Способ подстройки частоты источника питания магнитострикционного электроакустического преобразователя

 

Использование: область ультразвуковой техники. Сущность изобретения: измеряют входной ток преобразователя при его непрерывной работе, при этом измеряют дополнительно электродвижущую силу в измерительной обмотке этого преобразователя , выбирают сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний преобразователя, используя в качестве него результат деления величины входного тока преобразователя на величину электродвижующей силы в измерительной обмотке преобразователя, измеряют частоту источника питания до достижения максимума этого сигнала. 1 ил., 6 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 06 В 1/08

ГОСУДАРСТВЕ ННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4872807/10 (22) 08.10,90 (46) 07.09.92. Бюл, ¹ 33

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (71) Кировское электромашиностроительное производственное объединение им.

Лепсе (72) П. Б. Вохмянин и С. А, Ситников (56) АС 1486189, кл. B 06 В 1/00, 1987.

АС 1500388, кл. В 06 В 1/00, 1989. (54) СПОСОБ ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОН НОГО ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для автоподстройки частоты в системах с магнитострикционными электроакустическими преобразователями, Известен способ автоподстройки частоты источника питания нагруженного на электроакустический преобразователь, заключающийся в сравнении фаз сигнала, снимаемого с датчика механических колебаний преобразователя и напряжения питания преобразователя, и воздействии сигналом рассогласования, пропорциональным разности фаз, на задающий генератор.

Недостатком данного способа является необходимость установки на электроакустический преобразователь специального датчика колебаний, что усложняет конструкцию, При этом датчики резонансного типа имеют собственную резонансную частоту, отличную от резонансной частоты преобразователя, что вносит погрешность.

„„Я „„1759481 А1 (57) Использование: область ультразвуковой техники. Сущность изобретения: измеряют входной ток преобразователя при его непрерывной работе, при этом измеряют дополнительно электродвижущую силу в измерительной обмотке этого преобразователя, выбирают сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний преобразователя, используя в качестве него результат деления величины входного тока преобразователя на величину электродвижующей силы в измерительной обмотке преобразователя, измеряют частоту источника питания до достижения максимума этого сигнала. 1 ил., 6 табл, Я

Известен также способ автоподстройки частоты, заключающийся в выделении сигнала, пропорционального механическим колебаниям преобразователя с помощью трансформатора с компенсационной обмоткой и компенсирующего элемента, сравнении фазы этого сигнала с фазой напряжения, питающего преобразователя, и воздействии сигналом рассогласования, пропорциональным разности фаз на задающий генератор источника питания, Недостатком этого способа является невысокая точность, объясняемая следующими причинами: во-первых, электрическиЕ параметры магнитострикционного прес|бразователя имеют нелинейную зависимость как по величине питающего напряжения, так и по его частоте, и поэтому компенсирующий элемент, выполненный в виде двухполюсника, не может точно компенсировать электрические параметры преобразователя при изменении частоты и питающего напряжения;

1759481 во-вторых, изменение гемпературы электроакустического преобразователя также приводит к изменению его электрических параметров, что ведет к возникновению погрешности автоподстойки частоты.

Наиболее близким по технической сущ.;, . к предлагаемому является способ ав:оl:сдсгройки частоты, при котором иэ ..еряют пропорциональный колебе-.ельня у смещению сигнал тока свободных загухающих колебаний электроакустического преобразователя при закорачивании его входа и поэтому сигналу используя экстремал ьн ы и регулятор перестраивают частоту источника питания.

Недостатками этого способа являются: уменьшение амплитуды механических колебаний при закорачивании входа элект, .акустического преобразователя приво:„. т к нарушению стабильности ологического процесса, особенно при

:.тельной акустической нагрузке,. на:: . -..р при электроискровом легировании, :-итываются каждое колебание; .-.и эеделение резонансной частоты ос- ...:а на представлении электроакустиче; о и реобразователя в виде эквивалентной схемы, но в реальных условиях частота механического резонанса не совпадает с частотой электрического резонанса в контуре обмотки магнитостриктора, 1 максимум тока находится на частоте нес .олько отличной от резонансной, что при сдит к снижению точности автоподстройки оты, ;;;.be изобретения является повыше,,ие точности подстройки частоты при непре )blBHoA работе магнитострикционного электроакустического преобразователя, Поставленная цель достигается тем, что при непрерывной работе преобразователя в качестве сигнала, пропорционального амплитуде колебаний преобразователя, используют результат деления сигнала входного тока преобразователя на сигнал электродвижущей силы измерительной обмотки преобразователя.

Способ основан на том, что амплитуда механических колебаний преобразователя на резонансной частоте максимальна; внутренние напряжения в материале магнитостриктора прямопропорциональны амплитуде механических колебаний. Магнитная проницаемость материала магнитостриктора обратно пропорциональна внутренним напряжениям в материале магнитостриктора. Таким образом, величина. обратно пропорциональная магнитной проницаемости, прямопропорциональна амплитуде механических колебаний и имеет максимальное значение на чаСтоте механического резонанса преобразователя.

Электродвижущую силу, наводимую в

5 измерительной обмотке, можно определить по формуле

E2 = 4,44 - f W2 Ф, где E2 — электродвижущая сила измерительной обмотки;

10 f — частота источника питания;

W2 — число витков измерительной обмотки

Ф вЂ” магнитный поток в материале магнитостриктора.

15 После несложных преобразований, известных из электротехники, получим:

Е2=4,44 f. W2 . Wj l1 èa, S где S — площадь сечения магнитостриктора;

20 E — длина средней магнитной линии в магнитострикторе;

W< — число витков силовой обмотки магнитостриктора;

I< — ток на входе преобразователя;

25,иа — абсолютная магнитная проницаемость.

Отсю а д

Ег Р

4,44 f W2 S М/1 !1

30 но, учитывая, что нас интересует не абсолютное значение абсолютной магнитной проницаемости, а характер ее изменения, то для упрощения технической реализации все постоянные величины и частоту из-за

35 малости ее изменения приравняем к единице, тогда

Е2

Pa = а величина, пропорциональная амплитуде

40 механических колебаний преобразователя, будет

М)= — =- k, l>

Е2 где — амплитуда механических колебаний.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

B табл. 1 приведены значения сигналов измеряемых величин при изменении частоты источника питания; в табл. 2 — 6 показано влияние внешних факторов на резонансную частоту п реобразователя и точность определения этой частоты по предлагаемому способу.

Устройство, реализующее данный способ, сэдержит источник 1 питания, датчик 2 тока, измерительную обмотку 3, магнитострикционный преобразователь 4, амплитудный детектор 5 тока, амплитудный

1759481 детектор 6 электродвижущей силы, устройство 7 деления, ключ 8, элемент 9 памяти, экстремальный регулятор 10, генератор 11 импульсов.

Способ осуществляют следующим образом, Источник 1 питания подключен к входу преобразователя 4, генератор 11 импульсов обеспечивает срабатывание ключа 8, осуществляющего выделение сигнала. Входной ток электроакустического преобразователя измеряется датчиком 2 тока и поступает на вход амплитудного детектора 5. При работе электроакустического преобразователя в измерительной обмотке 3 наводится электродвижущая сила и поступает на вход амплитудного детектора 6, С выходов амплитудных детекторов сигналы тока и электродвижущей,силы поступают на входы устройства 7 деления, причем сигнал тока поступает на вход делимого, а сигнал электродвижущей силы поступает на вход делителя. На входе устройства 7 деления получаем сигнал, пропорциональный амплитуде механических колебаний. При замыкании ключа 8 сигнал; пропорциональный амплитуде механических колебаний, поступает на элемент 9 памяти и запоминается.

Выход элемента 9 памяти подключен к входу экстремального регулятора 10, который изменяет частоту источника 1 питания таким образом, чтобы она соответствовала максимуму его входного сигнала, т.е. максимуму амплитуды механических колебаний, В табл, 1 приведены значения сигналов входного тока!, электродвижущей силы измерительной обмотки Ez, функции, пропорциональной амплитуде механических колебаний Г®, амплитуды механических колебаний и расчетные значения функции

D(Q>, в диапазоне частот, прилегающих к резонансной частоте преобразователя. Измерения проводили на устройстве, собранном согласно структурной схемы, представленной на чертеже. Результаты испытаний устройства, реализующего предлагаемый способ, приведены в табл. 2 — 6, При проведении испытаний проводили одновременный замер значения F(Q и амплитуды механических колебаний преобразователя. Амплитуду механических колебаний замеряли прибором типа УБВ-2, В табл. 2 показано влияние температуры волновода-инструмента на резонансную частоту преобразователя и точность определения этой частоты по предлагаемому способу.

В табл. 3 показано влияние напряжения питания преобразователя на его резонанс5

20 ничивания = 5,5 А и U питания = 150 В и

55 ную частоту и точность определения этой частоты по предлагаемому способу, В табл, 4 показано влияние изменения длины волновода-инструмента на резонансную частоту преобразователя и точность определения этой частоты по предлагаемому способу.

В табл, 5 показано влияние на резонансную частоту преобразователя усилия прижатия волновода-инструмента к обрабатываемой поверхности и точность определения этой частоты по предлагаемому способу, В табл, 6 показано влияние изменения тока подмагничивания на резонансную частоту преобразователя и точность определения этой частоты по предлагаемому способу.

Измерения проводились при подмагтемпературе волновода = 293 К, при этом f резонансная = 22185 Гц.

При всех измерениях базовым являлся режим:

1подм. = 5,5 А

0пйт. = 150 В

T=293 К

Длина волновода постоянна.

Резонансная частота определялась по максимуму функции F(Q и по максимуму амплитуды механических колебаний (.

Положительный эффект заявляемого способа заключается в осуществлении более точной автоподстройки частоты источника питания под резонансную для любого преобразователя, так как на определение значений резонансной частоты не влияют параметры электрической стороны электроакустического преобразователя, которые изменяются в процессе работы в зависимости от температуры, питающего напряжения, частоты, длины ультразвукового инструмента, усилия прижатия и при этом источник питания работает в номинальном режиме.

Формула изобретения

Способ подстройки частоты источника питания магнитострикционного электроакустического преобразователя, заключающийся в измерении входного тока преобразователя, выборе сигнала, пропорционального амплитуде колебаний преобразователя, и изменении частоты источника питания до достижения максимума сигнала, пропорционального амплитуде колебаний преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности подстройки частоты, входной ток преобразователя измеряют при непрерывной работе преоб1759481 преобразователя, используют результат деления величины тока преобразователя на величину электродвижущей силы в измерительной обмотке преобразователя. разователя, одновременно дополнительно измеряют электродвижущую силу в его измерительной обмотке, а в качестве сигнала, пропорционального амплитуде колебаний

Т аблица

Г Гц асчетное

* — экстремумы функций; все величины сигналов выражены в вольтах и являются относительными, они показывают характер изменения функций в окрестностях резонансной частоты;

1 ! (1 (1 ! ! ! !

22300

0,106

0,109

0,115

0,121

0,130

0,144

0,168

0,182

0,210

0,242

0,284

0,315

0,365

0,410

0,460

0,535

0,590

0,628

0,640

0,648"

0,638

0,620

0,603

0,580

0,560

0,540

0,527

0,508

0,494

0,479

0,469

0,457

0,094

0,097

0,100

0,103

0,107

0,110

0,116

0,120

0,125

0,130

0,136

0,140

0,145

0,149

0,153

0,159

0,162

0,164

0,165

0,166*

0,165

0,164

0,162

0,160

0,155

0,152

0,148

0,142

0,138

0,133

0,130

0,125

0,170

0,172

0,174

0,178

0,183

0,195

0,210

0,224

0,248

0,281

0,323

0,360

0,410

0,462

0,529

0,620

0,688

0,767

0,815

0,840

0,683

0,899

0,947

0,978

0,992

1,010

1,022

1,026

1,027*

1,019

1,015

1,011

0,940

0,930

0,918

0,908

0,893

0,878

0,855

0,830

0,814

0,781

0,753

0,725

0,685

0,648

0,600

0,548

0,520

0,504*

0,509

0,516

0,533

0,576

0,624

0,680

0,720

0,772

0,803

0,844

0,889

0,915

0,936

0,970

0,181

0,185

0,189

0,196

0,204

0,222

0,245

0,269

0,304

0,359

0,431

0,496

0,609

0,712

0,868

1,149

1,323

1,515

1,601

1,627*

1,619

1,560

1,517

1,438

1,391

1,308

1,272

1,215

1,155

1,113

1,084

1,042

1759481

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

1759481

Составитель П. Вохмянин

Р-: дактор А. Никольская Техред М.Моргентал Корректор Н. Слободяник

Заказ 3136 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул,Гагарина, 101