Ультразвуковой генератор

(51)4 Н 03 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) Авторское свидетельство СССР У 213114, кл. Н 03 1 7/00, 1966,Авторскбе свидетельство СССР У 896760, кл. Н 03 1 7/ОО, 1979.(54)(57) 1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электро" акустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилитель- ограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и управляемый ограничитель, выход которого соединен с входом перестройки частоты управляемого генератора, а управяющий вход - с выходом фильтраих частот, а также двухпороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходом управляемого генератора и вторьи входом фазового детектора, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью уменьшения времени восстановления режима генерации на частоте резонанса электро- акустического преобразователя, между выходом двухпорогового дискриминатора и входом сигнала запрета уп.801102465 равляемого генератора введены последовательно соединенные первый блок задержки и формирователь импульсов, между дополнительным выходом управляемого генератора и управляющим входом формирователя импульсов введен второй блок задержки, между выходом усилителя постоянного тока и входом фильтра нижних частот введен управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом двухпорогового дискриминатора, при этом вход фильтра нижних частот соединен также с выходом введенного источни- . ка поискового сигнала, а выход первого блока задержки соединен с вхо-дом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора.2. Генератор по п. 1, о т л и - С ч а ю щ и й с я тем, что управляемый генератор выполнен в виде после- рР довательно соединенных частотного модулятора, модулируемого генератора, регулятора мощности, аналогового клю- ча, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, и усилителя мощности, выход которого является выходом управляемого генератора, ф при этом вход частотного модулятора СЛ является входом перестройки частоты, первый и второй входы реле времени- соответственно входом сигнала запрета и входом управления длительностью выходного сигнала управляемого гене фдв ратора, а выход реле времени - дополнительным выходом управляемого генератора.1 11024Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть применено в ультразвуковых технологичес- ких установках, например в установках для микросварки и микропайки. 5Известен ультразвуковой генератор с фазовой автоподстройкой частоты, содержащий задающий генератор, усилитель мощности, импедансный мост, в одно из плеч которого включен элект О роакустический преобразователь, два усилителя-ограничителя, фазовращатель, фазовый детектор, блок управления частотой и усилитель постоянного тока. 15Однако известный ультразвуковой генератор имеет низкий коэффициент полезного действия, обусловленный включением электроакустического преобразователя в импедансный мост, и 20 низкую устойчивость работы на заданной частоте резонанса электроакустического преобразователя.Наиболее близким техническим решением к изобретению является ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управляемыйгенератор, электроакустический преобразователь, датчик механическихколебаний и индикатор резонанса, пос- З 0ледовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний,первый усилитель-ограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного 35тока и управляемый ограничитель, выход которого соединен с входом пе- .рестройки частоты управляемого генератора, а управлякиций вход - с выходом фильтра нижних частот, а также 40двухпороговый дискриминатор, входкоторого соединен с выходом фазовогодетектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходомуправляемого генератора и вторым входом фазового детектора, при этомвход фильтра нижних частот соединенс выходом усилителя постоянного тока, а выход двухпорогового дискриминатора соединен с управляемым гене ратором.Однако в данном известном ультразвуковом генераторе при увеличении устойчивости работы системы автоподстройки на заданной частоте 55резонанса электроакустического преобразователя, в случае если сигнал помехи превышает время "памяти" фильтра нижних частот, генерация на частоте резонанса прекращается. После этого генерация на частоте резонанса электроакустического преобразователя автоматически восстановиться не может, и для ее восстановления требуется значительное время.Цель изобретения - уменьшение времени восстановления режима генерации на частоте резонанса электро- акустического преобразователя,Для этого в ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные управляемый генератор, электроакустический преобразователь, датчик механических колебаний и индикатор резонанса, последовательно соединенные фазовращатель, вход которого соединен с выходом датчика механических колебаний, первый усилитель-ограничитель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и управляемый ограничитель, выход ко-. торого соединен с входом перестройки частоты управляемого генератора, а управляющий вход - с выходом, фильтра нижних частот, а также двух- пороговый дискриминатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, и второй усилитель-ограничитель, включенный между выходом управляемого генератора и вторым входом фазового детектора, между выходом двухпорогового дискриминатора и входом сигнала запрета управляемого генератора введены последовательно соединенные первый блок задержки и формирователь импульсов, между дополнительным выходом управляемого генератора и управляющим входом формирователя импульсов введен второй блок задержки, между выходом усилителя постоянного тока и входом фильтра нижних частот введен " управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом двухпорогового дискриминатора, при этом вход фильтра нижних частот соединен также с выходом введенного источника поискового сигнала, а выход первого блока задержки соединен с входом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора, при этом управляемый генератор выполнен в виде последовательно соединенных частотного модулятора, .модулируемого генератора, регулятора мощности, аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с выходом реле времени, и усилителя мощ1102465 4 первый и второй входы реле времени - соответственно входом сигнала запрета и входом управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора, а выход реле времени - допол 10 15 нительным выходом управляемого генератора,На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного ультраавукового генератора, на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы. Ультразвуковой генератор содержит управляемый генератор 1, электроакустический преобразователь 2, датчик 3 механических колебаний, фазовращатель 4, первый усилитель-ограничитель 5,фазовый детектор 6, усилитель 7 постоянного тока (УПТ), управляемый ог 20 раничитель 8, фильтр 9 нижних частот,второй усилитель-ограничитель 10,индикатор 11 резонанса, двухпороговый дискриминатор 12, первый блок 13 задержки, управляемый ключ 14, источник 15 поискового сигнала, второй блок 16 задержки, формирователь 17 импульсов, при этом управляемый генератор 1 содержит частотный модулятор 18, модулируемый генератор 19, регулятор 20 мощности, аналоговый ключ 21, усилитель 22 мощности, реле 23 времени.На фиг. 2,а показана фазочастотная характеристика электроакустического преобразователя 2 с датчиком 3 механических колебаний (кривая 1), характер изменения напряжения на вы 35 40 ходе усилителя постоянного тока (кривая 11) на фиг. 2, б - характер изменения частоты несущей при восстановлении режима генерации на частоте резонанса электроакустического преобразователя; на фиг. 3, а - на выходе управляемого генератора 1 Й); 45 на фиг. 3, б - на выходе датчика 3механических колебаний, на фиг.3,в -на выходе двухпорогового дискриминатора 12 (У, ); на фиг. 3. г - на выходе первого блока 13 задержки Щз ); на фиг. 3, д - на выходе формирователя 17 импульсов Жд ). Ультразвуковой генератор работает 55 следующим образом. При настройке ультразвукового генератора разрывают цепи обратной связи в точках "А" и "Б" (фиг. 1) и ности, выход которого является выходом управляемого генератора, приэтом вход частотного модулятора является входом перестройки частоты-,вручную, изменяя частоту модулируемого генератора 19, по максимальным показаниям индикатора 11 резонанса управляемый генератор 1 настраивают в резонанс с электроакустическим преобразователем 2. Посредством фазовращателя 4 получают сигнал "захват" на выходе двухпорогового дискриминатора 12 (низкий .уровень на фиг. З,в), Замыкают разорванные цепи и фазовращателем 4 корректируют показания индикатора 11 резонанса до максимума.Ультразвуковой генератор находится в режиме удержания частоты резонанса и готов к работе. В исходном состоянии с выхода управляемого генератора 1 на вход электроакустического преобразователя 2 .и второго усилителя-ограничителя 10 поступает сигнал с амплитудой, достаточной для автоподстройки частоты несущей управляемого генератора 1 на резонансную частоту электроакустического преобразователя 2 (фиг. 3, а - интервал времени О, с,Д . С выхода датчика 3 механических колебаний снимается сигнал обратной связи (фиг, 3, б - интервал времени (О, сД), который поступает ;на вход индикатора 11 и через фазовращатель 4 и первый усилитель-ограничитель 5 - на вход фазового детектора 6, на второй вход которого через второй усилитель-ограничитель 10 поступает напряжение с входа электроакустического преобразователя 2. Фазовый детектор 6 вырабатывает напряжение, пропорциональное сдвигу фаз между напряжениями, поступающими на его входы. Сигнал фазового детектора 6 усиливается УПТ 7 и с его выхода через открытый сигналом с выхода двухпорогового дискриминатора 12, управляемый ключ 14 и фильтр 9 нижних частот - на управляющий вход управляемого ограничителя 8, на второй вход последнего поступает сигнал с выхода УПТ 7. Сигнал с выхода управляемого ограничителя 8 поступает на вход перестройки частоты несущей управляемого генератора 1, поддерживая ее равной частоте резонанса электроакустического преобразователя 2, С дополнительного выхода управляемого гене- . ратора 1 через второй блок 16 на управляющий вход формирователя 17импульса поступает сигнал, запрещающий прохождение напряжения с выхода первого блока 13 на вход сигнала запрета управляемого генератора 1 для установки его в исходное состояние, Высокоомный выход источника 15 поискового сигнала шунтируется через открытый управляемый ключ 14 низкоомным выходом усилителя 7 постоянного тока, вследствие чего поисковый сигнал не оказывает влияния на режим удержания частоты резонанса.При поступлении команды на формирование радиоимпульса-сварку (С фиг. 3) напряжение У на выходе управляемого генератора 1 возрастает до установленного оператором значения (фиг. 3, а ( , с), соответственно возрастает й сигнал Б с выхода датчика 3 механических колебаний (фиг. 3, б (С ,). На дополнительном выходе управляемого генератора 1 появляется сигнал, но поскольку система автоподстройки отрабатывает все изменения частоты резонанса электроакустического преобразователя 2, никаких сигналов на вход сигнала запрета и вход управления длительностивыходного сигнала управляемого генератора 1 не поступает, и в момент времени с через промежуток И, С) установленный оператором радиоимпульс (сварка) оканчивается, и ультразвуковой генератор приходит в исходное состояние, посылая в сварочную машину сигнал об окончании сварки. Если в результате действия помехи генерация на частоте резонанса электроакустического преобразователя 2 прекращается (й, фиг. 3) . то на выходе двухпорогового дискриминатора 12 появляется сигнал ц, закрывающий управляемый ключ 14 (фиг. 3, в) момент времени с , Напряжение поискового сигнала, поступающего с выхода источника 15 поискового сигнала на вход фильтра 9 нижних частот, резко возрастает, и ультразвуковой генератор переходит в режим восстановления генерации в частоте резонанса электроакустичес- кого преобразователя 2, При этом под действием источника 15 поискового сигнала, в качестве которого можно взять генератор сигнала треугольной, сйнусоидальной или пилообразной формы с периодом Т, значительно большим постоянной времени фильтра 9 нижних частот,. Т, частота несу 1 О щей управляемого генератора 1 начнет изменяться (фиг, 2, б). Однако вследствие связи усилителя 7 пОстоянного тока через управляемый ограничитель 8 с входом перестройки частоты несущей управляемого генератора 1 скорость изменения последней модулируется. На участках О - С,- Сз, когда усилитель 7 постоянного тока, находится в состоянии насыщения(фиг. 2, кривая 11), эта скоростьрегламентирована ,скоростью изменения напряжения на выходе источника 15поискового сигнала (фиг. 2, б) . На15 участке С - с, когда частота нед 11сущей находится в зоне - ) О где) Упроисходит изменение напряжения навыходе усилителя 7 постоянного то 20 ка (Фиг. 2), скорость изменениячастоты максимальна. На участке- С установления синхронизмаэта скорость минимальна. Такая модуляция скорости изменения частоты25 значительно увеличивает вероятностьзахвата частоты резонанса электроакустического преобразователя 2,Когда частота несущей станет равной резонансной.частоте электроакус 30 тического преобразователя 2, срабатывает двухпороговый дискриминатор12, и ультразвуковой генератор переходит в режим удержания (фиг,3, б,с ),В момент времени С по окончанииперехода ультразвукового генераторав режим восстановления генерации начастоте резонанса через время задержки первого блока 13 задержки40 (йз - г, фиг. 3) с его выхода навход управления длительностью выходного сигнала управляемого генератора 1 поступает модулирующий сигнал(фиг. 3, г, ), поэтому, еслидо прихода очередной команды насварку-формирование радиоимпульса(е , фиг. 3), генерация на частотерезонанса не восстановлена, длительность радиоимпульса автоматическиувеличивается на время Сз - С , необходимое для восстановления генерации (фиг. 3, а, б, в, ( С,1 ).Это необходимо, так как в интервале (, Самплитуда колебаний инструмента мала и процесс сварки неидет.По восстановлении генерации начастоте резонанса (с, фиг. 3) управляемый генератор 1 отрабатывает1102465 8ратор 1 приходит в исходное состоя- .ние, но сигнал об окончании радиоимпульса (процесса сварки) не Выдает, и сварочная. машина останавливается . 5 на позиции сварки, сигнализируя неисправности. установленную оператором длительность радиоимпульса й - й и выдает в сварочную машину сигнал об окончании процесса сварки,Если же до прихода команды на сварку (й, Фиг. 3) генерация не восстановлена и не может восстановиться за время с - с 1 о задержки второго блока 16 задержки, то сигнал с его выхода, поступающий на управляющий вход Формирователя 17 импульсов, разрешает прохождение сигнала с информационного входа формирователя 17, а на его,выходи далее ,на вход сигнала запрета управляемого генератора 1 в исходное состояние (Фиг. 3, д, 11 о) управляемый генеВ предложенном ультразвуковом генераторе производится автоматическое 1 О, восстановление режима генерации начастоте резонанса электроакустического преобразователя, что значительно сокращает время восстановления по сравнению с прототипом и в конеч ном итоге позволяет увеличить производительность и надежность функционирования сварочных машин.1 1 02465 уЯрмакена фУиа 2 6 ф 7 фЮ ор С.Шекмар Техред И.Попович едак н.о Тираж 899 Подп ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб., д.