Способ возбуждения ультразвуковой колебательной системы

Союз Советскими Социалистических Республик(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт электроники АН Белорусской ССР(54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫИзобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для электрического возбуждения механических колебаний при ультразвуковой обработке материалов, в ультра звуковой сварке, дефектоскопии и т.п,Известны способы возбуждения акустических колебательных систем, используемых для ультразвуковой микросварки, заключающиеся в подаче на ульт О развуковой преобразователь электрического сигнала качающейся частоты)1.Недостатком данного способа является нестабильность выходной мощности колебательной системы из-за воз можного выхода резонансной частоты за пределы качания частоты. Наиболее близким Го технической сущности к изобретению является спо соб, включающий возбуждение колебательной системы высокочастотным электрическим колебанием на резонансной частоте, выделение сигнала обратной связи и автоматическую подстройку 25 частоты (21 .Недостатки известного способа малая стабильность выходных механических параметров из-за узкойполосы, в которой происходит подстрой 2ка частоты, и отсутствие стабилизации амплитуды колебаний.Цель изобретения - повышение стабильности выходных механических параметров колебательной системы эа счет расширения ее полосы пропускания.Это достигается тем, что по способу, включающему возбуждение колебательной системы высокочастотными электрическими колебаниями на резонансной частоте, колебательнУю систему одновременно возбуждают несколькими дополнительными низкочастотными электрическими колебаниями, имеющими отношение частот в виде натурального ряда, при этом минимальная частота Г 4 низкочастотных колебаний равна (1,2-1,5) Ь с 2, с (2-2,5) И, а амплитуды напряжений каждого последующего низкочастотного колебания связаны с амплитудой 04 на частоте Г 1 следующим соотношением где а Г - исходная полоса пропускания колебательной системы;5где Л Г - исходная полоса пропускания колебательной системы;Ои Г - соответственно амплитуда и частота Н-го низкочастотного колебания.Важным преимуществом предлагаемогоспособа возбуждения является практически неограниченная полоса пропускания при соответствующем количестве 55 низкочастотных источников, возможностьпростого управления неравномерностьюАЧХ. Еще одним чрезвычайно важным преимуществом является то, что при изменении собственной частоты преобраэо вателя и всей колебательной системыв целом форма АЧХ не изменяется, ався АЧХ смещается по оси частот беэизменения своей формы. Для получениянеобходимой ширины полосы пропускания из-за использования прямого и обратного каналов и несущей высокойчастоты количество источников низкойчастоты уменьшается вдвое. Для упрощения принципиальной схемы генераторнойчасти и выполнения ее в интегральномвыполнении низкие частоты получаютот 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 40 установках.Формула изобретенияСпособ возбуждения ультразвуковойколебательной системы, включающийвозбуждение ее высокочастотным элект рическим колебанием на резонанснойчастоте, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения стабильностивыходных механических параметров колебательной системы за счет расширения ее полосы пропускания, колебательную систему однозременно возбуждаютнесколькими дополнительными низкочастотными электрическими колебаниями,имеющими отношение частот в виде натурального ряда, при этом минимальнаячастота Г низкочастотных колебанийравна (1,2-1,5)л 1 14(2-2,5)ЬЯ, аамплитуды напряжений каждого последующего низкочастотного колебания связаны с амплитудой О на частоте 60 следующим соотношением 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 б имеет место эффект нелинейного смешивания низких и высокой частот с последующим резонансным детектированием резонансных, суммарных и высокой частоты. Такое явление обусловлено исключительно нелинейными акустическими колебаниями в электроакустическом преобразователе, имеющим достаточно большие значения упругих модулей третьего порядка. Чем больше значение этих модулей, тем выше акустическая нелинейность преобразователя 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,а), которая в полосе пропускания имеет плато многопериодной синусоидальной формы, вершины которого соответствуют строго определенным значениям раэностных и суммарных частот, Центральный пик на частоте Гр соответствует частоте высокочастотного генератора, частоты Г 4, Г , Г и Гд и соответствующие им частоты по зеркальному каналуР Ф Г /Г, Г и Г образуются как сумЪмарице и раэностные частоты между частотой ВЧ генератора и частотой каждого и.- последующих низкочастотных генера.-.ов 2-5. Для получения максимальной равномерности частотной характеристики минимальная частота Г 4 низкочастотных колебаний выбирается равной (1, 2-1, 5)ЛГ(2-2, 5)Ь, Отношение частот соответствует натуральГ-соответственно амплитудаи частота М-го 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, электпоакустического преобразователя б, волновода 7 и деформирующего инструмента 8. ному ряду, а отношение амплиуд низкочастотных колебаний составляетСоставитель Е.ЛитвиновКорретор Г, Решстнин Редактор Е,Яковчик Техред М, Кузьма 6152/9 Тираж 565 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ чилиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 где1 - исходная полоса пропускания колебательной системы,О и 1 - соответственно амплия итуда и частота й-го низкочастотного колебания.Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе 1, Волков С.С. и др, Сварка пл Т- масс ультразвуком. М "Химия", 1974, с. 210. 2. Колешко В.М., Ульразвуковая микросварка, Минск, "Наука и техника", 1977, с. 151 (прототип).