УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР Советский патент 1994 года по МПК B06B1/00 

Изобретение относится к ультразвуковой технике, в частности к ультразвуковым генераторам.

Целью изобретения является повышение надежности работы посредством увеличения стабильности генерации на частоте основного резонанса ультразвукового генератора.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - схема формирователя импульсов положительной обратной связи; на фиг. 3а - эпюра сигнала на выходе усилителя - ограничителя; на фиг. 3б - эпюры сигнала на выходе элемента с инвертируемым коэффициентом передачи предлагаемого устройства - сплошная линия и прототипа - пунктирная; на фиг. 3в - эпюры сигнала на выходе дискриминатора импульсов по длительности в предлагаемом генераторе - сплошная линия и в прототипе - пунктирная; на фиг. 3г - эпюры сигналов на выходе синхронизируемого генератора в предлагаемом устройстве - сплошная линия и в прототипе - пунктирная.

Ультразвуковой генератор содержит соединенные последовательно элемент с инвертируемым коэффициентом передачи 1, сумматор 2, синхронизируемый генератор 3, усилитель 4, ультразвуковой преобразователь 5 с датчиком обратной связи 6, фазовращатель 7, усилитель-ограничитель 8, соединенные последовательно удвоитель частоты 9, вход которого подключен к выходу синхронизируемого генератора 3 и входу усилителя 4, генератор одиночных импульсов 10, выход которого подключен ко второму входу формирователя импульсов положительной обратной связи 11 и входу дискриминатора импульсов по длительности 12, выход которого соединен с входом устройства задержки 13, выходом связанного с управляющим входом элемента с инвертируемым коэффициентом передачи, информационный вход которого соединен с выходом D-триггера 14 информационным входом подключенного к выходу усилителя - ограничителя 8, а управляющим входом - к выходу дискриминатора импульсов по длительности 12 и входу устройства задержки 13.

Работает генератор следующим образом.

Сигнал с выхода синхронизируемого генератора 3 через усилитель 4 поступает на ультразвуковой преобразователь 5, возбуждая в нем колебания. Эти колебания регистрируются датчиком обратной связи 6 и с него поступают на фазовращатель 7, который настроен таким образом, чтобы сдвиг фаз между сигналами на входе и выходе синхронизируемого генератора 3 был равен нулю на частоте резонанса преобразователя 5, при этом амплитуда сигнала на выходе датчика обратной связи 6 максимальная. С выхода фазовращателя 7 сигнал поступает на усилитель-ограничитель 8, где он усиливается и ограничивается по амплитуде, и с выхода ограничителя 8 через D-триггер 14 и элемент с инвертируемым коэффициентом передачи 1 и сумматор 2 поступает на вход синхронизируемого генератора 3. Поскольку амплитуда А импульсов на выходе элемента с инвертируемым коэффициентом передачи 1 и порог синхронизации В генератора 3 связаны соотношением КА>>В, где К - коэффициент передачи сумматора 2, частота сигнала на выходе генератора 3 становится равной резонансной частоте f_pпреобразователя 5. Кроме этого, сигнал с выхода синхронизируемого генератора 3 поступает на вход удвоителя частоты 9, с которого импульсы удвоенной частоты поступают на вход генератора одиночных импульсов 10, который запускается положительным перепадом и в каждый полупериод сигнала на входе синхронизируемого генератора 3 вырабатывает импульсы длительностью τ = , где fB - верхняя граница разрешенного диапазона частот.

Эти импульсы поступают на второй вход формирователя импульсов положительной обратной связи 11, где путем логической обработки этих импульсов и импульсов с выхода синхронизируемого генератора 3 образуется сигнал положительной обработки связи. Для положительного полупериода сигнала на выходе генератора 3 (фиг.2) сигнал логической "1" на выходе элемента И-НЕ 15 суммируется на резисторах 16, 17 с импульсом амплитудой, равной логической единице и длительностью τ = с выхода элемента И 18. Для отрицательного полупериода напряжения на выходе генератора 3 сигнал логической "1" с выхода инвертора 19, логически складывается с импульсом положительной полярности длительностью τ = в элементе И-НЕ 15, на выходе которого образуется импульс отрицательной полярности длительностью τ = . Этот импульс на резисторах 16 и 17 суммируется с сигналом логического "0" на выходе элемента И 18. Таким образом, за период на выходе формирователя 11 получается сигнал, эпюра которого приведена на фиг.2. Значение Б этого сигнала в моменты времени, определяемые наличием импульса на выходе генератора одиночных импульсов 3 удовлетворяет условию (1) Б>>А>> . Этот сигнал через сумматор 2 поступает на вход синхронизируемого генератора 3, в результате чего образуется жесткая положительная обратная связь, препятствующая возбуждению генератора 3 на частоте выше fB.

Предположим частота генерации начинает уменьшаться. Следствием этого является увеличение длительности импульсов на выходе усилителя - ограничителя 8 (фиг. 3а) и интервала между импульсами генератора одиночных импульсов 10. Наступает момент (t₁, t₄ на фиг.3), когда этот интервал t становится больше заданной величины t > - , где f_н - нижняя граница заданного диапазона частот, в этот момент с выхода дискриминатора импульсов 12 на вход управления D-триггером 14 поступает сигнал (фиг. 3в, сплошная линия), фокусирующий состояние его выхода. Этот же сигнал через устройство задержки 13, которое задерживает его на время, необходимое для фиксации состояния выхода D-триггера 14, поступает на вход управления элемента с инвертируемым коэффициентом передачи 1, инвертируя состояние его выхода (фиг. 3б, сплошная линия, мом. t₁, t_н). В результате этого, через время τ_р, распространения сигнала по цепочке выход элемента 1 - сумматор 2 - выход синхронизируемого генератора 3 изменяется состояние выхода генератора 3 (фиг. 3г, сплошная линия t₃, t₅) срабатывает удвоитель частоты 9, генератор одиночных импульсов 10, формирователь импульсов положительной обратной связи 11, включается жесткая положительная обратная связь и срабатывается в исходное состояние дискриминатор импульсов по длительности 12 (мом. времени t₃, t₅ на фиг. 3).

Результатом всего этого является полное запрещение генерации на частотах ниже f_н, что увеличивает стабильность генерации на частоте основного резонанса ультразвукового преобразователя.

Изобретение относится к области ультразвуковой сварки. Целью изобретения является увеличение стабильности генерации на частоте основного ультразвукового преобразователя 5 (УЗП). Ультразвуковой генератор (УЗГ) содержит соединенные последовательно: элемент с инвертируемым коэффициентом передачи 1, сумматор 2, синхронизируемый генератор 3, усилитель 4, ультразвуковой преобразователь 5 с датчиком обратной связи 6, фазовращатель 7, усилитель - ограничитель 8 и D-триггер 14, выход которого подключен к входу элемента с инвертируемым коэффициентом передачи 1. Имеются также удвоитель частоты 9, генератор одиночных импульсов 10, дискриминатор импульсов его длительности 12, устройство временной задержки 13 и формирователь импульсов положительной обратной связи 11. Структура УЗГ позволяет исключить возбуждение генерации на частотах паразитных резонансов ультразвукового преобразователя, лежащих вне выбранного диапазона частот, в котором расположена частота основного резонанса УЗП 5, благодаря чему увеличивается стабильность генерации на частоте основного резонанса УЗП 5. 3 ил.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий соединенные последовательно элемент с инвертируемым коэффициентом передачи, сумматор, синхронизируемый генератор, усилитель, ультразвуковой преобразователь, датчик обратной связи, фазовращатель и усилитель ограничитель, а также генератор одиночных импульсов, выход которого соединен со входами дискриминатора импульсов по длительности и формирователя импульсов положительной обратной связи, второй вход которого подключен к выходу синхронизируемого генератора и входу удвоителя частоты, а его выход подключен ко второму входу сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы посредством увеличения стабильности генерации на частоте основного резонанса ультразвукового преобразователя, в него введены D-триггер и устройство задержки, при этом информационный вход D-триггера соединен с выходом усилителя ограничителя, а вход управления - с выходом дискриминатора импульсов по длительности и входом устройства задержки, выход которого подключен к управляющему входу элемента с инвертируемым коэффициентом передачи, к инормационному входу элемента с инвертируемым коэффциентом передачи подключен выход D-триггера, а выход удвоителя частоты соединен с входом генератора одиночных импульсов.