Ультразвуковое излучающее устройство Советский патент 1990 года по МПК B06B1/06 

Фиг.1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для питания пьезокерамйческих и маг- нитострикционных преобразователей.

Целью изобретения является увеличение мощности при постоянной нагрузке.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - резонансные кривые пьезокерамйческих преобразователей.

Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения, усилитель 2 мощности, соединенный выходами с силовыми электродами первого 3 и второго пьезокерамйческих преобразователей, механически сопряженных, например, с ротором виброприводом 5. Электроды обратной связи первого 3 и второго 4 пьезокерамйческих преобразователей соединены с входами соответственно первого 6 и второго 7 выпрямителей, выходы которых соединены соответственно с входами первого 8 и второго 9 низкочастотных фильтров. Выходы последних соединены с входами дифференциального усилителя 10, выход которого соединен с первым входо компаратора 11, второй вход которого соединен с общей шиной. Выход компаратора 11 соединен с входом блока 12 управления, выход которого соединен с входом управления генератора 1 переменного нап|эяжения.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает переменное напряжение, которое после усиления ,в усилителе 2 мощности прикладывется к силовым электродам первого 3 и второго 1 пьезокерамйческих преобразователей. Под действием предлагаемого переменного напряжения вследстг .вие обратного пьезоэффекта пьезоке- рамические преобразователи 3 и 4 совершают продольные колебания. В то же время, вследствие прямого пьезоэффекта на электродах обратной связи пьезокерамйческих преобразователей 3 и 4 образуется переменное напряжение, величина которого пропорциональна амплитуде их вибрации. Эти напряжения выпрямляются в выпрямителях 6 и 7 и затем фильтруются в низкочастотных фильтрах 8 и 9. На выходах первого 8 и второго 9 низкочастотных фильтров имеются постоянные напряжения, величины которых пропор

10

15

723А4

циональны амплитудам вибраций соответствующих пьезокерамйческих преобразователей 3 и 4. Эти напряжения подаются на входы дифференциального усилителя 10, и напряжение на его выходе пропорционально разни.це наг1ря- жений на выходах низкочастотных фильтров 8 и 9. Компаратор 11 определяет знак напряжения на выходе дифференциального усилителя 10. Если напряжение на выходе низкочастотного фильтра 8 оказывается выше, чем напряжение на выходе фильтра 9, то напряжение на выходе дифференциального усилителя 10 положительное, если наоборот, то отрицательное. Если напряжение на выходе дифференциального усилителя 10 положительное, то на выходе компаратора 11 присутствует единица, если напряжение на выходе дифференциального усилителя 10 отрицательное, то на выходе компаратора 11 присутствует нуль. Работа блока 12 управления сводится к следующему: если к его входу с выхода fcoMnaparopa подается единица, то на его выходе формируется возрастающее напряжение, если подается нуль, то напряжение на его выходе убывает. Повышение напряжения на выходе блока 12 управления приводит к увеличению частоты генератора 1 переменного

20

25

30

5

0

5

0

5

напряжения, а снижение напряжения - соответственно к уменьшению частоты.

В случае работы устройства, напри- „ мер, на вибропривод последний имеет оптимальные характеристики тогда, когда частота генератора 1 имеет среднее значение между резонансными частотами f, f (фиг. 2) пьезокерамйческих преобразователей 3 и 4. Предположим, что частота генератора 1 снижается. При этом она приближается к частоте резонанса f., и отдаляется от частот1Арезонанса f . Следовательно, амплитуда колебания пьезокерамичес- кого преобразователя 3 увеличивается, а у пьезокерамического преобразователя k уменьшается. Это приводит к тому, что напряжение на электроде обратной связи пьезокерамического преобра- зователя 3 оказывается выше, чем на соответствующем электроде пьезокерамического преобразователя 4. Соответственно и на выходе низкочастотного фильтра 8 напряжение оказывается выше, чем напряжение на выходе низкочастотного фильтра 9 и, следователь51

но, напряжение на выходе дифференциального усилителя 10 больше нуля. Это приводит к тому, что на выходе компаратора 11 появляется единица, блок 12 управления вырабатывает возрастающее напряжение, и частота генератора 1 повышается. Амплитуда колебаний пьезокерамического преобразователя 3 уменьшается, поскольку частота его колебаний удаляется от частоты f его резонанса, а амплитуда колебаний пьез.окерамического преобразователя k увеличивается. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе низкочастотного филь тра 9 не окажется выше напряжения на выходе низкочастотного фильтра 8. При этом Напряжение на выходе дифференциального усилителя становится меньше нуля, на выходе компаратора 11 появляется нуль, и напряжение на выходе блока 12 управления уменьшается, что приводит к снижению частоты генератора 1. Далее процессы повторяются.

Таким образом, частота генератора 1 стремится к частоте f3, периодически отклоняясь от нее в ту или другую сторону. Устройство позволяет постоянно следить за частотой генератора 1, при этом частота автоматически подбирается такой, чтобы амплитуды колебаний обоих преобразователей были одинаковы, именно в таком режиме виб- оопривод имеет максимальные скорость,

597234 6 .

момент и КПД. Если требуется сдвинуть частоту fj в ту или иную сторону (например, вследствие несимметричности частотных характеристик пьезокера- мических преобразователей), то это можно сделать соответствующим смещением нуля дифференциального усилителя.

10

Формула изобретения

Ультразвуковое излучающее устройство, содержащее последовательно

соединенные генератор переменног,о напряжения, усилитель мощности и пье- зокерамический преобразователь, а также блок управления, подключенный к входу генератора переменного напряжения, отличающееся тем, что, с целью увеличения мощности при постоянной нагрузке, введены два выпрямителя, второй пьезокерамичес- кий преобразователь , два низкочастотных фильтра, дифференциальный усилитель и компаратор, причем силовые электроды пьезокерамических преобразователей соединены между собой параллельно, а электроды обратной связи

подключены через соответствующие вы- прямители и низкочастотные фильтры к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход компаратора - с общей шиной, а выход - с входом блока управления.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для питания пьезокерамических и магнитострикционых преобразователей. Цель изобретения - увеличение мощности при постоянной нагрузке. Напряжение после выпрямителей 6, 7 усредняется на низкочастотных фильтрах 8, 9 и подается на дифференциальный усилитель 10. В компараторе 11 определяется знак напряжения на выходе усилителя 10, в соответствии с которым блок 12 управления подает команду на увеличение или уменьшение частоты генератора 1 переменного напряжения. Частота автоматически поддерживается такой, чтобы амплитуды колебаний обоих преобразователей были одинаковы, что обеспечивает максимальную скорость вибропривода. 2 ил.

f f, f Фш.г