Устройство для настройки ультразвуковой колебательной системы

( 9) (11) А 4(51) В 06 В 1/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 25. Сунканики АН Белоруслек ова- -во(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИУЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ,содержащее генератор пилообразногонапряжения, соединенный выходомс входом генератора качающейся частоты, выход которого соединен с первымэлектродом пьезоэлемента, усилитель,измерительную схему и.резистор; включенный между вторым электродом н кор"пусом генератора качающейся частоты,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повьппения точности настройки,измерительная схема содержит формирователь импульсов, регистр сдвига,три формирователя импульсов сброса,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство ССУ 308780, кл. В 06 В 1/06, 197.. 2. Бородин В.Н., Гибадуллин АПетров Л.Н. Визуальное наблюденичастотных характеристик при изучдинамических свойств магнитостриконных материалов. - Материалы Ч).союзной акустической конференции1968 (прототип). три инвертора, три накопителя, три. входных ключа, три выходных .ключа,нуль-орган и управляющую схемус узлом изменения усилия эажатияпьезоэлемента, причем выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом формирователя импульсов,выход которого соединен с входомСР регистра сдвига, первый, второй.итретий разряды которого соединеныА., соответственно с входами первоговторого и третьего инверторов, управнии. ляющими входами первого, второго,ци- третьего входных ключей и с входамиВсе- . первого, второго и третьего формирМ., телей импульсов сброса, выходы перго, второго и третьего формирователей импулЬсов сброса соединеныс управляющими входами соответственнопервого, второго и третьего накопителей, выходы первого, второго и третьего инверторов соединены с управляющим входами соответственно первого,второго и третьего выходных ключей,выходы которых соединены с входаминуль-органа, соединенного выходомс входом упраедующей схемы, выходкоторой соединен с входом узла изменения усилия зажатия пьезоэлемента,при этом второй электрод черезусилитель соединен с входами первого, второго и третьего входных ключей, 116548545 Изобретение относится к приборо.строенио и может использоваться приизготовлении ультразвуковых пьезокерамических преобразователей различного технологического назначения. 5Известно устройство погружноготипа, содержащее двойной пьезоэлемент, зажатый с натягом накиднымигайками между отражающей и излучающей накладками Я . 1 ОИзвестно устройство, содержащееенератор пилообразного напряжения,генератор качающейся частоты, усилитель, измерительную схему и пьезоэлементы преобразователя, а такжерезистор. Причем генератор пилообразного напряжения соединен своим выхо-.дом с входом генератора .качающейсячастоты, выхад которого соединенс первым электродом пьезоэлемента, 20а резистор включен между вторымэлектродом и корпусом генераторакачающейся частоты (2 .Недостатком известных преобразователей является невысокая точностьнастройки колебательной системы.Цель изобретения - повышение точности настройки колебательной системы.Поставленная цель достигается 30за счет того, что в устройстве, содержащем генерач"ор пилообразного напря-жения, соединенный выходом с входомгенератора качающейся частоты, выходкоторого соединен с первым электро-дом пьезоэлемента, усилитель, измерительную схему и резистор, вкаоченный между вторым электродом и корпусом генератора качающейся частоты,измерительная схема содержит формирователь импульсов, регистр сдвига,три формирователя импульсов сброса,три инвертора, три накопителя, тривходных ключа, три выходных ключа,нуль-орган и управляющую схемус узлом изменения усилия зажатияпьезоэлемента, причем выход генератора пилообразного напряжения соединен с входом формирователя випульсов, выход которого соединен с входом 50регистра сдвига, первый, второйи третий разряды которого соединенысоответственно с входами первого,второго и третьего инверторов,управляющщки входами первого, второго и третьего входных ключей ис входами первого, второго и третьего формирователей .в 4 пульсов сброса,выходы первого, второго и третьего формирователей импульсов сброса соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего накопителей, выходы первого, второго. и третьего инверторов соединены с управляющими входами соответственно первого, второго и третьего выходных Ключей, выходы которых соединены с входами нуль-органа, соединенного выходом с входом управляющей схемы, выход которой соединен с входом узла изменения усилия зажатия пьезоэлемента, при этом второй электрод через усилитель соединен с входами первого, второго и. третьего входных ключей.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2- 4 временные диаграммы работы устройства и зависимости основных параметров системы от усилия сжатия.Предлагаемое устройство содержит генератор 1 пилообразного напряжения, один выход которого соединен с задающим генератором 2; усилитель 3 мощности, соединенный с ультразвуковой колебательной системой, состоящей иэ пьезокерамических пьезоэлементов 4, последовательно с которыми включен резистор 5, излучающей 6 и отражающей 7 накладок, стянутых шпилькой 9, концентратора 8, развязки 10, формирователя 14 импульсов от генератора 1 для запуска регистра 15 сдвига, формирователей 16-18 импульсов сброса, инверторов 19-21, усилителя 22 переменного напряжения, на выходе которого включены входные ключи 23 - 35, управляющие входы которых подключены к выходу регистра 15 сдвига, детекторы-накопители 26 - 28 экстремального значения контролируемого входного электрического или выходного механического параметра ультразвуковой колебательной системы, выходные ключи 29 - 31; управляющие входы которых соединены с выходом регистра 15 сдвига через инверторы 19 - 21, нуль-органа 32, входы которого соединены с выходами ключей 29 - 31, а выход нуль-органа соединен с входом управляющей схемы, содержащей силовой вентиль 33, включенный между источником 34 напряжения и двигателем 13, соединенным через редуктор 12 с захватом 11 для вращения отражающей накладки 7.1165 На фиг. 2 приведены временныезависимости выходных напряжений следующих блоков устройства: 35 - генератора пилообразного напряжения;36 - формирователя 14; 37-39 - регистра 15 сдвига; 40-42 - инверторов .19-2 1 соответственно, соединенных с управляющими входами выходныхключей 29-31;. 43-45 - формирователей 16-18 импульсов сброса,. соединен-. 1 Оных с цепями сброса накопителей 2628 соответственно; 46 - 48 - накопителей экстремальных значений контролируемого параметра; 49 - нуль-органа,.50 - силового вентиля. . 15Блоки 26-28 - накопители экстремальных значений контролируемогопараметра (например, входной проводимости, амплитуды механических колебаний и т.д,) представляют. собой емкостный накопитель, Нуль-орган пред-.ставляет собой пороговое устройство,находящееся в одном из устойчивых положений. При равенстве входных напря. жений выходное напряжение нуль-органа 25скачком переходит в.другое устойчивое состояние.На фиг. 3 приведены амплитудно-частотные зависимости входной проводимости ультразвуковой колебательной 30системы (поз. 51),. определенные приразличных значениях статическогоусилия сжатия пьезоэлементов. Нафиг. 3 и 4 приведены зависимостимаксимума входной проводимости.(поз. 53), соответствующей максимумувходной, проводимости, от величинысжатия пьезоэлементов, на. фиг 4 приведена зависимость и амплитуды 40механических колебаний (поз. 54).Устройство работает следующимобразом.,От генератора 1 пилообразногонапряжения сигналы (фиг, 2, поз. 35). 45подаются непрерывно .на вход частот-.ного модулятора задающего генератора 2. Усиленное напряжение усилителем 3 подается на пьезоэлементы 4ультразвуковой колебательной системы, 50при этом частота генератора 2, плавно изменяясь, охватывает областьрезонансных частот ультразвуковойколебательной системы. Ультразвуковаяколебательная система стягивается 55с помощью центральной шпильки 9 посредством вращения отражающей накладки 7 вокруг центральной оси системы,485 4Колебательная система неподвижно закрепляется через акустическую развязку 10. Вращение отражающей накладки 7осуществляется при помощи двигателя 13, связанного через редуктор 12с ключевым зажимом. При подаче напряжения от источника 34 питания на двигатель 13 через силовой вентиль 33происходит медленное сжатие пьезоэлементов .4, между отражающей 7 и излучающей 6 накладками. Скорость вращения вала редуктора 12 мала и лежит в пределах 1-2 об./мин. Одновременно в процессе сжатия пьезоэлементов идет непрерывное измерение одного из параметров колебательной сис темы. В качестве таких параметров могут использоваться входная электрическая проводимость, амплитудамеханических колебаний, добротностьколебательной системы и т.д. Зависи-.мость этих параметров от усилия сжа-тия носит экстремальный характер,т.е. при оптимальных усилиях сжатияконтролируемый параметр проходитчерез максимум или минимум своегозначения (фиг. 2-4). В этом случае,в зависимости от вида контролируемого параметра, электронные блокИ емкостных накопителей 26-28.имеют сходное схемное построениеОни могутзамерять пиковое (максимальное) илиминимальное экстремальное значение.Из приведенных зависимостей(фиг. 4) наибольшей крутизной изменения параметра от усилия сжатия обладает входная электрическая проводимость. Кроме того, измерение этогопараметра более .просто реализуется,чем измерение амплитуды механическихколебаний и т.д.1Таким образом, в течение всеговремени сжатия пьезоэлементов происходит измерение входной проводимостиколебательной системы. Для этого падение напряжения на измерительном сопротивлении 5, пропорциональное входнойэлектрической проводимости, подаетсяна вход усилителя 22, а с его выхода - на блоки 23-32., определяющиестепень изменения максимальногозначения входной проводимости в зависимости от величины усилия сжатия.Электронные логические блоки с 14-21служат для управления работой блоков 23-32.Необходимость такого схемногопостроенця обусловлена прежде всего35 1165 тем, что в процессе сборки, т.е, при увеличении усилия сжатия пьезоэлементов, происходит изменение как величины максимального значения входной проводимости, так и резонансной час" тоты, соответствующей этому максимуму (фиг. 3 и 4, зависимости 51 - 53)Работа электронных блоков измерения входной проводимости происходит в три этапа циклически, а управление 1 О всей работой проводнтся от регист-, ра 15 сдвига. На вход регистра 15 сдвига подаются импульсы от формирователя 14, выходное напряжение которого приведено на фиг. 2, поз.36. 15Напряжение с выхода усилителя 22 подается через входные ключи 23-25 на пиковые накопители 26-28 максимума входной проводимости, выходные напряжения которых через выходные 20 .ключи 29-31 подаются на три входа нуль-органа 32. Работа блоков 23-32 организована так, что на нуль-органе 32 происходит сравнение максимумов входной проводимости от двух 25 накопителей, замеренных при предыдущих двух периодах Т, генератора 1 пилообразного напряжения, а на третьем накопителе в течение времени текущего периода Т происходит запись (накопление) информации (фиг. 2, поз. 46-48). Входные ключи 23-25 по" очередно открываются на период времени Т напряжениями с выхода регистра 15 (фиг. 2, поэ. 37-39). Происходит поэтапная запись максимальньго. значения входной проводимос- . ти на соответствующих накопителях 26- 28 (фиг. 2, поз. 46-48). В дальней шем происходит поочередное открывание выходных ключей 29-31 напряжением с выхода соответствующих инверторов. 19-21 (фиг. 2, поз. 40-42). При этом с задержкой на время Т, по сравнению с записью информации в течение времени Тц происходит поэтапное подключение выходов накопителей 26-28 через выходные ключи 29- 31 к входам нуль-органа 32 (фиг. 2, поз. 46-48). 485, 6Периодический сброс в нулевое положение накопителей 26-28 (пиковых) а начале периода Т происходит импульсами (фиг. 2, поз. 43-45), пода- . ваемами на управляющие входы накопи- .телей 26-28 от формирователей 16-18 импульсов сброса соответственно.В процессе постепенного увеличения усилия сжатия пьезоэлементов, начиная с нулевого значения, происходит увеличение входной проводимости 52 и амплитуды механических колебаний 54 (фиг. 3 и 4), а резонансная.частота 5 1 уменьшается. При достижении определенной величины усилия сжатия степень изменения этих параметров замедляется до нулевого значения, т.е. эти параметры проходят через .экстремумы, При увеличении давления происходит перемена знака производной изменения параметров: входной проводимости, амплитуды механическйх колебаний и резонансной частоты (фиг. 3 и 4).В момент достижения оптимальной величины усилия сжатия первая производная по входной проводимости, амплитуде механических колебаний и резонансной частоте равна нулю. В этих условиях на нуль-орган 32 подаются одинаковой величины входные напряжения (фиг. 2 поз. 49). При этом нуль- орган срабатывает и с его выхода по- дается запирающее напряжение на вход силового вентиля 33, при этом доступ напряжения источника 34 к двигателю 13 прекращается (фиг. 2, поз. 50) и сжатие пьезоэлементов также, прекращается. В этих случаях вся 1 колебательная система, а также пьезоэлементы сжаты оптимально, что обеспечивает максимум амплитуды механических колебанйй на выходе концентратора 8.Этим же условиям соответствует максимальный КПД, преобразования электрической энергии в механическую.Такаю образом удается произвести оптимальную настройку всей ультразвуковой колебательной системы с повышенной точностью.аказ 4265/13 Тираж 452 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/