Ультразвуковой генератор Советский патент 1987 года по МПК H03L7/00 

Изобретение относится к ультразвуковой техника и может быть применено в ультразвуковых технологических установках, например в установка для микросварки и микропайки. Известен ультразвуковой генератор с фазовой автоподстройкой частоты, содержащий задакщий генератор, усили тель мощности, импедансный мост, в одно из плеч которого включен электроакустический преобразователь, два усилителя-ограничителя, фазовращатель, фазовый детектор, блок управления частотой и усилитель постоянно го тока. Однако известный ультразвуковой генератор имеет низкий коэффициент полезного действия, обусловленный включением электроакустического преобразователя в импедансный мост, и низкую устойчивость работы на заданной частоте резонанса электроакустичесдсого преобразователя. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, пос ледовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилитель-ограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и управляемый ограничитель, выход которого соединен с входом пе- ; рестройки частоты управляемого генератора, а управляющий вход - с выходом фильтра нижних частот, а также двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограни читель, включенн между выходом управляемого генератора и вторым вх дом фазового детектора, при этом вход фильтра нижних частот соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход двухпорогового дискрими натора соединен с управляемым генератором. , Однако в данном известном ультразвуковом генераторе при увеличении устойчивости работы системы ав топодстройки на заданной частоте резонанса электроакустического преобразователя, в случае если сигнал помехи превыщает время памяти фильтра нижних частот, генерация на частоте резонанса прекращается. После этого генерация на частоте резонанса электроакустического преобразователя автоматически восстановиться не может, и для ее BocctaHOSления требуется значительное время. Цель изобретения - уменьшение времени восстановления режима генерахщи на частоте резонанса электроакустического преобразователя. Для этого в ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилитель-ограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и зшравляемый ограничитель, выход которого соединен с входом перестройки частоты управляемого генератора, а управляющий вход - с выходом , фильтра нижних частот, а также двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный меядчу выходом управляемого генератора и вторьм входом фазового детектора, между i выходом двухпорогового дискриминатора и входом сигнала запрета управляемого генератора введены последовательно соединенные первый блок задержки и формирователь импульсов, между дополнительным выходом управляемого генератора и упрайляннцим входом формирователя импульсов введен второй блок задержки, между выходом усилителя постоянного тока и входом фильтра нижних частот введен управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом двухпорогового дискриминатора, при этом вход фильтра нижних частот соединен также с выходом введенного источника поискового сигнала, а выход первого блока задержки соединен с входом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора, при этом управляемый генератор выполнен в виде последовательно соединенных частотного модулятора, модулируемого генератора, регулятора мощности, аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, и усилителя мощности, выход которого является выходом управляемого генератора, при этом вход частотного модулятора является входом перестройки частоты, первый и второй входы реле времени соответственно входом сигнала запрета и входом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора, а выход реле времени - допол нительным выходом управляемого генератора, На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предпс|женно- го ультразвукового генератора} на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы. Ультразвуковой генератор содержит управляемый генератор 1, электроакус тический преобразователь 2, датчик 3 механических колебаний, фазовращател 4, первый усилитель-ограничитель 5, фазовый детектор 6, усилитель 7 постоянного тока (УПТ). управляемый ограничитель 8, фильтр 9 нижних частот второй усилитель-ограничитель 10, индикатор 11 резонанса, двухпороговый дискриминатор 12, первый блок 13 задержки, управляемьй ключ 14, источ ник 15 поискового сигнала, второй блок 16 задержки, формирователь 17 и пульсов, при этом управляемый генера тор 1 содержит частотный модулятор 18, модулируемьй генератор 19, регулятор 20 мощности, аналоговый ключ 21, усилитель 22 мощности, реле 23 времени.. На фиг. 2,а показана фазочастотная характеристика электроакустического преобразователя 2 с датчиком 3 механических колебаний (кривая 1), характер изменения напряжения на выходе усилителя постоянного тока (кри вая 11) на фиг. 2, б - характер изменения частоты несущей при восстановлении режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя J на фиг. 3, а - на выходе управляемого генератора 1 (U)i на фиг. 3, б - на выходе датчика 3 механических колебаний на фиг.3,в на выходе двухпорогового дискрймина- 50поступает сигнал с выхода УПТ 7. тора 12 (U,j ); на фиг. 3, г - на вы-Сигнал с выхода управляемого ограниходе первого блока 13 задержки ( )чителя 8 поступает на вход перестройна фиг. 3, д - на выходе формировате-ки частоты несущей управляемого геля 17/импульсов (и). .нератора 1, поддерживая ее равной

Ультразвуковой генератор работает 55частоте резонанса электроакустичесследующим образом. кого преобразователя 2. С дополниПри настройке ультразвукового ге-тельного выхода управляемого гене- . нератора разрывают цепи обратной свя-ратора 1 через второй блок 16 на

зи в точках А и Б (фиг. 1) и 1

управляющий вход формироплтеля 17 654 вручную, изменяя частоту модулируемого генератора 19, по максимальным показаниям индикатора 11 резонанса управляемый генератор I настраивают в резонанс с электроакустическим преобразователем 2. Посредством фазовращателя 4 получают сигнал захват на выходе двухпорогового дискриминатора 12 (низкий .уровень на фиг. 3,в). Замыкают разорванные це- пи и фазовращателем 4 корректируют показания индикатора 11 резонанса до максимума. Ультразвуковой генератор находится в режиме удержания частоты резонанса и готов ,к работе. В исходном состоянии с выхода управляемогб генератора 1 на вход электроакустического преобразователя 2 .и второго усилителя-ограничителя 10 поступает сигнал с амплитудой, достаточной для автоподстрой- ки частоты несущей управляемого генератора 1 на резонансную частоту электроакустического преобразователя 2 (фиг. 3, а - интервал времени О, tj. С выхода датчика 3 механических колебаний снимается сигнал . обратной связи (фиг. 3, б - интервал времени О,- tj), который поступает на вход индикатора 11 и через фазовращатель 4 и первый усилитель-ограничитель 5 - на вход фазового детектора 6, на второй вход которого через второй усилитель-ограничитель 10 поступает напряжение с входа электроакустического преобразователя 2. Фазовый детектор 6 вьфабатывает напряжение, пропорциональное сдвигу фаз между напряжениями, поступающими на его входы. Сигнал фазового детектора 6 усиливается УПТ 7 и с его выхода через открытый сигналом с выхода двухпорогового дискриминатора 12, управляемьй ключ 14 и фильтр 9 нижних частот - на управляющий вход управляемого ограничителя 8, на второй вход последнего 5 импульса поступает сигнал, запрещающий прохождение напряжения с выхода первого блока 13 на вход сигнала запрета управляемого генератора 1 для установки его в исходное состояние. Высокоомньй выход источника 15 поискового сигнала шунтируется через открытый управляемый ключ 14 низкоом ным выходом усилителя 7 постоянного тока, вследствие чего поисковый сиг нал не оказывает влияния на режим удержания частоты резонанса. При поступлении команды на формирование радиоимпульса-сварку (tj , фиг. 3) напряжение U на выходе управляемого генератора 1 возрастает до установленного оператором значения (фиг. 3, а t, tj), соответственно BO3pactaeT и сигнал Uj с выхода датчика 3 механических колебаний (фиг, 3, б- tt, , 2) На дополнитель ном выходе управляемого генератора 1 появляется сигнал, но поскольку система автоподстройки отрабатывает все изменения частоты резонанса электроакустического преобразователя 2, никаких сигналов на вход сигнала запрета и вход управления длительности I выходного сигнала управляемого генератора 1 не поступает, и в момент времени tg через пррмежуток (tJ, t) установленный оператором радиоимпульс (сварка) оканчивается, и ультразвуковой генератор приходит в исходное состояние, посыпая в сварочную машину сигнал об окончании сварки. Если в результате действия помехи генерация на 4acTofe резонанса электроакустического преобразователя 2 прекращается (tj, фиг. 3), то на выходе двухпорогового дискриминатора 12 появляется сигнал U , закрывающий управляемый ключ 14 (фиг. 3, р) момент времени . Нап ряжение поискового сигнала, поступающего с выхода источника 15 поискового сигнала на вход фильтра 9 ниж них частот, резко возрастает, и уль развуковой генератор переходит в режим восстановления генерации в частоте резонанса электроакустйчес кого преобразователя 2. При этом под действием источника 15 поискового сигнала, в качестве которого можно взять генератор сигнала треугольной синусоидальной или пилообразной фор мы с периодом Т, значительно большим постоянной времени фильтра 9 ни них частот, т , частота несу65 . 6 щей управляемого генератора 1 начнет изменяться (фиг. 2, б). Однако вследствие связи усилителя 7 постоянного тока через управляемый ограничитель 8 с входом перестройки частотьГ несущей управляемого генератора 1 скорость изменения последней модулируется. На участках О - tj , tj, - t,, когда усилитель 7 постоянного тока, находится в состоянии насьпцения (фиг. 2, кривая il), эта скорость регламентирована скоростью изменения, напряжения на выходе источника 15 поискового сигнала (фиг. 2, б). На участке t - t2, когда частота не -dU „ сущей находится в зоне т- О, где происходит изменение напряжения на выходе усилителя 7 постоянного тока (фиг. 2), скорость изменения частоты максимальна. На участке t - t установления синхронизма эта скорость минимальна. Такая модуляция скорости изменения частоты значительно увеличивает вероятность захвата частоты резонанса электроакустического преобразователя 2. Когда частота несущей станет равной резонансной.частоте электроакустического преобразователя 2, срабатывает двухпороговый дискриминатор 12, и ультразвуковой генератор переходит в режим удержания (фиг.З, б, Ч). В момент времени t по окончании перехода ультразвукового генератора в режим восстановления генерации на частоте резонанса через время задержки первого блока 13 задержки (3 Г.,,, фиг. 3) с его выхода на вход управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора 1 поступает модулирующий сигнал , (фиг. 3, г, t), поэтому, если до прихода, очередной команды на сварку-формирование радиоимпульса (t, фиг. 3), генерация на частоте резонанса не восстановлена, длительность радиоимпульса автоматически увеличивается на время tg - t, необходимое для восстановления генерации (фиг. 3, а, б, в, tj, tg Это необходимо, так как в интервале t5, t g. амплитуда колебаний инструмента мала и процесс сварки не идет. По восстановл ении генерации на частоте резонанса (t, фиг. 3) управляемый генератор 1 отрабатывает 7 установленную оператором длительйость радиоимпульса tg - t-j и выдает в сварочную машину сигнал об окончании процесса сварки. Если же до прихода Команды на сварку (tg, фяг 3} генерация не восстановлена и не может восстановиться за время t - задержки второго блока 16 задержки, то сигнал с его выхода у поступакиций на уп равляющий вход формирователя 17 импульсов, разрешает прохождение сигнала с информационного входа формирователя 17, а на его;выход,и далее ,на вход сигнала запрета управляемого генератора 1 в исходное состояни (фиг. 3, д, t-io), управляемый гене51 приходит в исходное состояраторние, но сигнал об окончании радиоимпульса (процесса сварки) не йьщает и сварочная.машина останавливается на ПОЗИ1Ц1И сварки, сигнализируя неисправности. В предложенном ультразвуковом генераторе производится автоматическое восстановление режима генерации на . частоте резонанса электроакустического преобразователя, что значительно сокращает время восстановления по сравнению с прототипом и в конечном итоге позволяет увеличить производительность и надежность функционирования сварочных машин.

1. УЛЬТР ВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилительограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и управляемый ограничитель, выход которого соединен с входом перестройки частоты управляемого генератора, а управляювщй вход - с выходом фильтра нижних частот, а также двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходом управляемого генератора и BTOpijiM входом фазового детектора, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения времени восстановления режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя, между выходом двухпорогового дискриминатора и входом сигнала запрета управляемого генератора введены последовательно соединенные первый блок задержки и формирователь импульсов, между дополнительным выходом управляемого генератора и управляющим входом формирователя импульсов введен второй блок задержки,- между выходом усилителя постоянного тока и входом фильтра нижних частот введен управляемый ключ, управлякиций вход которого соединен с выходом двухпорогового дискриминатора, при этом вход фильтра нижних частот соединен также с выходом введенного источни- . ка поискового сигнала, а выход первого блока задержки соединен с вхо(Л дом управления длительностью выходного сигнала управляемогогенератора. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что управляемьш генератор выполнен ввиде последовательно соединенных частотного модулятора, модулируемого генератбра, регулятора мощности, аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, и усилителя мощности, выход которого является выходом управляемого генератора, при этом вход частотного модулйтора является входом перестройки частоты, первый и второй входы реле соответственно входом сигнала запрета и входо) управления дпительностью , выходного сигнала управляемого гене- i ратора, а выход реле времени - дополнительным выходом управляемого генератора.

г 3

//

ShS

U2.f