Устройство для получения механических колебаний ультразвуковой частоты

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике. Цель изобретения повышение КГЩ устройства. Устройство содержит-задающий генератор 1, элементы И 2, 3 и 4, усилитель 5 мощности , электромеханический преобразователь 6, счетчики 7,8 импульсов,триггер 9, ограничитель 10, делитель 11 частоты, интеграторы 12 и 16, схемы 13 и 17 сравнения, управляемый ключ 15 и выпрямитель 17. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяют стабилизировать амплитуды механических колебаний, что дает возможность оптимизировать процесс получения колебаний не только по частюте, но и по уровню возбуждения. Это достигается путем выделения из кривой ЭДС свободных колебаний сигнала рассогласования , пропорционального амплитуде вынужденных колебаний электромеханического преобразователя 6, и воздействия этим сигналом на действующее значение выходного напряжения усилителя 5 мощности в промежутках между паузами. 2 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

È9) (11) (51) 4 В 06 В 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4021950/24-10 (22) 30.01.86 (46) 07.07,87. Бюл. № .25 (71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) А.В.Старцев, Ш.Б.Вагапов, А.П.Галушко, В.В.Карташев, P.Н.Киямов, A.Â.Áoãäàøåâñêèé и В.А.Поляков (53) 534.232 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 676332, кл. В 06 В 1/08, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N - 993436, кл. В 03 В 5/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N - 1049120, кл, В 06 В 1/08, 1983 °

Авторское свидетельство СССР № 896760, кл. Н 03 Н 7/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 817931, кл, Н 02 М 7/505, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХА-

НИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к ультразвуковой технике. Цель изобретения— повышение КПД устройства. Устройство содержит ° задающий генератор 1, элементы И 2, 3 и 4, усилитель 5 мощнос ти, электромеханический преобразователь 6, счетчики 7,8 импульсов,триггер 9, ограничитель 10, делитель 11 частоты, интеграторы 12 и 16, схемы

13 и 17 сравнения, управляемый ключ

15 и выпрямитель 17. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяют стабилизировать амплитуды механических колебаний, что дает возможносT ü оптимизировать процесс получения колебаний не только по частоте, но и по уровню возбуждения. Это достигается путем выделения из кривой

ЭДС свободных колебаний сигнала рассогласования, пропорционального амплитуде вынужденных колебаний электромеханического преобразователя 6, и воздействия этим сигналом на действующее значение выходного напряжения усилителя 5 мощности в промежутках между паузами. 2 ил.

1321482

Изобретение относится к. ультразвуковой технике и может быть исполь.зовано в различных отраслях народного хозяйства, использующих технологические процессы с применением ульт- 5 р азвука.

Целью изобретения является повышение КПД устройства за счет стабилизации амплитуды механических колебаний. 10

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие era работу.

Устройство содержит задающий генератор 1 элементы И 2-4, усилитель

5 мощности, электромеханический преобразователь 6, счетчики 7 и 8 импульсов, триггер 9, ограничитель 10, делитель 11 частоты, первый интегра- 0 тор 12, первую- схему 13 сравнения, выпрямитель 14, управляемый ключ 15, второй интегратор 16, вторую схему

17 сравнения.

Выход задающего генератора 1 соединен с первыми входами логических элементов И 2 и 3, выход элемента 2 соединен с входом усилителя мощности

5 и с входом счетчика 7 импульсов, выход которого подключен к первому 30 входу триггера 9, выход логического нуля триггера 9 соединен с вторыми входами элементов И 3 и 4, выход логической единицы триггера 9 подключен к второму входу элемента И 2, выход элемента И 3 соединен с входом счетчика 8 импульсов, выход которого соединен с вторым входом триггера 9 и с управляющим входом делителя 11 частоты, выход делителя 11 частоты через интегратор 12 подключен к пер. вому входу устройства 13 сравнения, на второй вход которого подано напряжение установки Б„„, выход устройства 13 сравнения соединен с входом задающего генератора 1, выход усилителя 5 мощности соединен с входом электромеханического преобразователя

6 и через ограничитель 10 напряжения соединен с первым входом элемента И

4, выход которого подключен к входу делителя 11 частоты, вход выпрямителя 14 подключен к выходу усилителя 5 мощности, а выход выпрямителя 14 сое.— динен с входом управляемого ключа 15, - управляющий вход которого соединен с выходом логического нуля триггера 9, а выход ключа 15 подключен через интегратор 16 к первому входу схемы 17 сравнения, на второй вход которой подано напряжение установки амплитуды колебаний, выход схемы 17 сравнения соединен с управляющим входом усилителя 5 мощности.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы (фиг.2a), которые поступают через элемент И 2 на основной вход усилителя 5 мощности.

После усиления и выделения основной гармоники с выхода усилителя 5 напряжение поступает на вход электромеханического преобразователя 6.

Сигнал, поступающий с выхода " 1" триггера 9 на второй вход элемента

И 2, обеспечивает периодическое прерывание поступления импульсов от задающего генератора 1 на вход усилителя 5 мощности, в результате чего на выходном напряжении усилителя формируется пауза длительностью в несколько периодов (5-10) основной частоты.

Формирование длительностей работы и паузы усилителя 5 осуществляется путем отсчета заданного количества импульсов счетчиками 7 и 8 соответственно. Счетчик 7, отсчитав заданное количество импульсов (50-100), прошедших на вход усилителя 5, формирует, на выходе импульс (фиг.28), который переключает триггер 9 в состояние„ при котором на выходе "1" триггера появляется уровень логического

"0" (фиг.2 z). Этот сигнал, поступая на второй вход элемента И 2, прекращает прохождение импульсов на вход усилителя 5. Одновременно с этим на выходе "0" триггера 9 появляется уровень логической "1" (фиг.2 ), разрешающий прохождение импульсов от генератора 1 на вход счетчика 8. Счетчик

8, отсчитав заданное количество импульсов (5-10), формирует на своем выходе импульс (фиг.2 5), переключающий триггер 9 в исходное состояние, при котором разрешается прохождение импульсов на вход усилителя 5, а также устанавливает счетчик 11 в исходное состояние.

Во время паузы в работе усилителя

5 на его выходных зажимах, связанных с входными зажимами электромеханического преобразователя 6, действует

ЭДС, вызванная его свободными затухающими колебаниями„ Причина возник1321482 новения ЭДС определяется в зависимости от типа преобразователя обратным магнитострикционным или прямым пьезоэлектрическим эффектами.При этом период действующей во время паузы ЗДС определяет частоту собственных колебаний (частоту механического резонанса) электромеханического преобразователя, а амплитуда ЭДС затухающих колебаний однозначно связана с амплитудой его вынужденных колебаний, предшествующих введению паузы.

Стабилизация амплитуды механичес ких колебаний преобразователя 6 осуществляется путем выделения из кривой ЗДС свободных колебаний сигнала рассогласования Б, пропорционального амплитуде вынужденных колебаний преобразователя, и воздействия

45 этим сигналом на деиствующее значение выходного напряжения усилителя 5 мощности в промежутках между паузами.

С этой целью выходное напряжение усилителя 5 (фиг.2e) подается через выпрямитель 14 и управляемый ключ 15 на вход интегратора t6. При введении

50 паузы на выходе "0" триггера, связанном с управляющим входом ключа 15, появляется сигнал логической "1", ко-55 торый замыкает ключ 15. Форма сигнала на входе интегратора показана на фиг,2к. На выходе интегратора напряжение близко к постоянному (фиг.2p), Автоподстройка частоты задающего генератора 1 к частоте механического резонанса преобразователя 6 осуществляется путем формирования во время паузы импульса, длительность которого равна длительности целого количества периодов ЭДС свободных колеба-20 ний. С этой целью напряжение с выхода усилителя 5 подается через ограничитель 10 амплитуды и элемент И 4 на основной вход делителя частоты 11. В момент введения паузы на выходе триг-25 гера "0 появляется сигнал логической "1", разрешающий прохождение сигнала через элемент И 4 на вход делителя 11, который формирует на своем выходе импульс (фиг.2u), равный длительности нескольких периодов сигнала, прошедшего с выхода элемента И

4. Выделение сигнала рассогласования необходимого для управления частотой задающего генератора 1,осуществляется интегратором 12 и устройством 13 сравнения. а его среднее значение определяется выражением т

U — U dt бар т о где U,„ H U, — выходные напряжения элементов 15 и 16;

Т вЂ” период введения пауз.

В устройстве 17 сравнения происходит алгебраическое вычитание напряжения U, из напряжения установки U,, в результате получается напряжение рассогласования U»« Это напряжение подается на управление действующим значением выходного напряжения усилителя 5. Поскольку в устройстве 17 сравнения напряжение

016 Вычитается из напряжения 139, то обратная связь будет отрицательной. Это означает, что с увеличением сигнала U, пропорционального амплитуде механических колебаний, значение U, уменьшается, что вызывает снижение выходного напряжения усилителя 5 и, следовательно, аплитуды колебаний, т.е. осуществляется стабилизация амплитуды механических колебаний.

В качестве усилителя 5 мощности в подобных устройствах используется обычно автономный инвертор на тиристорах или транзисторах в режиме переключения. Регулирование действующего значения выходного напряжения усилителя может осуществляться одним из следующих способов: изменением напряжения питания усилителя или изменением ширины выходных импульсов (широтно †импульсн регулирование).

При этом напряжение рассогласования

U д„ воздействует через встроенную в усилитель систему управления на регулируемый параметр.

Введение в устройство канала стабилизации амплитуды механических колебаний позволяет простыми и удобными средствами оптимизировать процесс получения колебаний не только по частоте, но также и по уровню возбуждения. В тех случаях, когда по условиям технологического процесса не требуется максимально возможная а счлитуда колебаний эчектромеханического преобразователя, автоматическое снижение уровня (выходного напряжения усилителя} до значения, обеспечивающего требуемую амплитуду колебаний, позволяет избежать бесполезной поте1323482 ри мощности, т.е, повысить.КПД устройства, достигнуть высокого качества обработки, а также повысить долговечность инструмента, в состав которого входит электромеханический преобразователь.

Формулаизобретения

Устройство для получения механических колебаний ультразвуковой частоты, содержащее электромеханический преобразователь, усилитель мощности, задающий генератор, первый, второй и третий элементы Й, первый и второй счетчики импульсов, триггер, делитель частоты, ограничитель, первый интегратор и первое устройство сравнения, причем выход задающего генератора соединен с первыми входами 20 первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с входом усилителя мощности и с входом счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу триггера, выход логического нуля триггера соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, выход логической -единицы триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом триггера и с управляющим входом делителя частоты, выход делителя частоты через интегратор подключен к первому входу устройства сравнения, к второму входу которого подведено напряжение установки, выход устройства сравнения соединен с входом задающего генератора, выход усилителя мощности соединен с входом электромеханического преобразователя и через ограничитель напряжения соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого подключен к входу делителя частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения КПД за счет стабилизации амплитуды механических колебаний, в него введены выпрямитель, управляемый ключ, второй интегратор

z» второе устройство сравнения, при этом усилитель мощности выполнен с дополнительным входом управления коэффициентом усиления, выход усилителя мощности соединен с его дополнительным входом управления через последовательно соединенные выпрямитель, управляемый ключ, второй интегратор и второе устройство сравнения, управляющий вход ключа соединен с выходом логического нуля триггера, а к второму входу второго устройства сравнения подключено напряжение установки амплитуды механических колебаний.

1321482

zt3

Составитель Е.Литвинов

Редактор А.Ворович Техред Л.Олейник Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2699/5 Тираж 437 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иеобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4