Ультразвуковой генератор Советский патент 1993 года по МПК H03L5/00 

фиг.1

Изобретение относится к ультразвуковой технике, в частности к генераторам для ультразвуковой сварки.

Целью изобретения является расширение диапазона и повышение точности регулирования амплитуды выходного сигнала.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого генератора; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема корректирующего дифференциального усилителя,

Ультразвуковой генератор содержит соединение последовательно управляемый генерато р 1, первый делитель 2 напряжения, аналоговый коммутатор 3, амплитудный детектор 4, корректирующий дифференциальный усилитель 5 и выпрямитель 6, выход которого подключен к входу управления амплитудой выходного сигнала управляемого генератора 1, включенные также последовательно ультразвуковой преобразователь 7, вход которого соединен с выходом управляемого генератора 1 и входом первого делителя 2 напряжения,датчик 8 тока и второй делитель 9 напряжения, выход которого связан с вторым входом аналогового коммутатора, вход управления которым является входом управления режимом регулирования ультразвукового генератора, а также цифроаналоговый прег образователь 10, цифровой вход которого является входом управления амплитудой выходного сигнала ультразвукового генератора, а выход подключен к неинвертирующему входу корректирующего дифференциального усилителя 5, причем .выход датчика 8 тока и вход второго делителя 9 напряжения дополнительно подключены к входу автоподстройки частоты управляемого генератора 1.

Ультразвуковой генератор работает следующим образом.

При поступлении на цифровой вход цифроаналогового преобразователя 10 от управляющей системы более высокого иерархического уровня сигнала управления амплитудой, этот сигнал преобразуется из цифровой в аналоговую форму и поступает на неинвертирующий вход корректирующего дифференциального усилителя 5. На инвертирующий вход корректирующего дифференциального усилителя 5 поступает сигнал с выхода амплитудного детектора 4. Корректирующий дифференциальный усилитель - 5 сравнивает поступившие на его входы сигналы и вырабатывает свой сигнал; знак и амплитуда которого определяются соотношением входных сигналов, а спектральный состав откорректирован в соответствии с логарифмической амплитудно- частотной характеристикой корректирующего дифференциального усилителя 5,

Выходной сигнал корректирующего дифференциального усилителя 5, который может принимать как допустимые для системы регулирования значения (например, положительные), так и недопустимые (например, отрицательные), поступает на вход однопо- лупериодного выпрямителя 6. Выпрямитель 6 пропускает на выход только сигналы одного знака (например, положительные), благо0 даря чему исключается неоднозначность характеристики регулирования амплитуды входного сигнала управляемого генератора 1, а также инвертирование его фазы, приводящее к отказу автоподстройки. Сигнал с

5 выхода выпрямителя 6 попадает на вход управления амплитудой выходного сигнала управляемого генератора 1 и соответствующим образом изменяет амплитуду высокочастотного сигнала на выходе управляемого

0 генератора 1. Сигнал с выхода управляемого генератора 1 поступает на вход ультразвукового преобразователя 7. Поэтому при изменении амплитуды сигнала на выходе управляемого генератора 1 изменяется и

5 амплитуда тока через ультразвуковой преобразователь 7 и, следовательно, амплитуда сигнала напряжения на выходе датчика 8 тока.

Напряжения с выхода управляемого ге0 нератора 1 или датчика 8 тока через первый и второй делители напряжения 2 и 9 попадают на входы аналогового коммутатора 3. При помощи делителя 2 напряжения устанавливают стабилизированный уровень ам5 плитуды напряжения на выходе управляемого генератора 1 при работе ультразвукового генератора в режиме стабилизации напряжения. С помощью делителя 9 напряжения во время наладки устанавлива0 ют уровень амплитуды тока через преобразователь 7 при работе ультразвукового генератора в режиме стабилизации тока. Режим регулирования (стабилизации тока или напряжения) задается сигналом, посту5 лающим на вход управления аналоговым коммутатором 3. При включении режима стабилизации тока на выход аналогового коммутатора 3 проходит сигнал с выхода делителя 9 напряжения. Этот сигнал детек0 тируется далее амплитудным детектором 4. Таким образом, образуется замкнутый контур автоматического регулирования амплитуды тока по цепи корректирующий дифференциальный усилитель 5 - выпрями5 тель 6управляемый генератор 1 -ультразвуковой преобразователь 7 - датчик 8 тока - делитель 9 напряжения - аналоговый коммутатор 3 и амплитудный детектор 4. Действием этого контура амплитуда тока возбуждения ультразвукового преобразователя 7 поддерживается на стабильном уровне, заданном сигналом с выхода цифроана- логового преобразователя 10. При включении режима стабилизации напряжения на выходе аналогового коммутатора 3 попадает сигнал с выход делителя 2 напряжения и образуется замкнутый контур регулирования амплитуды напряжения, возбуждающего ультразвуковой преобразователь 7, по цепи: корректирующий дифференциальный усилитель 5 - выпрямитель 6 - управляемый генератор 1 - делитель 2 напряжения - аналоговый коммутатор 3 и амплитудный детектор 4, . Этот контур поддерживает амплитуду напряжения на выходе управляемого генератора 1 на стабильном уровне, заданном сигналом с выхода цифроаналогового преобразователя 10. Сигнал с выхода датчика 8 тока поступает также на вход автоподстройки частоты управляемого генератора 1 для автоматической настройки управляемого генератора на частоту резонанса ультразвукового преобразователя 7.

Корректирующий дифференциальный усилитель 5 может быть выполнен на операционном усилителе DA, инвертирующий вход которого через первый резистор RI соединен с инвертирующим входом корректирующего дифференциального усилителя, а через параллельно включенные второй резистор R2, первый конденсатор С1, диод VD, и цепочку из соединенных последовательно третьего резистора Рз и второго конденсатора d - с выходом операционного усилителя DA, неинвертирующий вход корректирующего дифференциального усилителя четвертый резистор R4 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя DA. Такое выполнение корректирующего дифференциального усилителя 5 позволяет оптимальным образом откорректировать логарифмическую амплитудно-частотную характеристику узла сравнения (в нашем случае корректирующего дифференциального усилителя). Оказывается возможным установить достаточно большой коэффициент усиления К, в области низких частот О) ft) 1 , что обеспечивает высокую статическую точность, приемлемый коэффициент усиления Ка в области средних частот ft) 1 а) «У 2 . что обеспечивает высокое быстродействие и малое перерегулирование, т.е. высокую динамическую точность регулирования, и дополнительное подавление сигнала несущей и высокочастотных помех в области высоких частот ft) ft) 2, что позволяет увеличить диапазон регулирования. Наличие диода VD в цепи обратной связи

предотвращает перезаряд конденсаторов Ci и С2 и исключает изменение знака сигнала на выходе дифференциального корректора 5.

5Если R2 R3, то точки излома логарифмической амплитудно-частотной характеристики корректора 5 определяются выражениями

К1 4|-,

1

R 1

R2(C 1 +С2)

К2

R2 R3

(R2 +R3)R1

ft) 2 --

R3C2

ft) -f R3 R2 R3 С 1

из которых следует,что изменяя значения R1 ,R2,R3,C1 ,C2, можно формировать желаемую характеристику контура регулирования амплитуды выходного сигнала ультразвукового генератора.

Формула изобретения 1. Ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управля- емый генератор, ультразвуковой преобразователь и датчик тока, выход которого подключен к входу автоподстройки частоты управляемого генератора, аналоговый коммутатор, амплитудный детектор и цифроанало- говый преобразователь, цифровой вход которого является входом управления амплитудой выходного сигнала ультразвукового ге- нератора, при этом управляющий вход аналогового коммутатора является входом управления режимом регулирования ультразвукового генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности регулирования амплитуды выходы сигнала, введены первый и второй делители напряжения, последовательно соединенные корректирующий дифференциальный усилитель и выпрямитель, выход кото- рого подключен к входу управления амплитудой управляемого генератора., при этом первый делитель напряжения между выходом управляемого генератора и первым сигнальным входом аналогового коммутато- ра, второй делитель напряжения включен между выходом датчика тока и вторым сигнальным входом аналогового коммутатора, выход которого подключен к входу амплитудного детектора, выход цифроаналогово- го преобразователя подсоединен к инвертирующему входу корректирующего дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключен к выходу амплитудного детектора.

2. Генератор поп.1,отличающий- с я тем, что корректирующий дифференциальный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, между выходом и инвертирующим входом которого включены параллельно соединенные первый резистор, первый конденсатор, диод и цепь, вы- полненная в виде последовательно соединенных второго конденсатора и вто- рого резистора, при этом инвертирующий

0

вход операционного усилителя соединен также с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого является инвертирующим входом корректирующего дифференциального усилителя, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого является неинвертирующим входом корректирующего дифференциального усилителя.

Использование: в ультразвуковой технике, в частности в генераторах для ультразвуковой сварки. Сущность изобретения: ультразвуковой генератор содержит управляемый генератор 1, первый 2 и второй 9 делители напряжения, аналоговый коммутатор 3, амплитудный детектор 4, корректирующий дифференциальный усилитель 5, выпрямитель 6, ультразвуковой преобразователь 7, датчик В тока, цифроаналоговый преобразователь 10. Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности регулирования амплитуды выходного сигнала - достигается за счет того, что в ультразвуковом генераторе перечисленными блоками образованы два замкнутых контура: контур регулирования амплитуды тока и замкнутый контур регулирования амплитуды напряжения, возбуждающего ультразвуковой преобразователь. 2 ил.

} #e/frapytfusu{/ &0) tti p pe{ e#t{4(Mtitf№0 ytu/i,

МеинЈертвру }цм& &&$ ($н( (/смитый- K-oppeetnupQ

Фиг, 2