Ультразвуковой генератор
1. УЛЬТР ВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилительограничитель , фазовый детектор, усилитель постоянного тока и управляемый ограничитель, выход которого соединен с входом перестройки частоты управляемого генератора, а управляювщй вход - с выходом фильтра нижних частот, а также двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходом управляемого генератора и BTOpijiM входом фазового детектора, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения времени восстановления режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя, между выходом двухпорогового дискриминатора и входом сигнала запрета управляемого генератора введены последовательно соединенные первый блок задержки и формирователь импульсов, между дополнительным выходом управляемого генератора и управляющим входом формирователя импульсов введен второй блок задержки,- между выходом усилителя постоянного тока и входом фильтра нижних частот введен управляемый ключ, управлякиций вход которого соединен с выходом двухпорогового дискриминатора, при этом вход фильтра нижних частот соединен также с выходом введенного источни- . ка поискового сигнала, а выход первого блока задержки соединен с вхо (Л дом управления длительностью выходного сигнала управляемогогенератора. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что управляемьш генератор выполнен ввиде последовательно соединенных частотного модулятора, модулируемого генератбра, регулятора мощности, аналогового ключа , управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, и усилителя мощности, выход которого является выходом управляемого генератора, при этом вход частотного модулйтора является входом перестройки частоты, первый и второй входы реле соответственно входом сигнала запрета и входо) управления дпительностью , выходного сигнала управляемого гене- i ратора, а выход реле времени - дополнительным выходом управляемого генератора .
, СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1102465 (51)4 Н 03 Ь 7 00
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3541950/18-09 (22) 11.01.83 (46) 30.01.87. Бюл. У 4 (72) А.А.Козич (53) 621.373.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 213114, кл. Н 03 1 7/00, 1966.
Авторскбе свидетельство СССР
У 896760, кл. Н 03 L 7/00, 1979. (54)(57) 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электро" акустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилительограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и управляемый ограничитель, выход которого соединен с входом перестройки частоты управляемого генератора, а управляющий вход - с выходом фильтра нижних частот, а также двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходом управляемого генератора и вторьм входом фазового детектора, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью уменьшения времени восстановления режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя, между выходом двухпорогового дискриминатора и входом сигнала запрета управляемого генератора введены последовательно соединенные первый блок задержки и формирователь импульсов, между дополнительным выходом управляемого генератора и управляющим входом формирователя импульсов введен второй блок задержки, между выходом усилителя постоянного тока и входом фильтра нижних частот введен управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом двухпорогового дискриминатора, при этом вход фильтра нижних частот соединен также с выходом введенного источни- . ка поискового сигнала, а выход первого блока задержки соединен с вхо- Е дом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора.
2. Генератор по п. 1, о т л и — С ч а ю шийся тем, что управляемый генератор выполнен в виде после- р
Q довательно соединенных частотного модулятора, модулируемого генератора, регулятора мощности, аналогового клю- ча, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, и усилителя мощности, выход которого является выходом управляемого генератора, © при этом вход частотного модулятора Ю является входом перестройки частоты, первый и второй входы реле временисоответственно входом сигнала запрета и входом управления длительностью выходного сигнала управляемого -гене- фЛ ратора, а выход реле времени - дополнительным выходом управляемого генератора.
1 11024
Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть применено в ультразвуковых технологичес- ких установках, например в установках для микросварки и микропайки. 5
Известен ультразвуковой генератор с фазовой автоподстройкой частоты, содержащий задающий генератор, усили-тель мощности, импедансный мост, в одно из плеч которого включен элект- 10 роакустический преобразователь, два усилителя-ограничителя, фазовращатель, фазовый детектор, блок управления частотой и усилитель постоянного тока. 15
Однако известный ультразвуковой генератор имеет низкий коэффициент полезного действия, обусловленный включением электроакустического преобразователя в импедансный мост, и низкую устойчивость работы на заданной частоте резонанса электроакустического преобразователя.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, пос- З0 ледовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилитель-ограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного 35 тока и управляемый ограничитель, выход которого соединен с входом пе-: рестройки частоты управляемого генератора, а управлякиций вход — с выходом фильтра нижних частот, а также 40 двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходом управляемого генератора и вторым вхо- 45 дом фазового детектора, при этом вход фильтра нижних частот соединен с выходом усилителя постоянного то ка, а выход двухпорогового дискриминатора соединен с управляемым гене- 59 ратором.
Однако в данном известном ультразвуковом генераторе при увеличении устойчивости работы системы автоподстройки на заданной частоте 55 резонанса электроакустического преобразователя, в случае если сигнал помехи превышает время "памяти" фильтра нижних частот, генерация на частоте резонанса прекращается.
После этого генерация на частоте резонанса электроакустического преобразователя автоматически восстановиться не может, и для ее восстановления требуется значительное время.
Цель изобретения — уменьшение времени восстановления режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя.
Для этого в ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выхопом датчика механических колебаний, первый усилитель-ограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и управляемый ограничитель, выход ко-. торого соединен с входом перестройки частоты управляемого генератора, а управляющий вход — с выходом, фильтра нижних частот, а также двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходом управляемого генератора и вторым входом фазового детектора, между выходом двухпорогового дискриминатора и входом сигнала запрета управляемого генератора введены последовательно соединенные первый блок задержки и формирователь импульсов, между дополнительным выходом управляемого генератора и управляющим входом формирователя импульсов введен второй блок задержки, между выходом усилителя постоянного тока и входом фильтра нижних частот введенуправляемый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом двухпорогового дискриминатора, при этом вход фильтра нижних частот соединен также с выходом введенного источника поискового сигнала, а выход первого блока задержки соединен с входом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора, при этом управляемый генератор выполнен в виде последовательно соединенных частотного модулятора, модулируемого генератора, регулятора мощности, аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, и усилителя мощ1102465 4 первый и второй входы реле времени— соответственно входом сигнала запрета и входом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора, а выход реле времени — допол10
15 нительным выходом управляемого генератора, На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного ультраавукового генератора, на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы.
Ультразвуковой генератор содержит управляемый генератор 1, электроакустический преобразователь 2, датчик 3 механических колебаний, фазовращатель
4, первый усилитель-ограничитель 5, фазовый детектор 6, усилитель 7 постоянного тока (УПТ). управляемый or20 раничитель 8, фильтр 9 нижних частот, второй усилитель-ограничитель 10, индикатор 11 резонанса, двухпороговый дискриминатор 12, первый блок 13 задержки, управляемый ключ 14, источник 15 поискового сигнала, второй блок 16 задержки, формирователь 17 импульсов, при этом управляемый генера-30 тор 1 содержит частотный модулятор
18, модулируемый генератор 19, регулятор 20 мощности, аналоговый ключ
21, усилитель 22 мощности, реле 23 времени.
На фиг. 2,а показана фазочастотная характеристика электроакустического преобразователя 2 с датчиком 3 механических колебаний (кривая I) характер изменения напряжения на вы35
40 ходе усилителя постоянного тока (кривая II) на фиг. 2, б — характер изменения частоты несущей при восстановлении режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя, на фиг. 3, а — на выходе управляемого генератора 1 (U ); на фиг. 3, б — на выходе датчика 3 механических колебаний, на фиг.3,в— на выходе двухпорогового дискримина- 50 тора 12 (U ); на фиг. 3. г — на выходе первого блока 13 задержки (U, ); на фиг. 3, д — на выходе формирователя 17 импульсов (U ).
Ультразвуковой генератор работает
55 следующим образом.
При настройке ультразвукового генератора разрывают цепи обратной свя"зи в точках "А" и "Б" (фиг. 1) и ности, выход которого является выходом управляемого генератора, при этом вход частотного модулятора является входом перестройки частоты-, вручную, изменяя частоту модулируемого генератора 19, по максимальным показаниям индикатора 11 резонанса управляемый генератор l настраивают в резонанс с электроакустическим преобразователем 2. Посредством фазовращателя 4 получают сигнал "захват" на выходе двухпорогового диск Ф риминатора 12 (низкий .уровень на фиг. З,в). Замыкают разорванные цепи и фазовращателем 4 корректируют показания индикатора 11 резонанса до максимума.
Ультразвуковой генератор находится в режиме удержания частоты резонанса и готов к работе.
В исходном состоянии с выхода управляемого генератора 1 на вход электроакустического преобразователя 2 и второго усилителя-ограничителя 10 поступает сигнал с амплитудой, достаточной для автоподстройки частоты несущей управляемого генератора 1 на резонансную частоту электроакустического преобразователя 2 (фиг. 3, а — интервал времени (О, t,). С выхода датчика 3 механических колебаний снимается сигнал обратной связи (фиг. 3, б — интервал времени (О, t Д), который поступает
;на вход индикатора 11 и через фазовращатель 4 и первый усилитель-ограничитель 5 — на вход фазового детектора 6, на второй вход которого через второй усилитель-ограничитель 10 поступает напряжение с входа электроакустического преобразователя 2. Фазовый детектор 6 вырабатывает напряжение, пропорциональное сдвигу фаз между напряжениями, поступающими на его входы. Сигнал фазового детектора 6 усиливается
УПТ 7 и с его выхода через открытый сигналом с выхода двухпорогового дискриминатора 12, управляемый ключ
14 и фильтр 9 нижних частот — на управляющий вход управляемого ограничителя 8, на второй вход последнего поступает сигнал с выхода УПТ 7.
Сигнал с выхода управляемого ограничителя 8 поступает на вход перестройки частоты несущей управляемого генератора 1, поддерживая ее равной частоте резонанса электроакустического преобразователя 2. С дополнительного выхода управляемого гене- . ратора 1 через второй блок 16 на управляющий вход формирователя 17
1102465 6 импульса поступает сигнал, запрещающий прохождение напряжения с выхода первого блока 13 на вход сигнала запрета управляемого генератора 1 для установки его в исходное состоя ние. Высокоомный выход источника 15 поискового сигнала шунтируется через открытый управляемый ключ 14 низкоомным выходом усилителя 7 постоянного тока, вследствие чего -поисковый сигнал не оказывает влияния на режим удержания частоты резонанса.
При поступлении команды на формирование радиоимпульса-сварку (t фиг. 3) напряжение U на выходе управляемого генератора 1 возрастает до установленного оператором значения (фиг. 3, а It, t>)),-соответственно возрастает и сигнал U с выхода датчика 3 механических колебаний (фиг. 3, б 1 Г, ) ). На дополнительном выходе управляемого генератора
1 появляется сигнал, но поскольку система автоподстройки отрабатывает все изменения частоты резонанса электроакустического преобразователя
2, никаких сигналов на вход сигнала запрета и вход управления длительности выходного сигнала управляемого генератора 1 не поступает, и в момент времени t через промежуток (t<, tz) установленный оператором радиоимпульс (сварка) оканчивается, и ультразвуковой генератор приходит в исходное состояние, посылая в сварочную машину сигнал об окончании сварки. Если в результате действия помехи генерация на частоте резонанса электроакустического преобразователя 2 прекращается (t, фиг. 3) . то на выходе двухпорогового дискриминатора 12 появляется сигнал U закрывающий управляемый ключ 14 (фиг. 3, в) момент времени с . Напряжение поискового сигнала, поступающего с выхода источника 15 поискового сигнала на вход фильтра 9 нижних частот, резко возрастает, и ультразвуковой генератор переходит в режим восстановления генерации в частоте резонанса электроакустичес кого преобразователя 2. При этом под действием источника 15 поискового сигнала, в качестве которого можно взять генератор сигнала треугольной, сйнусоидальной или пилообразной формы с периодом T значительно большим постоянной времени фильтра 9 нижних частот,. Т », частота несу10 щей управляемого генератора 1 начнет изменяться (фиг. 2, б). Однако вследствие связи усилителя 7 постоянного тока через управляемый ограничитель
8 с входом перестройки частоты несущей управляемого генератора 1 скорость изменения последней модулируется. На участках Π— t>, t> — Сз, когда усилитель 7 постоянного тока, находится в состоянии насыщения (фиг. 2, кривая II), эта скорость регламентирована,скоростью изменения напряжения на выходе источника 15 поискового сигнала (фиг. 2, б) . На
15 участке С вЂ” tq, когда частота неdU сущей находится в зоне — о О где
У происходит изменение напряжения на выходе усилителя 7 постоянного тоZp ка (фиг. 2), скорость изменения частоты максимальна. На участке — t установления синхронизма эта скорость минимальна. Такая модуляция скорости изменения частоты
25 значительно увеличивает вероятность захвата частоты резонанса электроакустического преобразователя 2.
Когда частота несущей станет равной резонансной.частоте электроакус30 тического преобразователя 2, срабатывает двухпороговый дискриминатор
12, и ультразвуковой генератор переходит в режим удержания (фиг.3, б, tg) е
В момент времени С по окончании перехода ультразвукового генератора в режим восстановления генерации на частоте резонанса через время задержки первого блока 13 задержки .10 (й — г, фиг. 3) с его выхода на вход управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора 1 поступает модулирующий сигнал
U,ъ (фиг. 3, r, tq), поэтому, если
45 до прихода очередной команды на сварку-формирование радиоимпульса (t, фиг. 3), генерация на частоте резонанса не восстановлена, длительность радиоимпульса автоматически увеличивается на время t> — t, необходимое для восстановления генерации (фиг. 3, а, б, в, (t, )).
Это необходимо, так как в интервале (tz, с ) амплитуда колебаний инструмента мала и процесс сварки не идет.
По восстановлении генерации на частоте резонанса (t, фиг. 3) управляемый генератор 1 отрабатывает.
1102465 8 ратор 1 приходит в исходное состояние, но сигнал об окончании радиоимпульса (процесса сварки) не Выдает, и сварочная. машина останавливается . 5 на позиции сварки, сигнализируя неисправности. установленную оператором длительность радиоимпульса tg — ty и выдает в сварочную машину сигнал об окончании процесса сварки.
Если же до прихода команды на сварку (t, фиг. 3) генерация не восстановлена и не может восстановиться за время t — t задержки второго блока 16 задержки, то сигнал с его выхода, поступакяцнй на управляющий вход формирователя 17 импульсов, разрешает прохождение сигнала с информационного входа формирователя 17, а на его:,выход и далее ,на вход сигнала запрета управляемо го генератора 1 в исходное состояние (фиг. 3, д, tgo ), управляемый генеВ предложенном ультразвуковом генераторе производится автоматическое
10, восстановление режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя, что значительно сокращает время восстановления по сравнению с прототипом и в конеч15 ном итоге позволяет увеличить производительность и надежность функционирования сварочных машин.
1102465
РUp мсн уЯрмадлеиой конл.
4 4 йуtÔ и
Фиа2
tg 4 З Ь4 47 Техред И.Попович Корректор С.Шекмар Редактор Т.Янова Тираж 899 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 7742/1 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
