Способ возбуждения ультразвуковой колебательной системы Советский патент 1980 года по МПК B06B1/00 

t

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для электрического возбуждения механических колебаний при ультразвуковой обработке материалов, в ультра- 5 звуковой сварке, дефектоскопии и т.п.

Известны способы возбуждения акустических колебательных систем, используемых для ультразвуковой микросварки, заключакндиеся в подаче на ульт- 10 развуковой преобразователь электрического сигнала качающейся частоты l.

Недостатком данного способа является нестабильность выходной мощности колебательной системы из-за воз- 15 можного выхода резонансной частоты за пределы качания частоты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо- 20 соб, включающий возбуждение колебательной системы высокочастотным электрическим колебанием на резонансной частоте, вьлделение сигнала обратной связи и автоматическую подстройку 25 частоты 2.

Недостатки известного способа малая стабильность выходных механических параметров узкой полосы, в которой происходит подстройка частоты, и отсутствие стабилизации амплитуды колебаний.

Цель изобретения - повьшение стабильности выходных механических параметров колебательной cncTeNOj за счет расширения ее полосы пропускания.

Это достигается тем, что по способу, включающему возбуждение колебательной системы высокочастотными электрическиг-ш колебаниями на резонансной частоте, колебательную систему одновременно возбуждают несколькими дополнительными низкочастотными электрическими колебаниями, имеющими отношение частот в виде натурального ряда, при этом минимальная часто-, та fJ низкочастотных колебаний равна (1,2-1,5) Af .,«(2-2,5)Af, а амплитуды напряжений каждого последующего низкочастотного колебания связаны с амплитудой U/J на частоте f следующим соотношением

где u f - исходная полоса пропускания колебательной системы; у и f-cooTBf-тственно амплитуда и частота N-ro низкочастотного колебания. На фиг. 1 приведены широкополосная а и исходная моночастотная б амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) механических колебаний акустической колебательной системы/ на фиг. ,2 - устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство состоит из высокочастотного генератора 1, четырех низкочастотных генераторов 2-5, электроакустического преобразователя 6, волновода 7 и деформирующего инструмента 8. Способ осуществляется следующим образом. При. возбуждении электроакустического преобразователя б только высокочастотными электрическими колебаниями он преобразует эти колебания в механические, которые по волноводу 7 и деформирующему инструменту 8 передаются в зону сварки 9, При этом изменяя частоту ВЧ сигнала получают характеристику а механических колебаний (см. фиг. 1). При подаче напряжения от низкочастотных генераторов 2-5 на преобразователь 6 имеет место эффект нелинейного смеши вания низких и высокой частот с посл дующим резонансным детектированием резонансных, суммарных и высокой час тоты. Такое явление обусловлено исключительно нелинейными акустическими колебаниями в электроакустическом преобразователе, имеющим достато но большие значения упругих модулей третьего порядка. Чем больше значение этих модулей, тем выше акус тическая нелинейность преобразовате ля и эффективнее условия смешивания частот и детектирование частот биения по прямому и. зеркальному каналам От нелинейного смешивания частот на выходе преобразователя можно получить широкополосную АЧХ (см.фиг. которая в полосе пропускания имеет плато многопериодной синусоидальной формы, вершины которого соответству ют строго определенным значениям ра ностных и суммарных частот. Централ ный пик на частоте fp соответствует частоте высокочастотного генератора частоты f , fj , f и fл и соответств щие им частоты по зеркальному канал l 1 г V образуются как суммарные и разностные частоты между частотой ВЧ генератора и частотой к дого иг последующих низкочастотных генераторов 2-5. Цля получения макс мальной равномерности частотной характеристики минимальная частота f низкочастотных колебаний выбирается равной (l,2-l,5)uf,{2-2,5)Af , от ношение члстот соответствует натура ому ряду, а отношение амплшуд низочастотных колебаний состав; яет vO.). де д f - исходная полоса пропускания колебательной системы;f - соответственно амплитуда и частота N-ro низкочастотного колебания. Важным преимуществом предлагаемого пособа возбуждения является практиески неограниченная полоса пропускания при соответствующем количестве низкочастотных источников, возможность простого управления неравномерностью АЧХ. Еще одним чрезвычайно важным преимуществом является то, что при изменении собственной частоты преобразователя и всей колебательной системы в целом форма АЧХ не изменяется, а вся АЧХ смещается по оси частот без изменения своей формы. Для получения необходимой ширины полосы пропускания из-за использования прямого и обратного каналов и несущей высокой частоты количество источников низкой частоты уменьшается вдвое. Для упрощения принципиальной схемы генераторной части и выполнения ее в интегральном выполнении низкие частоты получают от высокочастотного источника, например, с помощью триггерного делителя. Использование предложенного способа возбуждения акустических преобразователей позволяет получить существенно более стабильные характеристики ультразвукового поля. Весьма перспективно его использование в малогабаритных прецезионных ультразвуковых установках, Формула изобретения Способ возбуждения ультразвуковой колебательной системы, включающий возбуждение ее высокочастотным электрическим колебанием на резонансной частоте, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходных механических параметров колебательной системы за счет расширения ее полосы пропускания, колебательную систему одновременно возбуждают несколькими дополнительными низкочастотными электрическими колебаниями, имеющими отношение частот в виде натурального ряда, при этом минимальная частота f низкочастотных колебаний равна (l,2-l,5)(2-2,5)Af , а амплитуды напряжений каждого последующего низкочастотного колебания связаны с амплитудой U на частоте f следующим соотношением J.i,)uJ4- l 4rf./ii 1

где д f - исходная полоса пропускания колебательной системы , - соответственно амплии и f туда и частота N-ro низкочастотного колебания. Источники информации, принятые во в 1имание при экспертизе

1.Волков С.С. и др. Сварка пл.лОТмасс ультразвуком, М., Химия, 1974, с. 210.

2.Колешко В.М,, Ульразвуковая

микросварка, Минск, Наука и техника, 1977, с. 151 (прототип).

I i/ IjVl I

I у I MI

1, I. I I

TT/J ft fj .ip / i ft «

/i I

I/I jI I

фиг.7