концентрация ферромагнитных частиц, скорость распространения звуковых волн, причем чем выше напряженность магнитного поля, тем больше изменения физико-механических параметров.

Для повышения эффективности изменения механической добротности максимальное воздействие однородного магнитного поля на ферромагнитную жидкость целесообразно проводить в пучностях звуковых волн. На уменьшении добротности прежде всего сказывается увеличение внутренних потерь, обусловленных увеличением эффективной вязкости ферромагнитной жидкости

4. Изменение входного импеданса волноводно-излучающей системы позволяет не только управлять величиной добротности, но и производить согласование преобразователя

2 с волноводно-излучающей системой.

Устройство экспериментально изготовлено и испытано. В качестве преобразователя использовался пермендюровый преобразователь, а волноводно-излучающая система состояла из двух полых медных стержней. В качестве феррожидкости использовалась суспензия частиц кобальта в толуоле. При изменении постоянного тока через управляющую обмотку от О до 0,5 Л механическая добротность уменьшалась в 3,8—

4 раза, при этом КПД акустической системы оставался достаточно высоким — от

3 до 12О/а .

Входной динамический импеданс, измеренный со стороны входных зажимов преобразователя, изменялся в 3,2 раза. Таким образом, данное устройство с успехом может использоваться в устройствах, где изменение добротности в процессе эксплуатации нс превышает единиц раз. Другим черезвычайно важным свойством устройства является простая возможность резонансного согласования элементов акустической системы (г, е. повышения КПД) изменением постоянного тока через управляющую обмотку. Изменение резонансной длины вол нов одно-излучающей системы происходит за счет изменения скорости распространения звуковых волн в феррожидкости.

Формула изобретения

1. Устройство для возбуждения ультразвуковых колебаний, содержащее высокочастотный генератор, ультразвуковой преобразователь, соединенный с выходом высокочастотного генератора, волновод-излучатель, механически соединенный с ультразвуковым преобразователем, и согласующий блок, отл и ч а ю шее ся тем, что, с целью повышения стабильности работы за счет расширения диапазона регулировки добротности колебательной системы, волновод-излучатель выполнен полым из параили диамагнитного материала и заполнен ферромагнитной жидкостью, а согласующий блок выполнен в виде управляющей обмотки, расположенной со стороны внешней поверхности волновода-излучателя, и источшька управляющего напряжения, соединенного с управляющей обмоткой.

2. Устройство по п. 1, о тли ч а ю ще ес я тем, что источник управляющего нанояжения выполнен в виде усилителя постоянного тока, схемы сравнения, а также датчика мexàíè÷åñêèõ колебаний волновода-излучателя и источника номинальной добротности, подключенных ко входам схемы сравнения, выход которой подключен ко входу источника постоянного тока.

793662

Составитель Е. Литвинов

Техред Л. Куклина

Редактор Б. Федотов

Корректор И. Осиновская

Заказ 1751 62 Изд. № 130 Тираж 541 Подписное

НПО <Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Гершгал Д. А. и Фридман В. М. Ультразвуковая аппаратура, Госэнергоиздат, М.— Л., 1961, 176.

2. Волков С. С. и др. Сварка пластмасс ультразвуком, изд-во «Химия>, М., 1974, 210 (прототип).