Устройство для возбуждения ультразвуковыхКОлЕбАНий Советский патент 1981 года по МПК B06B1/00 B23K20/10 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть иснользовано при разработке акустических колебательных систем для ультразвуковой микросваркн интегральных схем, для ультразвуковой резки,сверления и т. п.

Известны устройства для возбуждения ультразвуковых колебаний, содержащие генератор электрических колебаний, ультразвуковой преобразователь и концентратор - инструмент, соединенный с преобразователем {.

Недостатки этих устройств - нестабильность работы при изменении нагрузки на инструмент и изменения резонансной частоты колебательной системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для возбуждения ультразвуковых колебаний, содержащее высокочастотный генератор, ультразвуковой преобразователь, соединенный с выходом высокочастотного генератора, волновод-излучатель, механически соединенный с ультразвуковым преобразователем, и согласующий блок, включающий цень обратной связи, соединенную с управляющим входом генератора {2.

Недостатком известного устройства является нестабильность работы при больщих изменениях нагрузок вследствие того, что

электрическое согласование генератора не обеспечивает широкого диапазона регулировки добротности колебательной системы.

Целью изобретения является новыщение стабильности работы за счет расширения диапазона регулировки добротности колебательной системы.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для возбуждения ультразвуковых колебаний, содержащем высокочастотный генератор, ультразвуковой преобразователь, соединенный с выходом высокочастотного генератора, волноводизлучатель, механически соединенный с ультразвуковым преобразователем, и согласующий блок, волновод-излучатель выполнен полым из пара- нли диамагнитного материала и заполнен ферромагнитной жидкостью, а согласующий блок выполнен Е виде управляющей обмотки, расположенной со стороны внешней поверхности волновода-излучателя и источника управляющего напряжения, соединенного с управляющей обмоткой. При этом источник управляющего напряжения выполнен в виде усилителя постоянного тока, схемы сравнения, а также датчика механических колебан й волновода-излучателя и источника номинальной добротности, подключенных ко входам схемы сравнения, выход которой

подключен ко входу усилителя постоянного тока.

На чертеже представлена конструкция г;редлагаемого устройства.

Устройство содержит ультразвуковой высокочастотный, генератор 1, акустическую колебательную систему, состоящую из ультразву-ювого нреобразователя 2, волновода-излучателя 3, вынолненного полым из диамагнитного материала и заполненного ферромагнитной жидкостью 4, акустической развязки 5 и сварочного инструмента 6, датчик механических колебаний 7, схему сравнения 8, источник номинальной добротности 9, усилитель постоянного тока 10 и управляющую обмотку //, расположенную со стороны внещней поверхности волиовода-излучателя 3 и соединенную с усилителем 10.

Устройство работает следующим образом. Высокочастотные электрические колебания от генератора / передаются в преобразователь 2, где преобразуются в механические упругие колебания, распространяющиеся в элементах 3 к 4 волповодноизлучающей системы, и вводятся затем через сварочный инструмент 6 в зону микросварки. При изменении режимов эксплуатации - температуры, статического давления, величины и характера акустического импеданса зоны микросварки - изменяется величина механической добротности акустической системы, что приводит к нестабильности акустической энергии, вводимой в зону микросварки.

С целью стабилизации механической добротности выходные напряжения датчика механических колебаний 7 и источника номинальиой добротности 9 сравниваются схемой сравнения 8. Напряжение разбаланса, соответствующее величине изменивщейся механической добротности, усиливается усилителем постоянного тока 10 и подается в управляющую обмотку 11, расположенную на внешней стороне волновода-излучателя 3 с ферромагнитной жидкостью 4. При воздействии внешнего однородного магнитного поля на ферромагнитную жидкость изменяются ее физико-механические свойства - плотность, вязкость, концентрация ферромагиитиых частиц, скорость распространения звуковых волн, причем чем выше напряженность магнитного ноля, тем больше изменения физико-механических нараметров.

Для повышения эффективности изменения механической добротности максимальное воздействие однородного магнитного поля на ферромагнитную жидкость целесообразно проводить в пучностях звуковых волн. На уменьшении добротиости прежде всего сказывается увеличение виутренних потерь, обусловленных увеличением эффективной вязкости ферромагнитной жидкости 4. Изменение входного импеданса волноводно-излучающей системы позволяет не только управлять величиной добротности, но и производить согласование преобразователя

2с волиоводно-излучающей системой.

Устройство экспериментально изготовлено и испытаио. В качестве преобразователя использовался иермендюровый преобразователь, а волноводно-излучающая система состояла из двух полых медных стержней. В качестве феррожидкости использовалась суспензия частиц кобальта в толуоле. При изменении постоянного тока через управляющую обмотку от О до 0,5 Л механическая добротность уменьшалась в 3,8-

4 раза, ири этом КПД акустической системы оставался достаточно высоким - от

3до 12%.

В.ходной динамический импеданс, измеренный со стороны входных зажимов преобразователя, изменялся в 3,2 раза. Таким образом, данное устройство с успехом может использоваться в устройствах, где изменение добротности в процессе эксплуатации не превьш1ает единиц раз. Другим

чрезвычайно важным свойством устройства является простая возможность резонансного согласования элементов акустической системы (г. е. повышения КПД) изменением постоянного тока через управляющую обмотку. Изменение резонансной длины волноводно-излучающей системы происходит за счет изменения скорости раснространения звуковых волн в феррожидкости.

Формула изобретения

1.Устройство для возбуждения ультразвуковых колебаний, содержащее высокочастотный генератор, ультразвуковой преобразователь, соединенный с выходом высокочастотного генератора, волновод-излучатель, механически соединенный с ультразвуковым преобразователем, и согласующий блок, отличающееся тем, что, с

целью иовышения стабильности работы за счет расширения диапазона регулировки добротности колебательной системы, волновод-излучатель выполнен полым из параили диамагиитного материала и заполнен

ферромагнитной жидкостью, а согласующий блок выполнен в виде управляющей обмотки, расположенной со стороны внешней поверхности волновода-излучателя, и источника управляющего напрял ения, соедипенного с управляющей обмоткой.

2.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что источиик управляющего наиояжения выполнен в виде усилителя постоянного тока, схемы сравнения, а также датчика механических колебаний волновода-излучателя и источника номинальной добротности, подключенных ко входам схемы сравнения, выход кото-рой подключен ко

входу источника постоянного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Гершгал Д. А. и Фридман В. М. Ультразвуковая аппаратура, Госэнергоиздат, М.-Л., 1961, 176.

2. Волков С. С. и др. Сварка пластмасс ультразвуком, изд-во «Химия, М., .1974, 210 (прототип).