Ультразвуковой генератор с автоподстройкой частоты Советский патент 1979 года по МПК B06B1/02 

1

Изобретение относится к ультразвуковой технике, к областям машиностроения и электронного приборостроения и может быть использовано, в частности, в ультразвуковых технологических установках для сварки микроконтактов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известны ультразвуковые генераторы содержащие усилитель мощности, акустический датчик, установленный на нерабочем торце преобразователя, и цепь обратной связи 1.

Однако эти генераторы сложны в настройке и ненадежны.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой генератор с автоподстройкой частоты , содержащий последовательно соединенные задающий генератор независимого возбуждения, усилитель мощности, акустический преобразователь, образующие цепь обратной связи два акустических датчика, установленных по

обе стороны от узла механических колебаний, два логарифмических усилителя, -выходы которых соединены с входами дифференциального каскада, выход которого подключен к входу управления частотой задающего генератора независимого возбуждения.

Однако в этом генераторе невозможна точная подстройка частоты на резонанс акустического преобразователя.

Целью изобретения является обеспечение жесткого поддержания резонансно го режима работы акустического преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два выпрямителя, сумматор и вычитающее устройство.

На фиг. 1 схематично изображено распределение амплитуд механических колебаний и двух точках А и Б, расположенных по обе стороны от узла колебаний О в режиме холостого хода (точки U и Uj. ) ив режиме работы на нагрузку (точки и I и и 2. ); на фиг. 2 функционалр мая схема ультразвукового генератора с автоподстройкой частоты. Ультразвуковой генератор содержит последовательно соединенные задающий генератор 1 независимого возбуждения, усилитель 2 мощности, акустический преобразователь 3 и образующие цепь обратной связи два акустических датчика 4, соединенных соответственно через выпрямители 5 и 6 с входами суммато- ра 7 и вычитающего устройства 8, выходы которых подключены, соответственно, к входам логарифмических усилителе 9 и 10, Выходы логарифмических усилителей 9 и 10 соединены с входами дифференциального каскада 11, выход которого подключен к входу управления частотой задающего генератора 1. Работает ультразвуковой генератор следующим образом. Задающий генератор 1 независимого возбуждения генерирует сигнал с частотой, соответствующей резонансной часто те акустического преобразователя 3. Эт сигнал усиливается до нужной величины усилителем 2 мощности и подается на акустический преобразователь 3 для его возбуждения. Ультразвуковые колебания, возникающие при этом в преобразователе 3, возбуждают в акустических датчиках 4 электрический сигнал. Акустические датчики 4 установлены по обе стороны от узла механических колебаний на таком расстоянии друг от друга, чтобы при самых неблагоприятных условиях ра- боты преобразователя 3 на нагрузку узел не выходил за пределы датчиков 4. Для удовлетворения этому условию и для получения максимальной крутизны преобразования амплитуды механических колебаний в электрический сигнал расстояние между датчиками 4 должно удовлетворят условию: ,. щ а(1) с - расстояние между датчиками h - порядковый номер узла вдол оси преобразователя, начиная с уала активного элеме та; hi максимально возможное изм нение резонансной длины во ны в преобразователе; v- величина зоны нечувствител ности датчика. Далее сигналы с акустических датчик 4 выпрямляются выпрямителями 5 и 6, выходной сигнал которых пропорционален амплитудам входных сигналов и не зависит от их частоты и фазового соотношения. С каждого выпрямителя 5 и 6 сигналы поступают на сумматор 7 и вычитающее устройство 8, производящие соот-ветственно, алгебраическое сложение и алгебраическое вычитание двух входных сигналов. Выходной счгнап сумматора 7, равный сумме амплитуд сигналов, снимаемых с акустических датчиков 4, поступает на логарифмический усилитель 9, а выходной сигнал с вычитающего устройства 8, равный разности амплитуд тех же сигналов, поступает на логарифмический усилитель 10. С выхода логарифмических усилителей 9 и 10 прологарифмированные сумма и разносить входных сигналов цепи обратной связи поступают на дифференциальный каскад 11, где производится вычитание логарифма суммы из логарифма разности входных сигналов. Выходной сигнал дифференциального каскада 11 одисьюается выражением:Bbix- g - V og VUz (2) илиа U-1-KUg тгттг где и дни - выходной сигнал .цепи об- ратной связи; (J - амплитуда сигнала, снимаемого с первого (условного датчика); Ij - амплитуда сигнала, снимаемого со второго датчика. Сигнал И вых. с выхода дифференциального каскада 11 подается в цепь управления частотой задающего генератора 1 для его настройки на частоту резонанса акустического преобразователя 3. Этот сигнал однозначно определяет как направление ухода резонансной длины волны, так и его абсолютную величину. Это следует из рассмотрения треугольников и (фиг. 1), откуда можно записать равенство: Ug OB-л На - величина ухода резонансной длины волны при работе на нагрузку. Отсюда находим: и;-.и Введя в выражение (5) коэффициент Y. г постоянный для каждого конкретного акустического преобразователя и определяющий положение узла механи- ческих колебаний относительно акустичес ких датчиков 1 и 2 в режиме холостого хода, можем записать равенство: и; 2 однозначно определяющее направление и величину ухода резонансной длины волны в акустическом преобразователе. Прологарифмировав это выражение получим вы ражение, определяшэщее величину выходного сигнала цепи обратной связи (3). Коэффициент К вводится в вычитающее устройство 8 путем изменения коэф фициента передачи по соответствующему входу. Все узлы в цепи автоподстройки частоты производят обработку амплитуд сигналов, снимаемых с двух акустических датчиков, независимо от их частоты и фазового соотношения. Следовательно, диапазон автоподстройки зависит только от конструктивных параметров преобразо вателя, в частности от расстояния межд акустическими датчиками. Поэтому ультр звуковой генератор допускает оператив ную замену акустических преобразователей бе,з дополнительной подстройки цепей обратной связи и обеспечивает высокую точность поддержания резонансного режима работы ультразвуковой- установки. Формула изобретения Ультразвуковой генератор с автоподстройкой частоты, содержащий последовательно соединенные задающий генератор независимого возбуждения, усилитель мощности, акустический преобразователь, образующие цепь обратной связи два акустических датчика, установленных по обе стороны от узла механических колебаний, два логарифмических усилителя, выходы которых соединены с входами дифференциального каскада, выход которого подключен к входу управления частотой задающего генератора независимого возбужде -. ния, отличающийся тем, чтО| с целью обеспечения жесткого поддержания резонансного режима работы акустического преобразователя, в устройство введены два выпрямителя, а также сумматор и вычитающее устройство, входы ко торых через выпрямители параллельно со е.динены с двумя акустическими датчиками, а выходы их соединены с входами логарифмических усилителей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Донской А. Ф., Келлер О. К., Кратыш Г. С. Ультразвуковые электро- технологические установки. Энергия, 1968, с. 171-174. 2.Авторское свидетельство СССР № 492313, кл. В 06 В 1/02, 1974.

fuz. /

fvj

i 5i