Ультразвуковое устройство для обработки материалов

О П И С А Н И Е ( )971507ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсникСоциапистичесннк(23) Приоритет Опубликовано 07 11 82, Бюллетень41 во делам изооретеиий и открытий(53) УДК 534, . 23 2 088,8) Дата опубликования описания 07,11,82 вторыбретени(7 ) Заявитель нститут электроники АН Бел 54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к ультразвуковой технике, в частности к устройствамдля возбуждения механических колебаний,и может быть использовано в различныхтехнологических процессах ультразвуковой обработки материалов, например дляультразвуковой микросварки.Известно устройство, включающее задающий генератор высокой и один илинесколько генераторов низкой частоты сподключенными к ним магнитострикционным. преобразователем, возбуждение которого осуществляется высокочастотнымэлектрическим колебанием на его резонансной частоте и низкочастотными электрическими колебаниями 1 3,Применение такого устройства повышает с табильность выходных механическихпараметров колебательной системы. Вэтом устройстве спектр механических 2 околебаний, вводимых в зону обработкиматериалов, представляет собой дискретный набор. с частотами, соответствующими частоте генератора высокой частоты н комбинарионным (суммарным и разностным) частотам генарторов высокой и низкой частот, Кроме этого, форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) механических колебаний преобразователя и ее неравномерность весьма критичны к,числу источников низкочастотных колебаний, величине их электрического нанапряжения и частоты, что наряду с дискретностью спектра создает значительные трудности при получении достаточно широкополосной АЧХ механических колебаний с минимальной неравномерностью и при работе с преобразователями, имеющими сложную форму собственной АЧХ механических колебаний.Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, в котором отдельный источник магнитного, шума - ферромагнетнк помещен в изменяющееся магнитное поле намагничивающей обмотки, подключенной к источнику колебаний низкой частоты, и содержит обмотку регистрад, соеди39715ненную со входом фильтра нижней частоты, выход которого через широкополосный предварительный усилитель подключен к усилителю мощности, нагруженномуна обмотку возбуждештя ультразвуковойколебательной системы 2 ,Это устройство позволяет попучить иподать на колебательную систему электрические шумовые колебания в широкомдиапазоне частот, что уменьшает цестабильность ее выходных параметров, Однако в этом устройстве не удается полностью учесть акустические и физикохимические свойства обрабатываемых (например, соединяемых) материалов и обеспечнть наиболее эффективное протеканиепроцесса обработки, так как в зависимости от структуры материалов оптимальнаявеличина частоты максимального поглощения ультразвуковой энергии различна. Кро-щме этого, применение в качестве источникамагнитного шума отдельного ферромагнетикас небольшой начальной спектральной плотностью магнитного шума требует достаточ-но большого коэффициента усиления устрой- . д 5ства для получения заданной мощности шума на выходе, что уменьшает стабильностьего параметров, В итогеснижается качество обработки материалов.Целью изобретения является улучшение З 0качества обрабтки материалов за счетповышения стабильности колебаний и введения в зону обработки колебаний широкогоспектра частот,Поставленная цель достигается тем,3что в ультразвуковое устройство для обработки материалов введены ограничитель,фильтр верхних частот, усилитель-формирователь и сумматор, причем обмотка регистрации подключена к входу ограничи 40теля, выход которого нагружен на фильтрынижних и верхних частот, соединенные свходом усилителя-формирователя и широкополосного предварительного усилителясоответственно, выходы которых подключены к сумматору, а выход сумматора45соединен с входом усилителя мощности,при этом обмотка регистрации и намагничивающая обмотка расположены на магнитострикционном преобразователе.Такое выполнение устройства позволяет внести взону обработки материаловцшрокий спектр частот, учесть акустищфческие и физико-химические свойства обрабатываемых материалов и обеспечитьнаиболее эффективное протекание процесса обработки, а также дополнительно повысить стайитьность параметров излучателя эа.счет уменьшения требуемого коэф 07 ф фициента усиления устройства для получения заданной мощности шумана выходе,Изобретение поясняется чертежом.Устройство содержит источник магнитного шума, в качестве которого испольэуется ферромагнитный магнитострикционный что исходный магнитный шум, поступающий на вход последнего с обмотки 3, проходит5 9715на его выход без ограничения по ампли-, туде и подается на фильтры 7 и 8, где происходит выделение диапазонов спектра частот магнитного шума в соответственно низкочастотной и высокочастотной облас тях. Низкочастотный магнитный шум со сформированной в усилителе-формирователе 9 (представляющей собой, например, резонансный усилитель) частотной зависимостью спектральной плотности складывается в сумматоре 11 с усиленным в усилителе 10 высокочастотным магнитным шумом, Результирующий широкополосный магнитный шум дополнительно усиливается в усилителе 12 и поступает на обмот ку 13 преобразователя 1, в результате чего в последнем возбуждаются механические колебания, ЭЙС шума, индуцируемая в обмотке 3, увеличивается и шум ограничивается по амплитуде в ограничителе 20 6, при этом спектральная плотность мощности шума в области низких частот возрастает. Далее, как и раньше, происходит окончательное формирование в усилителе- формирователе 9 необходимого распреде ления спектральной плотности шума в области низких частот, сложение его с усиленным высокочастотным магнитным шумом и усиление шума до заданного уровня в усилителе 12 во всем рабочем 30 диапазоне частот. В установившемся режиме в обмотке 13 возбуждаются высокочастотный шум с равномерной спектральной плотностью в определенной области и низкочастотный шум со сформированной по определенному закону частот- ной зависимостью спектральной плотности, В системе.2 имеет место эффект нелинейного смешивания низкочастотного и высокочастотного спектров с образованием комбинационных (суммарных и разностных) частот для каждой из составляющих спектров.В итоге формируется широкополосная АЧХ механических колебаний излучателя, причем непрерывность спектров шумовых колебаний в низкочастотном и высокочас- тотном диапазонах дает воэможность снизить неравномерность этой характеристики в рабочей области до минимальной величины и полностью избежать образования горбов и впадин в ней.Для получения максимального расширения полосы пропускания АЧХ механических колебаний излучателя при ее ми 55 нимальной неравномерности спектральная плотность мощности шума в области низких частот должна изменяться по опре деленному закону, зависящему от формы Формула изобретения Ультразвуковое устройство для обработки материалов, содержащее магнитострикционный преобразователь с возбуж-. 07 6АЧХ механических колебаний исходнойколебательной системы 2, но во всехслучаях увеличимется с ростом частоты,Такое распределение спектральной плотности происходит за счет нарастающегохарактера в области низких частот магнитного шума преобразователя 1, ограничения спектра по амплитуде в ограничителе 6, окончательного формирования вусилителе-формирователе 9 и выбора режима возбуждения обмотки 4 1 величинтока и частоты) генератором 5 и легкорегулируется их изменением.Величина необходимой спектральнойплотности шума в области высоких частотустанавливается выбором уровня ограничения ограничителя 6 и коэффициентовусиления усилителей 10 и 12.Спектральная мощность магнитногошума ферромагнетика увеличивается с ростом коэффициента магннтострикцни. Кромеэтого, под действием ультразвуковых механических колебаний в ферромагнетике уменьщается значение напряженности магнитногополя (поля старта), при котором начийаются скачки, Баркгаузена, увеличиваются их число в единицу времени и амплитуда, В итоге применение в качестве источника магнитного шума магнитострикционного ферромагнитного преобразомтелясамой колебательной системы, совершающего ультразвуковые колебания, повышаетисходную ЭДС магнитного шума, индуцируемую в обмотке регистрации,Таким обарзом, предлагаемое устройство обладает широкополосной АЧХ механических колебаний с минимальной нерав-номерностью в рабочем диапазоне как вобласти резонансных частот, так и всехюх гармоник, позволяет ввести в областьобработки материалов механические колебания широкого (шумового) спектра часгот и тем самым учесть акустические ифизико-химичесие свойства обрабатываемых материалов, обеспечивая наиболееэффективное протекание процесса обработки, а также уменьшить требуемый коэффициент усиления излучателя для получениязаданной мощности на выходе и повыситьего стабильность. В результате достигаеэ .ся повыщение качестм обработки материа7 971507 8дающей обмоткой, обмотку регистрации, и широкополосного предварительного усинамагничивакапую обмотку, фильтр ниж- лителя соответственно, выходы которыхних частот, широкополосный усилитель, подключены к сумматору, а выход сумгенератор низкой частоты и усилитель матора соединен с входом усилителя мощмощности, о т л и ч а ю щ э е с я тем, з носж, при этом обмотка регистрации ичто с целью улучшения качества обработ- намагничиваюшая обмотка расположеныки за счет повышения стабильности ко- на магнитострикционном прэобразоватэлэлебаний, в него введены ограничитель, Источники информации,фильтр верхних частот, усилитель-форми- приняаые во внимание при экспертизерователь и сумматор, причем обмотка 10 1. Аварское свидетельство СССР.регистрации подключена к входу ограни-763004, кл, 6 065 1/00, 1980,чителя, выход которого нагружен на фи. Авторское свидетельство ССС Рльтры нижних и верхних частот, соединен-733741, кл. 8 066 1/00, 1980ные с входом усилителя-формирователя (прототип),Составль В, КудрявцевПекарь, Корректо Б едак 802/20 Тир ВНИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва, ж 495 Подписноетвенног комитета СССРбретений и открытийЖ 35, Раушская набд. 4 Л Зак Филиал ППП "Патент", г."Ужгород, ул. Проектная