Ультразвуковое излучающее устройство

(61) Дополнител 22) Заявлено вки сприсоединением суд о арствеиный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет 1.313, 3(088.8) Опубликовано 28 Й 2.83. БюллетеньДата опубликования описания 28(72) Авторы изобретен 1) Заявите ки АН Русской ССР нстит лектроди( 5 4 ) УЛ ЬТРАЗ ВУКОВОЕ ИЗЛУЧА ТРОЙСТ пряжения, управляющий каскад, трансформатор тока и блок эталонного на-, пряжения. Это устройство имеет расширенный диапазон частот, в пределах которого обеспечиваются ультразвуковые колебания постоянной амплитуды за счет регулирования величины электрического напряжения генератора. При этом в качестве параметра, по которому косвенно судят о величине механических колебаний, выступает электрический ток 1 2).Однако для сложных ультразвуковых колебательных систем (преобразователь, аогласующий элемент, кон. центратор и деформирующий инструмент) строгого соответствия между АЧХ потребляемого тока и АЧХ механических колебаний концентратора (инструмента не существует, В связи с этим эффективность частотной настройки потребляемого тока существенно снижается.Наиболее близкимпо технической сущнультразвуковое излуво, содержащее послдиненные генераторсигнала, задающий гтной модуляцией и у 0 к предлагаемому ости является чающее устройстедовательно соемодуляционного енератор с частосилитель, а также 5 развуковое содержащее гулируемую электрите В.М. Колешко, В.Я.Сунка Изобретение относятся к электроннай технике и может быть использовано, в частности, в качестве высокостабильных источников питания в прецизионных установках для ультразвуковой обработки материалов.Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий переходной слой, рабочий и согласующий пьезоэле.менты и демпфер, при этом для регулирования формы АЧХ механических колебаний вспомогательный пьезоэлемент шунтирован параллельно соединенными индуктивностью и активным реэис тором 1.Недостатком устройства является малая степень регулирования Формы АЧХ сложной ультразвуковой колебательной системы УЗКС , состоящей из пьезокерамических преобразователей, пассивной накладки и активной накладки, включающей переходной стержень, концентратор и деформирующий инструмент, иэ-за большой эквивалентно колеблющейся массы активной накладки.Известно ульт излучающее устройство, пьезопреобразователь, ре индуктив, ность, генератор ского наЖ .; с;с .Степнов и Ю В-:ахаРоЗ/преобразователь, сумматор и цепь обратной связи, включающую Фазовый детектор, усилители и ограничители, коммутаторы и интегратор3 .Это устройство служит для согласования по величине частотных спектров генератора и широкополосного преобразователя. Однако широкополосные преобразователи не всегда имеют допустимую равномерность АЧХ механических колебаний в полосе пропускания. В связи с этим требуется проводить дополнительные меры для выравнивания АЧХ механических колебаний.Перечисленные недостатки известных устройств не дают возможности 15 обеспечить высокое качество микро- сварки.Цель изобретения - повышение качестна микроснарки путем повышения стабильности ультразвукового устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены преобразователь напряжение - сопротинление, перестраиваемая индуктивность, 25 два пиковых детектора, детектор минимума, три схемы сравнения, источник постоянного напряжения и датчик колебаний, расположенный на рабочем кон-, це преобразователя, причем выход дат- З 0 чика колебаний соединен с входами двух пиковых детекторов и детектора минимума, выход первого пикового детектора и первый выход детектора минимума соединены с входами первой схемы сравнения, выход второго пикового детектора и второй выход детектора минимума соединены с входами второй схемы сравнения, выходы первой и второй схем сравнения соединены с входами сумматора, выход которого 40 соединен с первым входомтретьей схемы сравнения, к второму входу которой подсоединен источник постоянного напряжения, выход третьей схемы сравнения соединен с первым входом пре образователя напряжение - сопротивление, второй вход которого подсоединен к усилителю, а выход через перестраиваемую индуктивность подсоединен к преобразователю. 50На фиг. 1 представлена полная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - упрощенная эквивалентная электрическая схема э.амещения УЗКС на фиг. 3 - АЧХ механических колеба ний сварочного инструмента УЗКС.Ультразвуковой генератор состоит из задающего генератора 1 с частотной модуляцией, генератора 2 модуляционного сигнала, усилителя 3 мощности, имеющего низкое выходное сопротивление, цепи обратной связи и нагрузки. На выходе усилителя 3 включены последовательно соединенные преобразователь напряжение - сопротивление 65 4, перестраиваемая индуктивность 5и пьезокерамический составной преобразонатель б с концентратором 7 идеформирующим инструментом 8, создающим давление на свариваеые детали9, В области пучности механическихколебаний торца концентратора закреплен пьезодатчик 10 механических колебаний, соединенный с входом блока 11управления. Кроме того, на фиг, 1 показаны входящие в блок 11 управления отдельные схемы: пиковые детекторы 12 и 13, измеряющие максимум амплитуды механических колебаний начастотах соответственно Г, и Г, детектор минимума 14, измеряющий минимумамплитуды механических колебаний начастоте 11 первая 15 и вторая 16схемы сравнения; сумматор 17, источник 18 эталойного напряжения итретья схема 19 сравнения, выход которой соединен с управляющим входомпреобразователя 4 напряжение - сопротивление.ультразвуковое устройстно работает следующим образом,Напряжение генератора 1 с частотной модуляцией, усиленное усилителем3, подается на пьезокерамический составной преобразователь б через преобразователь напряжение - сопротивление 4 и перестраиваемую индуктивность 5. Электрическое напряжениепреобразуется в механические колебания, которые усиливаются концентратором 7, и вводится н зону микросварки 9 с помощью деформирукщего инструмента 8. Частотная зависимость амплитуды механических колебаний снимаетсяс датчика 10 и для системы электромеханически связанных контуров в области ее резонансных частот связиЙ и Й имеет М-образный вид(фиг. 3, поэ. 21). При этом в самомобщем случае амплитуды механическихколебаний на частотах связи Г, Г,с одной стороны, и на частоте связи., с другой стороны, не равны междусобой, Это различие в амплитудах зависит от режимов эксплуатации - вы:лета рабочей части деформирующегоинструмента, потребляемой преобразователем мощности, изменения режимовработы выходных каскадов т.е. изменение внутреннего выходного сопротивления Вп генератора; фиг. 2 ) и т.д.Значительное различие в амплитудах механических колебаний на частотах связи ведет к изменению выходных механических параметров инструмента 8 при работе задающего генератора на фиксированной частоте Е = Г, Для повышения равномерности АЧХ механичес ких колебаний широкополосной системы электромеханически связанных контуров, регулируется сопротивление йр преобразователя 4 напряжение - сопротивление, включенное в цепь электрического контура, Величина регулировки этого сопротивления должна охватывать пределы от 0,1 2 п до 2 п,Ми где июи минимум входного импедайса преобразователя б, 5Автоматическое изменение последовательного сопротивления Вп преобразователя 4 напряжение - сопротивление позволяет регулировать добротность электромеханически связанных контуров. При этом происходит регули. ронание только амплитуды механических колебаний на частотах связи йии ЙюОпишем более подробно работу этого устройства.Для анализа равномерности АЧХ механических колебаний в области расфиренной полосы служат три детектора, три схемы сравнения, сумматор 17 и источник 18 эталонного напряжения.Два пиковых детектора 12 и 13 при прокачке частоты служат для запоминания максимального значения амплитуды механических колебаний соответственно на частотах связи Е и Ц 1,(фиг. 3, поз.21 а .детектор минимума 14 служит для запоминания минимального значения амплитуды механических колебаний по частоте Г, (фиг. 3, поз. 21).Выход первого пикового детектора 12 для определения максимума амплитуды на частоте К, а также выход детектора минимума 14 для определения амплитуды механических колебаний на частоте Й соединены с входами первой схемы 15 сравнения. В данной схеме происходит сравнение электрических напряжений, пропорциональных амплитудам механических колебаний на частотах 2 и йщ. Выходное 40 напряжение первой схемы 15 сравнения, пропорциональное разности амплитуд на частотах Г, и йц, подается затем на вход сумматора 17.Для определения Разности амплитуд 45 механических колебаний на частотах снязи Ец, и Йш используется второй пиковый детектор 13 и детектор 14 минимума. В этом случае напряжение с выхода детектора минимума 14, пропор циональное амплитуде механических колебаний на частоте связи Ер, подается на один из входов второй схемы 16 сравнения. Напряжение с выхода второго пикового детектора 13, пропорциональное амплитуде механических колебаний на частоте связи Ец(фиг. 3, поз. 21), подается на другой вход второйсхемы 16 сравнения. В результате сраннения напряжений, поступающих на входы второй схемы 16 сравне 60 ния, на ее выходе вырабатывается напряжение, равное разности этих напряжений, т.епропорциональное разности амплитуд механических колебаний на частотах Ги и п. 65 Таким образом, на выходе первсй схемы 15 сравнения присутствует напряжение, пропорциональное разности амплитуд механических колебаний на частотах Й и Е, а на выходе второй схемы 16 сравнения присутствует напряжение, пропорциональное разности механических колебаний на частотахи ш.В дальнейшем выходные напряжения первой и второй схемы сравнения подаются на сумматор 17, где они складываются, а затем суммарное напряжение подается на первый вход третьей схемы 21 сравнения. Таким образом устраняется возможный перекос АЧХ механических колебаний на частоах связи Е и Е,(фиг. 2, поз.2), На другой вход третьей схемы 21 сравнения подается напряжение эталонного источника 18 напряжения, пропорциональное уста:новленной оператором величине допусгтимой неравномерности АЧХ механических колебаний, т.е. допустимой разности амплитуд механическихколебаний на частотах Е и Ек или Й и Е,. Выходное напряжение третьей схемы 21 сравнения равно разности напряжений, поступивших на ее вход, т.е. пропорционально разности между реальной неравномерностью АЧХ мехачических колебаний и допустимой неравномерностью АЧХ механических колебаний, установленных априорно оператором. Выходное напряжение третьей схемы 21 сравнения подается на управляющий нход преобразователя 4 напряжение - сопротивление. При этом автоматически изменяется величина добротности электрического контура, вследствие чего изменяется величина пиков амплитуды механических колебаний на частотах связи Е иПроисходит безусловно изменение амплитуды механических колебаний и на частоте связи Ен .На фиг. 3 позицйей 20 представлена АЧХ механических колебаний колебательной системы .без перестраиваемой индуктивности 7, позицией 21 нескорректированная АЧХ механических колебаний колебательной системы при наличии индуктивности 7, т.е. при образовании системы электромеханически связанных контуров, а позицией 22 представленаскорректированная АЧХ механических колебаний системы электромеханически:связанных контуров при помощи преобразователя б напряжение сопротивление.формула изобретенияУльтразвуковое излучакщее устройство, содержащее последовательно соединенные генератор модуляционного сигнала, задающий генератор с1 000118 ИИПИ Заказ 1221/7 Тираж 490 Подписно лиал ППП "Патент",г.ужгород,ул,Проектная,4 частотной модуляцией и усилитель, атакже сумматор и преобразователь,о т л и ч а ю ш е е с я тем, что,с целью повышения стабильности, в него введены преобразователь напряжение - сопротивление, перестраиваемаяиндуктивность, два пиковых детектора, детектор минимума, три схемысрувнения, источник постоянного напряжения и датчик колебаний, расположенный на рабочем конце преобразователя, причем выход датчика колебаний соединен с входами двух пико-.вых детекторов и детектора минимума,выход первого пикового детектора ипервый выход детектора минимума соединены с входами первой с .емы сравнения, выход второго пиковОго детектора и второй выход детектора минимумасоединены с входами второй схемысравнения, выходы первой и второй щ схем сравнения соединены с входамисумматора, выход которого соединен спервым входом третьей схемы сравнения, к второму входу которой подсоединен источник постоянного напряжения, выход третьей схемы сравнениясоединен с первым входом преобразо:вателя напряжение - сопротивление,второй вход которого подсоединен кусилителю, а выход через перестраиваемую индуктивность подсоединен кпреобразователю.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 394113, кл, В 06 В 1/06, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 466916, кл. В 06 В 1/06, 1975.3. Авторское свидетельство СССРР 517328, кл. В 06 В 1/02, 1976прототип ) .