Способ получения белого и розового шума для ультразвуковой микросварки Советский патент 1980 года по МПК B06B1/00 

Изобретение относится к упьтразвуковой технике и может найти применение при разработке прогрессивных методов ультразвуковой микросварки и пайки интегральных схем, а также при других видах ультразвуковой обработки, Известны способы генерации шума улигразвуковой частоты, основанные на использовании флуктуации электрического тока или напряжения jl . Однако эти способы не позволяют получать достаточно мощные шумовые сиг налы. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ получения белого и розового ; шумов путем воздействия на среду электромагнитным полем с последующим усилением шумового сигнала 2 , Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает получение высоких выходных энергетических параметров, причем наблюдается их нестабиль ность во времени, что отрицательно сказывается на качестве процесса. Целью изобретения является повышение и стабилизация энергетических выходных параметров, а также получение различных соотношений белого и розового шумов для ультразвуковой микросварки. Цель достигается тем, что по предлагаемому способу перемагничивают ферромагнетик на фиксированной частоте, вьндепают спектр выходного сигнала f магнитного шума в диапазоне между частотой перемагничивания и максимальным значением .частоты скачков Баркгаузена, а также тем, что изменяют частоту пере- магничивания ферромагнетика в диапазоне от ннфранизких частот до максимального значения частоты скачков Баркгаузена для данного ферромагнетика. Известно, что если поместить ферромагнетик в изменяюшееся магнитное поле, то в обмотке регистрации, намотанной на ферромагнетик, возникают флуктуации ЭДС, обусловленные эффектом Баркгаузена, Связанным со скачкообразным смещением доменных границ в ферромагнетике. Если далее перемагничивать ферромагнетик периодически изменяющимся магнитным полем, то в обмотке регистрации будут воэникатв дополнительные флук туации ЭДС, обусловленные необратимостью процесса смещения доменных границ на отдельных циклах перемагничивания. Таким образом, при намагничивании ферро-fD

магнетика периодически изменяющимся магнитным полем в обмотке.будет возникать магнитный шум, имеющий сложный спектр. определяемый магнитными свойствами магнетика и режимом перемагничивания. Подбирая материал ферромагнетика и устанавливая определенный режим перемагничивания можно формировать белый и розовый для различных диапазонов частот. Значительное повышение интенсивности выходного сигнала в обмотке регистрации достигается благодаря тому, что максимальная интенсивность магнитного шума имеет место на том участке петли гистерезиса ферромаг нетика, ,на котором его магнитная проницаемость максимальна. В связи с этим ферромагнетики, являющиеся источником магнитного шума, в то же время можно использовать как мощньШ магнитный усилитель, благодаря чему на выходе обмотки регистрации индуцируется значительная по величине ЭДС, достигающая нескольких сот милливольт, которой запитывают обмотку магнитострикционного сварочного преобразователя. Таким образом, на конце волноводного тракта магнитострикционного преобразователя будут возникать колебания в щироком диапазоне частот белого или розового щумов вплоть до максимальной частоты перемагничивания фермромагнетика. Различные соотношения белого и розового щумов можно получить путем изменения частоты перемагничива. ния ферромагнетика, а также вьйора фер ромагнетика с заданными спектральными характеристиками магнитного шума.

На фиг, 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 схематически показан дискретно-сплошной спектр соответствующего выходного сигнала применительно к ферромагнетику из феррита оксифер1ООО при частоте перемагничивания {() 11 кГщ на фиг. 3 - спектральное распределение шумовых колебаний при , циклическом перемагничивании образца из кремнистого железа; на фиг. 4 спектральное распределение шумовых 7

точника питания 3, позволяющего изменять в щироком диапазоне от О до максимальной частоты скачков Баркгаузена частоту перемагничивания. Тогда в катушке регистрации 4 будет индуцироваться ЭДС шума, имеющего дискретно-сплошной спектр (фиг. 2), причем дискретная часть спектра обусловлена конечностью частоты перемагничивания, задаваемой источником 3. В данном примере частота перемагнй- чивания составляла 11 кГц. Как видно, до частоты 15О кГц имеется нарастание спектральной плотности шума, а вьяие 150 кГц начинается диапазон белого шума.

Для отделения низкочастотной составу лающей сигнал с вьжода обмотки регистрации 4 подается на вход фильтра 5 низкой частоты, с выхода которого снимается частый магнитный шум. К выходу фильтра низкой частоты (НЧ) подключены последовательно широкополосные малошумяшие предварительный усилитель 6 и усилитель 7, в которых происходит усиление магнитного шума. Усилитель 7 подключен к входу обмотки ма/нитострик- ционного сварочного преобразователя 8.

Соотношения между компонента; ш белого и розового щумов можно менять различными способами, которые приводят к изменению магнитных свойств источника шума-ферромагнетика. К таким способам можно отнести изменение химического состава, изменение режима предварительной термической и магнитной обработок, изменение степени предварительной холодной пластической дефррл ации, радиационного облучения и т.п. Для примера на фиГо 4 приведены зависимости спектральной плотности магнитного шума от частоты регистрации для кремнистого железа (кривая а), железа армко (б) и пермаллоевой проволоки (в).

Эксперименты с источниками магнитного шума из различных магнитомягких материалов показали, что предлагаемый способ и генератор шума позволяют полу414колебаний для полоски толщинок 0,1 мм из сплава 79 им. Кривые а, б и в соответствуют частотам перемагничивания соответственно 0,3 кГц, 1,5 кГц и 7,5 кГц, а кривая г соответствует частоте перемагничивания 11 кГц для сильно деформ)1рованного армко-железа. Ферромагнетик 1 помешен в изменяющееся магнитное пол-е намагничивающей обмотки 2, которая питается от исчать на выходе белый и рхэзовый шумы в широком диапазоне частот вплоть до нескольких мГц, мощностью до нескольких сот ватт. Это позволяет эффективно использовать eix) в качестве- генератора шума для ультразвуковой микросварки при значительном упрощении конструкции последнего.

Формула изобретения

1. Способ получения белого и розового шумов для ультразвуковой микросварки путем воздействия на среду электромагнитным полем с последующим усилением шумового сигнала, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения и стабилизации энергетических выходных параметров, перемагничивают ферромагнетик на фиксированной частоте, вьиеляют

спектр выходного сигаала магнитного шума в диапазоне между частотой перемагничивания и максимальным значением частоты скачкЬв Баркгаузена.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения различных соотношений белого и розового шумов, изменяют частоту перемагничивания ферромагнетика в диапазоне от. инфранизкнх частот до максимального значения частоты скачков Баркгаузена для данного ферромагнетика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Тетерич Н. П. Генераторы шума и измерение шумовых характеристик. М., Энергия, 1968.

2,Ван дер Зил. Шум . М,, Сов, радио , 1973, с. 6О (прототип). .

. L

шпо

(-Ю 6 1гц-Вг