Устройство для настройки ультразвуковой колебательной системы Советский патент 1985 года по МПК B06B1/06 

1 Р обретение относится к приборостррёнио и может использоваться при изготовлении ультразвуковых пьезокерамических преобразователей разли кого технологического назначения. Известно устройство погружного типа, содержащее двойной пьезоэлемент, зажатый с натягом накидными гайками меящу отражакндей и излучающей накладками Л . Известно устройство, содержащее Т-енератор пилообразного напряжения, генератор качающейся частоты, усили тель, измерительную схему и пьезоэлементы преобразователя, а также резистор. Причем генератор пилообра ного напряжения соединен своим выхо дом с входом генератора качающейся частоты, выход которого соединен с первым электродом пьезоэлемента, а резистор включен между вторым электродом и корпусом генератора качающейся частоты 2 . Недостатком известных преобразователей является невысокая точность настройки колебательной системы. Цель изобретения - повышение точ ности настройки колебательной системы. Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве, сод жащем генератор пилообразного напря жения, соединенный выходом с входом генератора качакнцейся частоты, выхо которого соединен с первым электродом пьезоэлемента, усилитель, измерительную схему и резистор, вкгаочен ньй между вторым электродом и корпу сом генератора качакщейся частоты, измерительная схема содержит формирователь импульсов, регистр сдвига, три формирователя Импульсовсброса три инвертора, три накопителя, три входных, ключа, -три выходных ключа, нуль-орган и управляющую схему с узлом изменения усилия зажатия пьезоэлемента, причем выход генератора пилообразного напряжения соеди нен с входом формирователя импульсов , выход которого соединен с вход регистра сдвига, первый, второй и третий разряды которого соединены соответственно с входами первого, второго и третьего инверторов, управляющими входами первого, второго и третьего входных ключей и с входами первого, второго и третье го формирователей юшульсов сброса. 5 выходы первого, второго и третьего формирователей импульсов сброса соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего накопителей, выходы первого, второго и третьего инверторов соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего выходных ключей, выходы которых соединены с входами нуль-органа, соединенного выходом с входом управляющей , выход которой соединен с входом узла изменения усилия зажатия пьезоэлемента, при этом второй электрод через усшштель соединен с входами первого, второго и третьего входных ключей. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 24 - временные диаграммы работы устройства и зависимости основных параметров системы от усилия сжатия. Предлагаемое устройство содержит генератор 1 пилообразного напряжения, один выход которого соединен с задакщим генератором 2; усилитель 3 мощности, соединенный с ультразвуковой колебательной системой, состоящей из пьезокерамических пьезоэлемецтов 4, последовательно с которыми включен резистор 5, излучающей 6 и отражакяцей 7 накладок, стянутых щпкпькой 9, концентратора 8, развязки 10, формирователя 14 импульсов от генератора 1 для запуска регистра 15 сдвига, формирователей 16-18 импульсов сброса, инверторов 19-21, усилителя 22 переменного напряжения, на выходе которого включены входные ключи 23 - 35, управлянхцие входы которых подключены к выходу регистра 15 сдвига, детекторы-накопители 26 - 28 экстремального значения контролируемого входного электрического или выходного механического параметра ультразвуковой колебательной системы, выходные ключи 29 - 31,управляющие входая которых соединены с выходом регистра 15 сдвига через инверторы 19 - 21, нуль-органа 32, входы которого соединены с выходами ключей 29 - 31, а выход нуль-органа соединен с входом управляющей схемь, содержащей силовой вентиль 33, включенный между источником 34 напряжения и двигателем 13, соединенньт через редуктор 12 с захватом 11 для вращения отражающей накладки 7. На фиг. 2 приведены временные зависимости выходных напряжений следующих блоков устройства: 35 - генератора пилообразного напряжения; 36 - формирователя 14; 37-39 - ре- гистра 15 сдвига; 40-42 - инверторов .19-21 соответственно, соединенных с управляющими входами выходных ключей 29-31; 43-45. - формирователей 16-18 импульсов сброса,, соединенных с цепями сброса накопителей 2628 соответственно; 46-48 - накопителей экстремальных значений контролируемого параметра; 49 .- нуль-органа, .50 - силового вентиля, Блоки 26-28 - накопители экстремальных значений контролируемого .параметра (например, входной проводимости, амплитуды механических колебаНИИ и т.д.) представляют собой емкостный накопитель. Нуль-орган прёдставляет собой пороговое устройство. находящееся в одном из устойчивых положений. При равенстве входных напряжеНИИ выходное напряжение нуль-органа

скачком переходит в.другое устойчивое состояние...

На фиг. 3 приведены амплитудно-частотные з.ависимости входной проводимости ультразвуковой колебательной системы (поз. 51),. определенные при различных.значениях, статического усилия сжатия пьезоэлементав. На .фиг. 3 и 4 приведены зависимости максимума входной проводимости

(поз. 52), резонансной частоты .(поз. 53), соответствующей максимуму входной .проводимости, от величины сжатия пьезоэлементов, на. фиг. 4 приведена зависимость и амплитуды

механических колебаний (поз. 54). Устройство работает следующим образом. .:.

От генератора 1 пилообразного напряжения сигналь (фиг. 2, поз. 35) подаются непрерьшно на вход частотного модулятора задающего генератора 2. Усиленное напряжение усилителем 3 подается на пьезоэлементы 4 ультразвуковой колебательной системы, при этом частота генератора 2, плавно изменяясь, охватывает область резонансных .частот ультразвуковой колебательной системы. Ультразвуковая колебательная система стягивается с помощью центральной шпильки 9 посредство вращения отражающей накладки 7 вокруг центральной оси системы. 1

через максимум или минимум своего значения (фиг. 2-4). В этом случае, в зависимости от вица контролируемого параметра, электронные блоки ем костных накопителей 26-28.имеют сходное схемное построение. Они могут замерять пиковое, (максимальное) или минимальное экcтpe laльнoe значение.

Из приведенных зависимостей (фиг. 4) наибольшей крутизной изменения параметра от ускпия сжатия обладает входная электрическая проводи-, мость. Кроме того, измерение этого параметра более .просто реализуется, чем измерение амплитуды механических колебаний и т.д.

Таким образом, в течение всего времени сжатия пьезоэлементов происходит измерение входной проводимости колебательной системы. Для этого паде ние напряжения на измерительном сопротивлении 5, пропорциональное входной электрической проводимости, подается на вход усилителя 22, а с его выхода - на блоки 23-32., определяющие степень изменения максимального значения входной проводимости в за.висимости от величины усилия сжатия. Электронные логичех:кие блоки с 14-21 служат для управления работой блоков 23-32.

Необходимость такого схемного построения обусловлена прежде всего 54 Колебательная система неподвижно закрепляется через акустическую развязку 10. Вращение отражающей накладки 7 осуществляется при помощи двигателя 13, связанного через редуктор 12 с ключевым зажимом. При подаче напряжения от источника 34 питания на двигатель 13 через силовой вентиль 33 происходит медленное сжатиепьезоэлементов .4, между отражающей 7 и излучающей 6 накладками. Скорость вращения вала редуктора 12 мала и лежит в пределах 1-2 об./мин. Одновременно в процессе сжатия пьезоэлементов нцет непрерывное измерение одного из параметров колебательной системы, В качестве -таких параметров могут использоваться входная электрическая проводимость, амплитуда механических колебаний, добротность колебательной системы и т.д. Зависим мость этих параметров от усилия сжатия носит экстремальный характер, т.е. при оптимальных усилиях сжатия контролируемый параметр проходит . тем, что в процессе сборки, т.е. при увеличении усилия сжатия пьезоэлемен тов, происходит изменение как величи ны максимального значения входной проводимости, так и резонансной частоты, соответствующей этому максимуму (фиг. 3 и 4, зависимости 51-53 Работа электронных блоков измерения входной проводимости происходит в три этапа циклически, а управление всей работой проводится от регист-ра 15 сдвига. На вход регистра 15 сдвига подаются импульсы от формирова:теля 14, выходное напряжение которого приведено на фиг. 2, поз.36 Напряжение с выхода усилителя 22 подается через входные ключи 23-25 на пиковые накопители 26-28 максимума входной проводимости, выходные напряжения которых через выходные .ключи 29-31 подаются на три входа нуль-органа 32. Работа блоков 23-32 организована так, что на нуль-органе 32 происходит сравнение максимумов входной проводимости от двух накопителей, замеренных при предыдущих двух периодах Т генератора 1 пилообразного напряжения, а на треть ем накопителе в течение времени теку щего периода Т происходит запись (накопление) информации (фиг. 2, поз. 46-48). Входные ключи 23-25 поочередно открьшаются на период Т . напряжениями с выхода регист ра 15 (фиг. 2, поз. 37-39). Происходит поэтапная запись макси мального значения входной проводимос ти на соответствующих накопителях 26 28 (фиг. 2, поз. 46-48). В дальнейшем происходит поочередное открьшание выходных ключей 29-31 напряжением с выхода соответствующих инверторов 19-21 (фиг. 2, поз. 40-42). При этом с задержкой на время Т по сравнению с записью информации в течение времени Тц происходит поэтапное подключение выходов накопи телей 26-28 через выходные ключи 29(фиг. 2, 31 к входам нуль-органа 32 поз. 46-48). Периодический сброс в йулевое положение накопителей 26-28 (пиковых) а начале периода Тц происходит импульсами (фиг. 2, поз. 43-45), пода-, ваемыми на управляющие входы накопи.телей 26-28 от формирователей 16-18 импульсов сброса соответственно. В процессе постепенного увеличения усилия сжатия пьезоэлементов, начиная с нулевого значения, происходит увеличение входной проводимости 52 и амплитуды механических колебаний 54 (фиг. 3 и 4), а резонансная, часто та 51 уменьшается. При достижении определенной величины усилия сжатия степень изменения этих параметров замедляется до нулевого значения, т.е. эти параметры проходят через .экстремумы. При увеличении давления происходит перемена знака производной изменения параметров: входной проводимости, амплитуды механических колебаний и резонансной частоты (фиг. 3 и 4). В момент достижения оптимальной величины усилия сжатия первая производная по входной проводимости, амплитуде механических колебаний и резонансной частоте равна нулю. В этих условиях на нуль-орган 32 подаются одинаковой величины входные напряжения (фиг. . 49). При этом нульорган срабатывает и с его выхода пот дается запирающее напряжение на вход силового вёнтипя 33, при этом доступ напряжения источника 34 к дви- гателю 13 прекращается (фиг. 2, поз. 50) и сжатие пьезоэлементов также прекращается. В этих случаях вся колебательная система, а также пьезоэлементы сжаты оптимально, что обеспечивает максимум амплитуды механических колебаний на выходе концентратора 8. . Этим же условиям соответствует максимальный КПД, преобразования электрической энергии в механическую. Таким образом удается произвести оптимальную настройку всей ультразвукрвой колебательной системы с повьшеннбй точностью. 4-ю ТО-ЗЮ-бО, 6 -2-10 50 P.HlMH

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОЖБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, содержащее генератор пилообразного напряжения, соединенный выходом с входом генератора качающейся частоты, выход которого соединен с первым электродом пьезоэлемента, усилитель, измерительную схему и резистор-, включенный между вторым электродом и корпусом генератора качающейся частоты, отличающее ся тем, что, , с целью повыщения точности настройки, измерительная схема содержит форми- рователь импульсов, регистр сдвига, три формирователя импульсов сброса. три инвертора, три накопителя, три входных ключа, три выходных .ключа, нуль-орган и управляющую схему с узлом изменения усилия зажатия пьезоэлемента, причем выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом регистра сдвига, первый, второй.и третий разряды которого соединены, соответственно с входами первого второго и третьего инверторов, управляющими входами первого, второго, третьего входных ключей и с входами первого, второго и третьего формирователей импульсов сброса, выходы первого, второго и третьего формировате(Л лей импульсов сброса соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего накопителей, выходы первого, второго и третьего инверторов соединены с управляющим входами соответственно первого, второго и третьего выходных ключей, с ел выходы которых соединены с входами нуль-органа, соединенного выходом 4 с входом упрал( схемы, выход эо ел которой соединён с входом узла изменения усилия зажатия пьезоэлемента, при этом второй электрод через усилитель соединен с входами первого, второго и третьего входных ключей.