Устройство для получения механических колебаний ультразвуковой частоты Советский патент 1987 года по МПК B06B1/00 

Изобретение относится к. ультразвуковой технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, используняцих технологические процессы с применением ульт- развука.

Целью изобретения является повышение КПД устройства за счет стабилизации амплитуды механических колебаний ,

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит задагаций генератор 1, элементы И 2-4, усилитель 5 мощности, электромеханический преобразователь 6, счетчики 7 и 8 импульсов, триггер 9, ограничитель 10, делитель 11 частоты, первый интегратор 12, первуто схему 13 сравнения, вьтрямитель 14, управляемьш ключ 15, второй интегратор 16, вторую схему 17 сравнения,

Выход задающего генератора 1 соединен с первыми входами логических элементов И 2 и 3, выход элемента 2 соединен с входом усилителя мощности

5и с входом счетчика 7 импульсов, выход которого подключен к первому входу триггера 9, выход логического нуля триггера 9 соединен с вторыми входами элементов И 3 и 4, выход логической единицы триггера 9 подключен к второму входу элемента И 2, выход элемента И 3 соединен с входом счетчика 8 импульсов, выход которого соединен с вторым входом триггера 9 и с управляющим входом детштеля 11 частоты, выход делителя 11 частоты через интегратор 12 подключен к первому входу устройства 13 сравнения, на второй вход которого подано напряжение -установки и, , выход устройства 13 сравнения соединен с входом задающего генератора 1, выход усилителя 5 мощности соединен с входом электромеханического преобразователя

6и через ограничитель 10 напряжения соединен с первым входом элемента И 4, выход которого подключен к входу делителя 11 частоты, вьтрямите- ля 14 подключен к выходу усилителя 5 мощности, а выход выпрямителя 14 соединен с входом управляемого ключа 15 управляющий вход которого соединей с выходом логического нуля триггера 9, а выхо д ключа 15 подключен через ин тегратор 16 к первому входу схемы 17

0

5

сравнения, на второй вход которой подано напряжение установки амплитуды колебаний, выход схемы 17 сравнения соединен с управлякяцим входом усштителя 5 мощности.

Устройство работает следующим образом.

Задагаций генератор 1 вьфабатывает прямоугольные импульсы (фиг.2а), которые поступают через элемент И 2 на основной вход усилителя 5 мощности. После усиления и выделения основной гармоники с выхода усилителя 5 напряжение поступает на вход электромеха- нического преобразователя 6.

Сигнал, поступающий с выхода 1 триггера 9 на второй вход элемента И 2, обеспечивает периодическое прерывание поступления импульсов от задающего генератора 1 на вход усилителя 5 мощности, в результате чего на выходном напряжении усилителя формируется пауза длительностью в несколько периодов (5-10) основной частоты.

Формирование длительностей работы и паузы усилителя 5 осуществляется путем отсчета заданного количества импульсов счетчиками 7 и В соответственно. Счетчик 7, отсчитав заданное количество импульсов (50-100), прошедших на вход усилителя 5, формирует, на выходе импульс (фиг.25), который переключает триггер 9 в состояние, при котором на выходе 1 триггера появляется уровень логического О (фиг.2 г). Этот сигнал, поступая на второй вход элемента И 2, прекращает прохождение импульсов на вход усилителя 5. Одновременно с этим на выходе О триггера 9 появляется уровень логической 1 (фиг.24), разрешающий прохождение импульсов от генератора 1 на вход счетчика 8. Счетчик В, отсчитав заданное количество импульсов (5-10), форг шрует на своем выходе импульс (фиг.2)), переключающий триггер 9 в исходное состояние, при котором разрешается прохождение импульсов на вход усилителя 5, а также устанавливает счетчик 11 в исходное состояние.

0

5

0

5

0

Во время паузы в работе усилителя /JJ 5 на его выходных зажимах, связанных с входными зажимами электрог еханичес- кого преобразователя 6, действует ЭДС, вызванная его свободными затухающими колебаниями,, Причина возникновения ЭДС определяется в зависимости от типа преобразователя обратньм магнитострикционным или прямым пьезоэлектрическим эффектами.При этом период действуюпхей во время паузы ЭДС определяет частоту собственных коле- баний (частоту механического резонанса) электромеханического преобразователя, а амплитуда ЭДС затухающих колебаний однозначно связана с ампли- тудой его вынужденных колебаний,предшествующих введению паузы. I

Автоподстройка частоты задающего генератора 1 к частоте механического резонанса преобразователя 6 осуществляется путем формирования во время паузы импульса, длительность которого равна длительности целого количества периодов ЭДС свободных колебаНИИ. С этой целью напряжение с выхода усилителя 5 подается через ограничитель 10 амплитуды и элемент И 4 на основной вход делителя частоты 11. В момент введения паузы на выходе триггера О появляется сигнал логической 1, разрешающий прохождение сигнала через элемент И 4 на вход делителя 11, который формирует на своем выходе импульс (фиг.2и), равный дли- тельности нескольких периодов сигнала, прошедшего с выхода элемента И 4. Вьщеление сигнала рассогласования и pg|,p , необходимого для управления частотой задагацего генератора 1,осу- ществляется интегратором 12 и устройством 13 сравнения.

Стабилизация амплитуды механичес- ких колебаний преобразователя 6 осу- ществляется путем выделения из кривой ЭДС свободных колебаний сигнала рассогласования UpQj.j,, пропорционального амплитуде вынужденных колебаний преобразователя, и воздействия этим сигналом на действующее значение выходного напряжения усилителя 5 мощности в промежутках между паузами. С этой целью выходное напряжение усилителя 5 (фиг.2е) подается через выпрямитель 14 и управляемый ключ 15 на вход интегратора 16. При введении паузы на выходе О триггера, связанном с управляняцим входом ключа 15 появляется сигнал логической 1, которьй замыкает ключ 15. Форма сигнала на входе интегратора показана на фиг.21К. На выходе интегратора напряжение близко к постоянному (фиг .2) ,

а его среднее значение определяется выражением

(

- L f

-т J

.5d

где U,j и и, - вькодные напряжения

элементов 15 и 16; Т - период введения пауз. В устройстве 17 сравнения происходит алгебраическое вычитание напряжения и

16 ср

из напряжения установки асг результате получается напряжение рассогласования , . Это напряжение подается на управление действугацим значением выходного напряжения усилителя 5. Поскольку в устройстве 17 сравнения напряжение и ,g вычитается из напряжения Uup, , то обратная связь будет отрицательной. Это означает, что с увеличением сигнала U, , пропорционального амплитуде механических колебаний, значение Vpocc уменьшается, что вызывает снижение выходного напряжения усилителя 5 и, следовательно, аплитуды колебаний, т.е. осуществляется стабилизация амплитуды механических колебаний.

В качестве усилителя 5 мощности в подобных устройствах используется обычно автономный инвертор на тиристорах или транзисторах в режиме переключения. Регулирование действующего значения выходного напряжения усилителя может осуществляться одним из следующих способов: изменением напряжения питания усилителя или изменением ширины выходных импульсов (широтно-импульсное регулирование). При этом напряжение рассогласования Upqcc воздействует через встроенную в усилитель систему управления на регулируемьй параметр.

Введение в устройство канала стабилизации амплитуды механических колебаний позволяет простыми и удобными средствами оптимизировать процесс получения колебаний не только по частоте, но также и по уровню возбуждения. В тех случаях, когда по условиям технологического процесса не требуется максимально возможная амплитуда колебаний электромеханического преобразователя, автоматическое снижение уровня (выходного напряжения усилителя) до значения, обеспечивающего требуемую амплитуду колебаний, позволяет избежать бесполезной потери мощности, т.е. повысить.КПД устройства, достигнуть высокого качества обработки, а также повысить долговечность инструмента, в состав которого входит электромеханический пре- оёразователь.

Формула изобретения

Устройство для получения механических колебаний ультразвуковой частоты, содержащее электромеханический преобразователь, усилитель мощности, заданщий генератор, первьш, второй и третий элементы И, первый и второй счетчики импульсов, триггер, делитель частоты, ограничитель, первьш интегратор и первое устройство сравнения, причем выход задающего генератора соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с входом усилителя мощности и с входом счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу триггера, выход логического нуля триггера соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, выход логической -единицы триггера подключен к второму входу первого элемента И,, выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом триггера и

5

0

5

0

с управляющим входом делителя частоты, выход делителя частоты через интегратор подключен к первому входу устройства сравнения, к второму входу которого подведено напряжение установки, выход устройства сравнения соединен с входом задакицего генератора, выход усилителя мощности соединен с входом электромеханического преобразователя и через ограничитель напряжения соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого подключен к входу делителя частоты, отличающееся тем, что, с целью повьыпения КПД за счет стабилизации амплитуды механических колебаний, в него введены выпрямитель, управляемьй ключ, второй интегратор и второе устройство сравнения, при этом усилитель мощности вьшолнен с дополнительным входом управления коэффициентом усиления, выход усилителя мощности соединен с его дополнительным входом управления через последовательно соединенные вьшрями- тель, управляемьй ключ, второй интегратор и второе устройство сравнения, управляющий вход ключа соединен с выходом логического нуля триггера, а к второму входу второго устройства сравнения подключено напряжение установки амплитуды механических колебаний.

Изобретение относится к ультразвуковой технике. Цель изобретения повышение КГЩ устройства. Устройство содержит-задающий генератор 1, элементы И 2, 3 и 4, усилитель 5 мощности, электромеханический преобразователь 6, счетчики 7,8 импульсов,триггер 9, ограничитель 10, делитель 11 частоты, интеграторы 12 и 16, схемы 13 и 17 сравнения, управляемый ключ 15 и выпрямитель 17. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяют стабилизировать амплитуды механических колебаний, что дает возможность оптимизировать процесс получения колебаний не только по частюте, но и по уровню возбуждения. Это достигается путем выделения из кривой ЭДС свободных колебаний сигнала рассогласования, пропорционального амплитуде вынужденных колебаний электромеханического преобразователя 6, и воздействия этим сигналом на действующее значение выходного напряжения усилителя 5 мощности в промежутках между паузами. 2 ил. с (Л