CN104768661B - 用于确定超声波‑振动机构的工作范围的方法和电路布置结构 - Google Patents

用于确定超声波‑振动机构的工作范围的方法和电路布置结构 Download PDF

Info

Publication number
CN104768661B
CN104768661B CN201380046759.7A CN201380046759A CN104768661B CN 104768661 B CN104768661 B CN 104768661B CN 201380046759 A CN201380046759 A CN 201380046759A CN 104768661 B CN104768661 B CN 104768661B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
generator
phase
voltage
measuring circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380046759.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104768661A (zh
Inventor
X·布鲁恩
R·布罗斯蔡特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weber Ultrasound Co., Ltd.
Original Assignee
Weber Ultrasonic Wave Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weber Ultrasonic Wave Co Ltd filed Critical Weber Ultrasonic Wave Co Ltd
Publication of CN104768661A publication Critical patent/CN104768661A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104768661B publication Critical patent/CN104768661B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0238—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
    • B06B1/0246—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal
    • B06B1/0261—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal taken from a transducer or electrode connected to the driving transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/40—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups with testing, calibrating, safety devices, built-in protection, construction details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于确定超声波‑振动机构(7)的工作范围的方法，该超声波‑振动机构(7)由发电机(2)通过输出端(2a)供给电能并被激励以引起超声波振动，其中，至少由超声波‑振动机构(7)的组件、优选包含在该超声波‑振动机构中的超声波换能器(8)，和发电机(2)的组件、优选在输出端侧的匹配网络(2b)，构成谐振电路(2c、2d)，所述方法的特征在于，将测量电路(3)连接在发电机(2)的输出端(2a)的上游，通过测量电路(3)向谐振电路施加电压(U)，借助于测量电路(3)测量谐振电路的阻抗的至少相位、优选数值和相位，和对阻抗的至少相位、优选相位和数值进行评估，以便确定工作范围。本发明此外还涉及一种用于实施上述方法的电路布置结构。

Description

用于确定超声波-振动机构的工作范围的方法和电路布置 结构
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于确定超声波-振动机构的工作范围的方法，所述超声波-振动机构由发电机通过输出端供给电能并被激励以引起超声波振动，其中，至少由超声波-振动机构的组件、优选包含在该超声波-振动机构中的超声波换能器，和发电机的组件、优选在输出端侧的匹配网络，构成谐振电路。
本发明此外还涉及一种根据权利要求8的前序部分所述的用于实施根据本发明的方法的电路布置结构，该电路布置结构具有超声波-振动机构，该超声波-振动机构连接到发电机上并且能够由该发电机通过输出端供给电能并能够被激励以引起超声波振动，其中，至少由超声波-振动机构的组件、优选包含在该超声波-振动机构中的超声波换能器，和发电机的组件、优选在输出端侧的匹配网络，构成谐振电路。
背景技术
超声波-振动机构(也称作超声波-振动系统)不仅应用于超声波清洗领域，还应用于其他技术领域，例如借助于超声波进行焊接或切割。除了借助于高频电信号通过激励引发振动的超声波-发电机外，还需要振动机构，该振动机构具有超声波换能器(例如压电换能器)，或者与一种这样的将电振动转换为机械振动的超声波换能器共同作用。此外所述振动机构还具有原本的超声波振动器或超声波辐射器或者超声震荡单元(Sonotrode)，用于向介质或工件发出原本的超声波振动。
振动机构或超声波换能器与超声波-发电机连同其匹配网络一起构成了电磁谐振电路。根据使用领域，振动机构可以设计具有不同的几何形状和尺寸以及不同的材料，其中，振动机构由于其形状和组成以及由此带来的所述谐振电路的特性变化，所以具有不同的工作范围，这与所需的最优的激励频率有关。所述的工作范围可以在频率范围方面由所谓的并联和串联谐振在振动特性方面的谐振点(谐振频率)来定义或限定。在知道发电机和振动机构共同作用时的谐振点的情况下，可以确定出有此装备的超声波仪器的最优的工作范围。
如果必须更换振动机构，新的振动机构或相应的谐振电路通常不具有与之前所使用的振动机构相同的起始频率或相同的工作范围。“起始频率”是指发电机的那种在相应的超声波仪器开始运行时以此来最初激励振动机构的激励频率。该起始频率尤其应这样选择，使得所述仪器或振动机构不受到损害。外部参数的改变——例如大的温度波动——也会造成振动机构或整个谐振电路的谐振点的移动。不知道谐振点就不知道整个装置的工作范围。
因此在做出替换或出现所谓的改变时，通常要重新确定起始频率，并相应重新调整工作范围。为此需要相应的测量工具、例如阻抗分析器，但这些测量工具昂贵并且操作复杂。而超声波-振动机构却不能在未经相应调整的情况下正常使用。
现有技术公开的一种马上确定谐振点并且还确保振动机构准确运行的解决方案是，在空转时发出声波的情况下，也就是利用自有振动的振动机构在没有介质或压力或相应地没有阻尼的情况下，借助于对频率范围的频率扫描(Scan)来确定谐振点。该振动机构为此在发电机功率较低时由脉冲宽度调制信号加载，其中在空转中对特定频率范围进行扫描。通过对功率、相位以及电流通过量的分析来确定出谐振点，以便确定工作范围。但是在空转中的声波发出一方面会造成非常高的声强，另一方面会使振动机构由于激励而受到过高功率的损害并因此无法工作。还有可能对操作人员构成危险。
发明内容
因此本发明的目的是，可以在避免所述缺陷的情况下快速且简单地确定振动机构的工作范围。
该目的根据本发明由具有权利要求1特征的方法得以实现。此外，该目的还由具有权利要求8特征的用于实施所述方法的电路布置结构得以实现。从属权利要求涉及各有利的改进方案。
根据本发明提出了一种用于确定超声波-振动机构的工作范围的方法，该超声波-振动机构由发电机通过输出端供给电能并被激励以引起超声波振动，其中，至少由超声波-振动机构的组件、优选包含在该超声波-振动机构中的超声波换能器，和发电机的组件、优选在输出端侧的匹配网络，构成谐振电路，其特征在于，将测量电路连接在所述发电机的输出端的上游，通过测量电路向谐振电路施加电压，借助于测量电路测量谐振电路的阻抗的至少相位、优选数值和相位，并且对阻抗的至少相位、优选数值和相位进行评估，以便确定工作范围。
所述阻抗是复交流电压和复交流电流的比值，并且对于本领域专业人员而言包含了对两种信息的概括：它给出了正弦式的交流电压与正弦式的交流电流的振幅关系，并且它给出了这两个变量之间的相位移动。后者在本发明中被称作是“阻抗相位”。
根据本发明提出了一种用于实施根据本发明的方法的电路布置结构，该电路布置结构具有超声波-振动机构，该超声波-振动机构与发电机连接并且由该发电机通过输出端供给电能并能够被激励以引起超声波振动，其中，至少由超声波-振动机构的组件、优选包含在该超声波-振动机构中的超声波换能器，和发电机的组件、优选在输出端侧的匹配网络，构成谐振电路，其特征在于，测量电路被连接在发电机的输出端的上游，其中，通过测量电路能够向谐振电路施加电压，其中，借助于测量电路能够测量谐振电路的阻抗的相位、优选数值和相位，并且其中，所述电路布置结构还设计用于，出于确定工作范围的目的，对阻抗的至少相位、优选数值和相位进行评估。
在本发明的说明书中，包含在超声波-振动机构中的超声波换能器和发电机的在输出端侧的匹配网络构成了电谐振电路。如果还额外将影响所述谐振电路的特性的原本的超声波振动器或辐射器加以考虑，那么就形成了一种更宽泛的电机的谐振电路。两种概念在本说明书中含义相同并且统称为“谐振电路”。
通过所述测量电路，可以根据本发明在一种“预扫描/前置扫描(Vorab-scan)”的范围内确定超声波-振动机构的最优的工作范围并且在控制技术上将其用于以后的运行，而无需为此在实质上对处于“空转”中的振动机构本身进行激励来引发振动。
本发明根据一种改进方案提出，所述测量电路与在发电机内部的变压器连接。该测量电路在此可以是本身就布置在发电机内部的。但是也可以备选式提出，测量电路布置在发电机外部，从而实现一种移动式的测量站。
以特别优选的方式提出，所述变压器在初级侧或者次级侧具有感应耦合件、优选初级侧的辅助绕组，该辅助绕组在电路技术上布置在谐振电路和测量电路之间，从而能够执行上述的对谐振电路的测量。最为优选的是，所述变压器在初级侧除了具有用于原本的HF-激励信号的放大器(Endstufe)(触发器)的初级绕组/原绕组外，还具有辅助绕组，该辅助绕组布置在谐振电路和测量电路之间并且在电工技术上与所述谐振电路和测量电路作用连接。有利的是，相对于所述变压器，测量电路布置在初级侧并且谐振电路布置在次级侧。
但本发明决不仅局限于与所述变压器的感应耦合。更确切讲，本发明的另一种改进方案是，通过在所述发电机内部的与另一部件、尤其是电感或扼流圈(线圈)的感应耦合来施加电压或者在与发电机电作用连接的情况下来施加该电压。涉及到本发明的电路布置结构方面，可以相应提出，该测量电路与在发电机内部或者与发电机电作用连接的感应部件相连，优选与其感应耦合。“感应耦合”在此情况下是指利用相应部件的感应特性建立的电磁作用连接，这是本领域技术人员所熟知的。
测量电路优选——但并不局限于此——可以装有运算放大器或阻抗转换器，对此还将进一步详述。根据本发明的电路布置结构的这种构造所涉及到的仅是小量的在电路技术上的花费，尤其是因为所述的变压器在常用的超声波-发电机中一直是存在的。
为了接收和评估所出现的信号，优选提出，所述谐振电路被分配有用于根据频率读取谐振电路阻抗的数值和相位的信号曲线的信号处理单元和/或用于对所测量到的信号曲线进行评估的数据处理单元。所述信号处理单元还可以设计用于产生与阻抗的相位成比例的直流电压。所述数据处理单元优选设置用于，根据所测量的信号曲线来自动识别和/或显示工作范围。无论是信号处理单元还是数据处理单元都可以本身就布置或者形成于发电机内部。也可以将这些单元布置在外部，以便能够进行移动式评估，其中可以在发电机的相应的信号输出端截取将要处理或将要评估的信号。一种实现评估的方案是使用常用的示波器。
特别优选的是，本发明为了实现激励谐振电路而提出，通过在所述发电机内部的变压器上的、在初级侧或次级侧的感应耦合件、优选通过发电机的初级侧的辅助绕组，向谐振电路施加电压。在此情况下优选通过与变压器的感应耦合、优选是与变压器的初级侧的辅助绕组的感应耦合来测量阻抗的数值和/或相位。优选施加数量级为1-50V、优选约1至15V、最为优选约5V的相对较小的电压。在此直接通过感应耦合件或辅助绕组向谐振电路或振动机构施加电压，而不通过放大器或相应的初级侧的变压器绕组。因此特别有利的是，在初级侧对谐振电路的阻抗进行测量，其中所述测量仅在使用所述变压器-辅助绕组的情况下进行，并且完全无需对放大器进行加载。因此并不——像现有技术所公开的那样——对振动机构激励以引起振动。因此所述测量是无噪声进行的并且不会对操作者或仪器构成已经提到的危险。
所述测量电路还优选具有能够向该处施加借助于测量电路进行测量所要使用的频率f的频率输入端。在一种实施方案中还优选提出，通过变压器的初级侧的辅助绕组来测量或确定谐振电路的阻抗的数值和相位。为了进行测量或者相应信号处理和评估，优选借助于合适设计的信号处理单元来在测量电路的相应的信号输出端截取测量信号。该信号处理单元可以专门设计用于出于评估目的而产生与所测量出的谐振电路阻抗相位成比例的直流电压。
于是，优选由信号处理单元向数据处理单元发送所测量的或截取的信号，其中如上面所述那样，对信号的评估优选根据与阻抗的相位成比例的直流电压进行。根据相位所具有的数值和/或符号，数据处理单元可以识别出，谐振电路或振动机构处于其工作范围中的哪一区段。例如，0°的阻抗-相位(相位中的电压和电流)指示一个谐振点。因此能够利用一系列预先规定的基本频率在扫描曲线中识别出相应的谐振点。阻抗测量使得能够识别出并且确定出振动机构究竟是否被连接上(振动机构没有较高数值的恒定相位)或者在馈电线中是否出现短路(相位与调整的频率无关地为0°)。该布置结构因此可以用于简单查找故障。
优选的是，在原来开始运行超声波仪器之前进行所述的扫描或者所述的仔细的预扫描。
对谐振电路的阻抗的测量在根据本发明的相应的实施方案中不必利用外部的阻抗分析器来进行，而是可以利用已经存在的发电机来进行，因为所述变压器在所使用的超声波发电机中是一直存在的，并且仅需要在其初级侧添加一个辅助绕组。
所述方法可以额外地或者备选地还在长时间运行中使用，以便实现对谐振电路并进而对振动机构的持续监控。在这种情况下优选的是，所述数据处理单元向其他仪器、尤其是向发电机提供相应的控制信号，从而在监控指示出功能故障的情况下阻止或者限制对振动机构的能量供给。通过不对振动机构进行激励避免在开始运行之前或过程中的损害，并且避免了噪音干扰。
附图说明
本发明的其他细节和特征可以从下面借助附图对实施例的说明中看出。附图示出：
图1示出带有根据本发明的用于实施根据本发明的方法的电路布置结构的变压器的等效电路图；
图2示出根据本发明的电路布置结构的示意性的功能电路图；
图3示出一种可能的、作为根据本发明的电路布置结构的一部分的测量电路的详细的电路图；
图4示出根据本发明的方法的实施方案的流程图；和
图5-7示出在根据本发明的方法的范围内对各测量进行评估时所测量的信号曲线的各示例。
具体实施方式
图1中示出了超声波振动系统的等效电路图，该超声波振动系统根据本发明的一个实施方式具有变压器1(画虚线的盒子)，该变压器布置在(超声波-)发电机2的内部。该变压器1还与测量电路3连接。初级侧的变压器绕组4通过铁氧体磁芯5与电感(次级侧的变压器绕组)6作用连接，其中，所述变压器1还在所示的实施例中具有额外的初级侧的辅助绕组4a。
电感6在变压器1的次级侧上与超声波换能器8电连接，该超声波换能器8借助于电缆10连接到发电机2的输出端2a上并且与电感6和发电机2的通常存在的匹配网络2b一起构成电的谐振电路2c。所述超声波换能器8、例如压电换能器(Piezowandler)将发电机2的电能转换为机械能。在超声波换能器的下游连接有原本的超声波振动器8a，其中，超声波换能器8和超声波振动器8a构成了超声波-振动机构7，从而能够借助于超声波换能器8激励所述超声波振动器8a、例如超声波-切割刀，来引起机械振动。电谐振电路2c的部件2b、8连同超声波振动器8a一起构成了拓宽了的电机谐振电路，该谐振电路在图1中用附图标记2d表示。电能可以借助于变压器1或发电机2传导给谐振电路2c、2d，其中在常规运行中，由放大器(触发器)9对所需频率的电激励信号进行放大，该放大器通过所述初级侧的变压器绕组4(放大器绕组)连接到变压器1上。
所述发电机2并且在此尤其是测量电路3与信号处理单元11相连以用于截取谐振电路2c、2d的电信号并且与数据处理单元12相连以用于对所截取到的信号进行进一步评估。后者(数据处理单元)具有合适的处理器装置，例如在带有相应评估软件的常用的计算机中的处理器装置，或者还具有一个示波器。在所示的实施方式中，信号处理单元11和数据处理单元12都设置在发电机2的外部。
在此要说明的是，本发明原则上并不局限于通过初级侧的辅助绕组使测量电路3耦合到变压器1上。一种备选方案是，还可以使用次级侧的辅助绕组，或者如图2所示，可以普通地实现测量电路与变压器或者与其他有感应作用的部件(在此未示出)的感应耦合。
图2示出了在本发明范围内可使用的测量电路的基础性的功能电路图。所示出的是已经提到的变压器(“Trafo”)，其余的测量电路与该变压器感应耦合。该电路具有一个任意设计的电流比较器和一个同样也任意设计的电压比较器，该电流比较器和电压比较器与频率发生器连接。电流比较器提供电流测量信号，电压比较器提供电压测量信号。两种测量信号都被提供给评估装置，以便确定与变压器耦合的谐振电路(见图1)的阻抗的相位和/或数值。
图3中示出了作为根据本发明的电路布置结构的一部分的测量电路3的详细电路图，利用该测量电路能够实施根据图2的方案。该图示出了借助于运算放大器构成的示例性的电路。设有信号输入端A，通过该信号输入端能够向测量电路3施加特定的、要用来执行对谐振电路测量的频率(见图2中的“频率发生器”)。所述频率在(预)扫描过程中可以尤其不断变化。测量电路3还具有大量的电阻，这些电阻在图3中用R1至R6表示。还设有二极管D和电容器C1、C2。测量电路3通过节点K连接到初级侧的变压器-辅助绕组4a上(见图1)并且这样与其余的电路布置结构或谐振电路在信号技术上连接。在根据图3的电路图中，还布置有两个运算放大器13，在其下游分别连接有一个反相的施密特触发器(Schmitt-Trigger)14，从而形成一个作为电流比较器的所谓的跨阻抗转换器。作为电路3的测量信号或输出端信号的是通过输出端B1可截取到的与谐振电路中流动的电流的相位有关的信号和通过输出端B2可截取到的与谐振电路中存在的电压的相位有关的信号。
如本领域人员可轻易看出地，本发明决不局限于使用根据图3的电路。各种提供类似测量结果的电路都可以在本发明的范围内选择性地加以使用。同样可以例如选择性地实现带有阻抗转换器(例如AD5933或者AD5934)的电路3。
图4中示出了根据本发明的方法的流程图。在本发明方法的启动步骤之后，按照步骤F将低电压的测量-激励信号经由根据图3的测量电路3的输入端A直接传递给谐振电路2c、2d(见图1)，也就是经由变压器1的辅助绕组4a并且经由连接在下游的、发电机2的部件传递给超声波换能器8。通过频率输入端A以(优选可变的)频率f向所述电路布置结构输送测量信号，其中，向辅助绕组4a仅施加低数值的电压U。电压U从约1-50V的电压数值范围中选出，并且在此处所述实施例中优选为U＝5V。由于电压是经由辅助绕组4a传递给谐振电路2c、2d的，所以在放大器9处未施加电压。因而经由放大器9向超声波换能器8所传递的激励信号也就不会发生放大。因此仅在低水平上出于阻抗测量的目的而激励谐振电路2c、2d，而不会进行电能向机械振动能的明显转换。因此也不会进行像通过超声波换能器8那样对振动机构7的明显激励。
在下面的步骤G中，借助于测量电路3测量谐振电路的阻抗，其中如图2所示，在输出端B1处截取电流方面的测量信号并且通过输出端B2截取电压方面的测量信号。
随后在步骤H中借助于信号处理单元11接收所述信号。接下来在步骤I中，根据与阻抗的相位(电流和电压之间的相位差)成比例的直流电压利用数据处理单元12对所测量和接收的信号曲线进行评估。为使评估简单快速，可以例如使用常用的示波器。
图5至7示例性示出了借助于作为信号处理单元11和数据处理单元12的示波器对所述信号或信号曲线的评估。
各有一条第一线15表示对电压信号的评估，第二线16表示对电流信号的评估。在此可以看出在信号15、16的过零点之间的各相对相位位置。对应于时间差Dt的该相对相位位置给出了以下结论：在振动系统的工作范围内达到了哪个点，是否存在短路或者振动机构7或所属的超声波换能器8(见图1)究竟是否被连接上。为此也要观察符号位。例如，在串联谐振的和并联谐振的谐振点之间的范围中(工作范围)，阻抗的相位应显示正符号位和不是零的数值，其中电流超前于电压(见图7)。在串联谐振下部要预期的是数值不等于零的负相位。在并联谐振上部，应同样能测量到的一个带有负符号位的、数值不等于零的相位(见图6)。在相位与频率无关地为0°时，出现了短路；在相位数值不等于零并且负符号位与频率无关时，振动机构7可能出现故障或者被错误连接(所谓的“开路”)。
通过所示的评估——该评估优选由根据图1的元件11、12进行并且其结果然后能够在控制或调节技术上反作用于根据图1的整个系统的运行——可以确定相应相位(电流、电压)的数值并由此确定谐振电路2c、2d(见图1)的阻抗的相位。借助于调谐频率范围和相应施加所述的测量电压U来确定谐振点的位置，之后以经济的方式确定出振动机构7的工作范围并将其用于对该仪器的控制。
对此，图5示出了在谐振电路的并联或串联谐振点处进行评估的例子。与信号15、16的过零点的时间差别Dt相对应，阻抗的相位基本显示正好为0°。相位的数值在这些谐振点处应一直为零。该状态在正常连接的振动系统中两次出现在工作范围中或在其边界处。
图6中示例性地示出了电压信号15超前于电流信号16的这种情况(负相位)。在串联谐振下部和并联谐振上部，可以期待的是一个这样的、数值不等于0°的负相位。
图7中示出了串联和并联谐振之间的频率范围(工作范围)的示图。在此，相位在正符号位的情况下的数值为>0°，也就是说，电流16超前于电压15。
如果根据图5在所有频率上测量信号，那么存在的是短路情况，其中然后以与所选择的频率无关的方式测量到相位约为0°。当频率位于所使用的谐振电路的串联谐振频率之下或者并联谐振之上时，在工作着的谐振电路中所检查到的原本应为数值不等于零的负相位(见图6)；在谐振位置之间相反是不等于零的正相位(见图7)。
图6相反示出了振动机构的绝对有故障的情况，即以与所选择的频率无关的方式在频率特性上测量到的是小于0°的相位。而如果振动机构被正确连接，那么根据图5至7的所有的测量情况都至少会出现一次。
附图标记列表：
1 变压器
2 发电机
2a 发电机-输出端
2b 匹配网络
2c 谐振电路(电)
2d 谐振电路(电机式)
3 测量电路
4 变压器绕组
4a 辅助绕组
5 铁氧体磁芯
6 电感
7 振动机构
8 超声波换能器
8a 超声波辐射器，超声波振动器；超声震荡单元
9 放大器
10 电缆
11 信号处理单元
12 数据处理单元
13 运算放大器
14 反相的施密特触发器
15 电流信号
16 电压信号
A 输入端频率
B1 输出端相位电流
B2 输出端相位电压
C1-2 电容
D 二极管
K 节点
R1-6 电阻
F-I 方法步骤

Claims (31)

1.一种用于确定超声波-振动机构(7)的工作范围的方法，该超声波-振动机构(7)由发电机(2)通过输出端(2a)供给电能并被激励以引起超声波振动，其中，至少由超声波-振动机构(7)的组件和发电机(2)的组件构成谐振电路(2c、2d)，
其特征在于，
-将测量电路(3)连接在所述发电机(2)的输出端(2a)的上游，
-通过测量电路(3)向谐振电路施加电压(U)，
-借助于测量电路(3)至少测量谐振电路的阻抗的相位，和
-至少对阻抗的相位进行评估，以便确定工作范围，
其中所述测量电路连接至放大器(9)，该放大器(9)构造用于向谐振电路(2c，2d)施加信号以激励所述超声波-振动结构，并且当经由测量电路(3)施加电压(U)时，在放大器(9)处不存在电压。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
通过在所述发电机(2)内部的感应耦合件来施加电压(U)或者在与发电机(2)电作用连接的情况下来施加该电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
通过在所述发电机(2)内部的变压器(1)上的、在初级侧或次级侧的感应耦合件向谐振电路施加电压(U)。
4.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
通过所述感应耦合件来测量阻抗的数值和/或相位。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
施加数量级为1-50V的电压(U)。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
为确定所述工作范围，借助于信号处理单元(11)来在测量电路(3)的信号输出端(B1、B2)上截取借助于测量电路(3)所测量的信号。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，
所述所测量的信号由信号处理单元(11)发送至数据处理单元(12)，在该数据处理单元中根据与阻抗的相位成比例的直流电压对信号进行评估。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波-振动机构(7)的组件包括包含在该超声波-振动机构中的超声波换能器(8)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发电机(2)的组件包括在输出端侧的匹配网络(2b)。
10.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，借助测量电路(3)测量谐振电路的阻抗的数值和相位。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，对阻抗的相位和数值进行评估，以便确定工作范围。
12.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，所述感应耦合件是电感或扼流圈。
13.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，通过发电机(2)的初级侧的辅助绕组(4a)向谐振电路施加电压(U)。
14.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，通过变压器(1)的初级侧的辅助绕组(4a)来测量阻抗的数值和/或相位。
15.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，施加数量级为1-15V的电压(U)。
16.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，施加数量级为5V的电压(U)。
17.一种用于实施根据权利要求1-16中任一项所述的方法的电路布置结构，该电路布置结构具有超声波-振动机构(7)，该超声波-振动机构(7)与发电机连接并且能够由该发电机(2)通过输出端(2a)供给电能并能够被激励以引起超声波振动，其中，至少由超声波-振动机构(7)的组件和发电机(2)的组件构成谐振电路(2c、2d)，
其特征在于，
测量电路(3)被连接在所述发电机(2)的输出端(2a)的上游，其中，通过测量电路(3)能够向谐振电路(2c、2d)施加电压(U)，其中，借助于测量电路(3)能够测量谐振电路(2c、2d)的阻抗的相位，其中，所述电路布置结构还设计用于，出于确定工作范围的目的，至少对阻抗的相位进行评估，
其中所述测量电路连接至放大器(9)，该放大器(9)构造用于向谐振电路(2c，2d)施加信号以激励所述超声波-振动结构，并且当经由测量电路(3)施加电压(U)时，在放大器(9)处不存在电压。
18.根据权利要求17所述的电路布置结构，
其特征在于，
所述测量电路(3)与在发电机(2)内部的变压器(1)或感应部件连接或者与发电机(2)电作用连接。
19.根据权利要求18所述的电路布置结构，
其特征在于，
所述变压器(1)在初级侧或者次级侧具有感应耦合件。
20.根据权利要求19所述的电路布置结构，
其特征在于，
相对于所述变压器(1)，测量电路(3)布置在初级侧并且谐振电路(2c、2d)布置在次级侧。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的电路布置结构，
其特征在于，
所述谐振电路(2c、2d)被分配有用于读取由测量电路(3)所提供的测量变量信号曲线的信号处理单元(11)。
22.根据权利要求17至20中任一项所述的电路布置结构，
其特征在于，
所述谐振电路(2c、2d)被分配有用于评估所测量的信号曲线的数据处理单元(12)，该数据处理单元(12)设置用于，根据所测量的信号曲线来识别和/或显示工作范围。
23.根据权利要求17所述的电路布置结构，其特征在于，所述超声波-振动机构(7)的组件包括包含在该超声波-振动机构中的超声波换能器(8)。
24.根据权利要求17所述的电路布置结构，其特征在于，所述发电机(2)的组件包括在输出端侧的匹配网络(2b)。
25.根据权利要求17所述的电路布置结构，其特征在于，其中，借助于测量电路(3)能够测量谐振电路(2c、2d)的阻抗的数值和相位。
26.根据权利要求25所述的电路布置结构，其特征在于，其中，所述电路布置结构还设计用于，出于确定工作范围的目的，对阻抗的数值和相位进行评估。
27.根据权利要求18所述的电路布置结构，其特征在于，其中，所述测量电路(3)与发电机(2)感应耦合。
28.根据权利要求19所述的电路布置结构，其特征在于，所述感应耦合件是初级侧的辅助绕组(4a),该辅助绕组在电路技术上布置在谐振电路(2c、2d)和测量电路(3)之间。
29.根据权利要求21所述的电路布置结构，其特征在于，所述信号处理单元(11)设计用于产生与阻抗的相位成比例的直流电压。
30.根据权利要求22所述的电路布置结构，其特征在于，该数据处理单元(12)设置用于自动地根据所测量的信号曲线来识别和/或显示工作范围。
31.根据权利要求22所述的电路布置结构，其特征在于，该数据处理单元(12)设置用于，为了产生用于发电机(2)的控制或调节信号，根据所测量的信号曲线来识别和/或显示工作范围。
CN201380046759.7A 2012-09-10 2013-09-09 用于确定超声波‑振动机构的工作范围的方法和电路布置结构 Active CN104768661B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012215994.0 2012-09-10
DE102012215994.0A DE102012215994A1 (de) 2012-09-10 2012-09-10 Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bestimmen eines Arbeitsbereichs eines Ultraschall-Schwinggebildes
PCT/EP2013/068556 WO2014037550A2 (de) 2012-09-10 2013-09-09 Verfahren und schaltungsanordnung zum bestimmen eines arbeitsbereichs eines ultraschall-schwinggebildes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104768661A CN104768661A (zh) 2015-07-08
CN104768661B true CN104768661B (zh) 2018-01-26

Family

ID=49170667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380046759.7A Active CN104768661B (zh) 2012-09-10 2013-09-09 用于确定超声波‑振动机构的工作范围的方法和电路布置结构

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9656299B2 (zh)
EP (1) EP2892660B1 (zh)
KR (1) KR102038920B1 (zh)
CN (1) CN104768661B (zh)
DE (1) DE102012215994A1 (zh)
TW (1) TWI632353B (zh)
WO (1) WO2014037550A2 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012217318A1 (de) 2012-09-25 2014-05-28 Weber Ultrasonics Gmbh Kommunikationseinrichtung für ein Ultraschallgerät und Verfahren zum Betreiben eines solchen
CN108574425B (zh) * 2018-05-15 2019-11-05 业成科技（成都）有限公司 压电组件谐振补偿电路及方法
CN111227635A (zh) * 2018-11-29 2020-06-05 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 烹饪器具及超声波振子的驱动控制方法、装置
DE102019109262A1 (de) * 2019-04-09 2020-10-15 Lisa Dräxlmaier GmbH VORRICHTUNG ZUM BESTIMMEN EINES ZUSTANDS EINES ULTRASCHALLSCHWEIßPROZESSES
CN114101015B (zh) * 2022-01-25 2022-07-05 深圳市大族封测科技股份有限公司 一种超声波换能器及其控制系统、方法和装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4849872A (en) * 1986-07-25 1989-07-18 Gaessler Herbert Process and apparatus for phase-regulated power and frequency control of an ultrasonic transducer

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4879528A (en) 1988-08-30 1989-11-07 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic oscillation circuit
US5151085A (en) * 1989-04-28 1992-09-29 Olympus Optical Co., Ltd. Apparatus for generating ultrasonic oscillation
DE3925459A1 (de) * 1989-08-01 1991-02-14 Ferton Holding Ultraschallerzeuger mit einem piezoelektrischen wandler
US4973876A (en) * 1989-09-20 1990-11-27 Branson Ultrasonics Corporation Ultrasonic power supply
US5900690A (en) * 1996-06-26 1999-05-04 Gipson; Lamar Heath Apparatus and method for controlling an ultrasonic transducer
US20020049551A1 (en) * 2000-10-20 2002-04-25 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Method for differentiating between burdened and cracked ultrasonically tuned blades
US20030222535A1 (en) * 2002-06-04 2003-12-04 Igory Gofman Ultrasonic driver
US7002283B2 (en) * 2003-06-03 2006-02-21 Asm Assembly Automation Ltd. Ultrasonic transducer assembly
US8115366B2 (en) * 2008-10-23 2012-02-14 Versatile Power, Inc. System and method of driving ultrasonic transducers
US9018887B2 (en) * 2010-04-01 2015-04-28 Westdale Holdings, Inc. Ultrasonic system controls, tool recognition means and feedback methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4849872A (en) * 1986-07-25 1989-07-18 Gaessler Herbert Process and apparatus for phase-regulated power and frequency control of an ultrasonic transducer

Also Published As

Publication number Publication date
US20150246373A1 (en) 2015-09-03
TWI632353B (zh) 2018-08-11
WO2014037550A2 (de) 2014-03-13
EP2892660B1 (de) 2022-11-02
KR102038920B1 (ko) 2019-10-31
US9656299B2 (en) 2017-05-23
WO2014037550A3 (de) 2014-06-26
DE102012215994A1 (de) 2014-03-13
EP2892660A2 (de) 2015-07-15
CN104768661A (zh) 2015-07-08
KR20150065723A (ko) 2015-06-15
TW201423058A (zh) 2014-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104768661B (zh) 用于确定超声波‑振动机构的工作范围的方法和电路布置结构
RU2702640C2 (ru) Устройство для генерирования ультразвукового колебания в инструменте и для измерения параметров колебания
CN107850484A (zh) 用于测量超声振动加工的工具的共振频率的方法和设备
CN102639258B (zh) 用于电容式机电变换器的控制设备以及控制电容式机电变换器的方法
US9146163B2 (en) Proximity and strain sensing
AU596498B2 (en) Transformer testing
JP4829285B2 (ja) 磁歪振動子を用いた容器部内の圧力測定装置｛Ｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓｉｎｓｉｄｅａｖｅｓｓｅｌｕｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅａｃｏｕｓｔｉｃｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ｝
CN103907119A (zh) 用于检查天线线圈的方法
CN104011528B (zh) 用于确定和/或监测至少一个过程变量的装置
CN102027660A (zh) 用于估计变压器或者电抗器的绕组封装上的夹持力的方法和设备
CN105026942A (zh) 用于检查电路的方法和设备
CN105317915A (zh) 减振系统以及车辆
KR102020628B1 (ko) 초음파 센서의 구동 주파수 최적화 장치 및 그 방법
TWI618368B (zh) 超音波裝置之通訊配置與操作該超音波裝置的方法
CN113677473B (zh) 用于确定超声波焊接工艺状态的设备
CN110545926B (zh) 包括两个超声波探头的超声波机床及其运行方法
KR102430628B1 (ko) 초음파 가공 장치, 초음파 가공 장치 구성 방법 및 이러한 타입의 초음파 가공 장치를 가진 시스템
AU2019270338A1 (en) State analysis of an inductive operating resource
US11215853B2 (en) Electric circuit and method for driving an acousto-optic crystal
JP7279489B2 (ja) 計測装置及びその計測方法
JP4723382B2 (ja) Ａｔｓ地上子ｑ値計測装置及び方法
JP6913182B2 (ja) 送電装置、非接触送電装置
JP2020177995A (ja) 計測装置及びその計測方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190311

Address after: Karlsbat-Itesbach, Germany

Patentee after: Weber Ultrasound Co., Ltd.

Address before: Karlsbat-Itesbach, Germany

Patentee before: Weber ultrasonic wave Co., Ltd

TR01 Transfer of patent right