EA014548B1 - Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем - Google Patents
Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем Download PDFInfo
- Publication number
- EA014548B1 EA014548B1 EA200901362A EA200901362A EA014548B1 EA 014548 B1 EA014548 B1 EA 014548B1 EA 200901362 A EA200901362 A EA 200901362A EA 200901362 A EA200901362 A EA 200901362A EA 014548 B1 EA014548 B1 EA 014548B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- amplifier
- feedback circuit
- oscillations
- input
- ultrasonic
- Prior art date
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
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для получения механических колебаний ультразвуковой частоты с использованием электрической энергии. Для упрощения конструкции, увеличения технологической нагрузки и повышения стабильности работы устройство содержит электроакустический преобразователь, подсоединенный к усилителю, включенному в цепь обратной связи, источник мощности, датчик силы тока в цепи питания электроакустического преобразователя, организованной посредством цепи обратной связи, имеющей фазовращатель, вход которого присоединен к датчику силы тока, а выход связан с входом усилителя.
Description
Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов и предназначено для получения механических колебаний ультразвуковой частоты с использованием электрической энергии.
Известен ультразвуковой генератор с фазовой автоподстройкой частоты, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и усилитель мощности, связанный с ультразвуковым преобразователем, соединенным с выходом датчика тока, а также звено фазовой автоподстройки частоты, связанное с регулировочным элементом, выходом соединенное с входом задающего генератора (КИ 25699).
Недостатком известного устройства является невозможность реализовать всю амплитудночастотную характеристику, так как существуют ветви, неустойчивые в режимах вынужденных колебаний. Именно по этой причине устройство не обладает достаточной стабильностью, что уменьшает возможную технологическую нагрузку.
Возможные конфигурации амплитудно-частотных характеристик такой ультразвуковой технологической системы при различных значениях силы подачи Р изображены на фиг. 1. Тонкими сплошными линиями показаны скелетные кривые а, определяющие зависимость собственной частоты нелинейной системы от амплитуды колебаний, и линия предельных амплитуд б, являющаяся огибающей резонансных кривых.
При Р=0, т.е. на холостом ходу, имеем обычную амплитудно-частотную характеристику линейной колебательной системы. При увеличении силы подачи до некоторого критического значения Ркр характер резонансной кривой не меняется, а резонансная частота смещается в область более высоких частот. При превышении критического значения силы подачи происходит резкое изменение вида резонансной кривой. Появляется неустойчивая ветвь, показанная штрихпунктирной линией. При этом выход на резонансный режим может быть осуществлен либо затягиванием колебаний из области более высоких частот, либо жестким запуском, сообщая системе дополнительную энергию. Но даже если удается выйти на резонансный режим, то удержаться в окрестности резонансного состояния весьма проблематично, поскольку малое уменьшение частоты возбуждения либо малое увеличение нагрузки приводят к срыву колебаний, как показано вертикальной стрелкой на фиг. 1.
Из этого следует необходимость подстройки частоты при изменении условий работы ультразвуковой системы. Видно, что при малом изменении условий происходит резкое уменьшение амплитуды колебаний системы, настроенной на собственную частоту ω0. В устройстве-аналоге, как и в большинстве известных устройств с реализацией вынужденных колебаний, делается попытка реализации подстройки путем изменения частоты задающего генератора. При этом принимается во внимание тот факт, что на резонансе сдвиг фазы между напряжением и током в цепи питания есть величина постоянная и отклонение от этого постоянного значения используется в качестве критерия настройки на резонансную частоту.
Следует отметить, что какова бы ни была структура блока управления частотой задающего генератора, работающая в режиме вынужденных колебаний схема работоспособна только при усилиях подачи Р<Ркр, пока не проявляются нелинейные эффекты в поведении резонансных кривых. При Р>Ркр любое перерегулирование приводит к срыву колебаний. Поэтому известное устройство не позволяет использовать все потенциальные возможности ультразвуковых технологических систем. Дело в том, что реализация нелинейных резонансных режимов дала бы возможность работать при усилиях подачи, в десятки раз превышающих критическую величину Ркр.
Наиболее близким техническим решением является устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем, содержащее электроакустический преобразователь и датчик колебаний, подсоединенные к усилителю, включенному в цепь обратной связи, и источник мощности (8И 483148). В качестве датчика колебаний используется микрофон, установленный с зазором по отношению к свободному торцу колебательной системы, возбуждаемой электроакустическим преобразователем.
Недостатком этого устройства является конструктивная сложность установки микрофона в корпусе колебательной системы, обусловленная необходимостью обеспечения излучения бегущей волны свободным торцом колебательной системы, поскольку любые отражения волны от стенок корпуса приводят к образованию стоячих волн и делают устройство неработоспособным.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Техническими результатами, достигаемыми при реализации изобретения, являются упрощение конструкции устройства для возбуждения и стабилизации ультразвуковых систем, увеличение возможной технологической нагрузки и повышение стабильности работы устройства.
Достигается это тем, что устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем, содержащее электроакустический преобразователь, подсоединенный к усилителю, включенному в цепь обратной связи, и источник мощности, согласно изобретению снабжено датчиком силы тока в цепи питания электроакустического преобразователя, организованной посредством цепи обратной связи, которая снабжена фазовращателем, вход которого присоединен к датчику силы тока, а выход связан с входом усилителя.
Сущность изобретения заключается в том, что обратная связь организуется по электрическим, а не по механическим параметрам, как в прототипе.
- 1 014548
На фиг. 1 показано изменение амплитудно-частотных характеристик ультразвуковой технологической системы, работающей на нелинейную технологическую нагрузку при ее изменении, на фиг. 2 изображена блок-схема устройства и на фиг. 3 - характеристика усилителя.
Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем содержит колебательную систему, ультразвуковые колебания которой возбуждаются электроакустическим, например пьезоэлектрическим, преобразователем 1, подсоединенным к усилителю 2, включенному в цепь обратной связи, и источник мощности 3. Датчик 4 силы тока включен в цепь питания электроакустического преобразователя 1, организованную посредством цепи обратной связи. Цепь обратной связи снабжена фазовращателем 5, вход которого присоединен к датчику 4 силы тока, а выход связан с входом усилителя 2. На обкладки преобразователя 1 подается переменное электрическое напряжение. В результате возбуждаются механические колебания, которые передаются рабочему инструменту, установленному на свободном конце концентратора. Вся система поджимается к обрабатываемому изделию (отмечено штриховкой) статической силой Р (фиг. 2). Вибрирующий инструмент производит технологическую операцию. Эффективность выполнения технологического процесса зависит главным образом от величины усилия прижима и амплитуды колебаний инструмента. Чем эти величины больше, тем выше производительность устройства.
В указанной схеме отсутствует задающий генератор, и частота колебаний устройства не навязывается устройству извне. Система работает не в режиме вынужденных колебаний, а в режиме автоколебаний. В этом случае колебания возбуждаются с помощью цепи положительной обратной связи.
В предлагаемом устройстве цепь положительной обратной связи строится с использованием электрических параметров, а именно силы тока в цепи питания преобразователя. Для обеспечения возбуждения и поддержания резонансных колебаний при изменении технологической нагрузки в широких пределах в цепь обратной связи включен фазовращатель, который обеспечивает соответствующий резонансному режиму сдвиг фазы между током и напряжением питания преобразователя.
Так как устройство работает в режиме автоколебаний, нелинейный усилитель строится так, чтобы обеспечить самовозбуждение колебаний. Самовозбуждение происходит, если начальный коэффициент усиления достаточно велик. При релейной характеристике самовозбуждение происходит всегда. Амплитуда колебаний регулируется уровнем ограничения характеристики усилителя (фиг. 3), где ид - напряжение датчика, пропорциональное силе тока в цепи питания, а ив - напряжение питания электроакустического преобразователя. Угол наклона начального участка характеристики определяет начальный коэффициент усиления. При превышении некоторой величины начального коэффициента усиления происходит самовозбуждение автоколебаний.
Амплитуда установившихся автоколебаний определяется уровнем насыщения ин. При определенном значении сдвига фазы, задаваемого фазовращателем, колебания ультразвуковой системы происходят на ее резонансной частоте даже при ее изменениях вследствие изменения параметров системы или технологической нагрузки в широких пределах.
Благодаря реализации в устройстве автоколебательного режима изменением фазы в цепи обратной связи можно реализовать всю амплитудно-частотную характеристику, в том числе и ветви, неустойчивые в режимах вынужденных колебаний. Именно по этой причине заявленное устройство обладает абсолютной стабильностью и позволяет в десятки раз увеличивать технологическую нагрузку по сравнению с системами, работающими в режимах вынужденных колебаний при их одинаковой мощности.
Указанное устройство может быть использовано для точения, волочения проволоки, упрочняющей обработки поверхностей и т.д.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯУстройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем, содержащее электроакустический преобразователь, подсоединенный к усилителю, включенному в цепь обратной связи, и источник мощности, отличающееся тем, что устройство снабжено датчиком силы тока в цепи питания электроакустического преобразователя, организованной посредством цепи обратной связи, которая снабжена фазовращателем, вход которого присоединен к датчику силы тока, а выход связан с входом усилителя.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117548/28A RU2350405C2 (ru) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем |
PCT/RU2007/000699 WO2008140347A1 (fr) | 2007-05-11 | 2007-12-12 | Dispositif pour exciter et stabiliser automatiquement des oscillations par résonance de systèmes ultrasoniques |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA200901362A1 EA200901362A1 (ru) | 2010-04-30 |
EA014548B1 true EA014548B1 (ru) | 2010-12-30 |
Family
ID=40002427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200901362A EA014548B1 (ru) | 2007-05-11 | 2007-12-12 | Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2151283A4 (ru) |
CN (1) | CN101687221B (ru) |
EA (1) | EA014548B1 (ru) |
RU (1) | RU2350405C2 (ru) |
WO (1) | WO2008140347A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011052283A1 (de) * | 2011-07-29 | 2013-01-31 | Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Berechnung der Schwingungsamplitude einer Sonotrode |
DE102017107151A1 (de) * | 2017-04-03 | 2018-10-04 | Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg | Ultraschallbearbeitungsmaschine mit zwei Sonotroden und Verfahren zum Betreiben einer solchen |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU483148A1 (ru) * | 1970-08-31 | 1975-09-05 | Государственный Научно-Исследовательский Институт Машиноведения | Устройство дл автоматической поднастройки частоты генератора ультразвукового станка |
SU557825A1 (ru) * | 1976-02-11 | 1977-05-15 | Предприятие П/Я А-3602 | Ультразвуковой генератор с автоподстройкой частоты |
SU612356A1 (ru) * | 1976-03-24 | 1978-06-25 | Ростовский-На-Дону Институт Сельскохозяйственного Машиностроения | Самонастраивающа с электромеханическа резонирующа система |
JPH04275075A (ja) * | 1991-03-04 | 1992-09-30 | Nec Corp | 超音波モータの駆動方式 |
JPH10226196A (ja) * | 1997-02-17 | 1998-08-25 | Honda Electron Co Ltd | 超音波マーキング装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3743868A (en) * | 1970-10-12 | 1973-07-03 | Denki Onkyo Co Ltd | Driving apparatus for piezoelectric ceramic elements |
FR2618031A1 (fr) * | 1987-07-07 | 1989-01-13 | Thomson Csf | Oscillateur a resonateur piezo-electrique |
IT1228767B (it) * | 1989-03-29 | 1991-07-03 | Electronsystem Spa | Avvisatore acustico per autoveicoli pilotato elettronicamente. |
RU25699U1 (ru) * | 2002-05-23 | 2002-10-20 | Закрытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Медприбор" | Ультразвуковой генератор с фазовой автоподстройкой частоты |
US7017506B2 (en) * | 2003-01-22 | 2006-03-28 | Single Buoy Moorings, Inc. | Marginal gas transport in offshore production |
CN100387363C (zh) * | 2004-08-31 | 2008-05-14 | 中国科学院声学研究所 | 水中音乐体感振动发射压电型换能器 |
DE602005022843D1 (de) * | 2005-06-06 | 2010-09-23 | Technology Partnership Plc Mel | System zur Kontrolle eines elektronischen Treibers für einen Vernebler |
-
2007
- 2007-05-11 RU RU2007117548/28A patent/RU2350405C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-12-12 CN CN2007800532020A patent/CN101687221B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-12 EP EP07866949A patent/EP2151283A4/en not_active Withdrawn
- 2007-12-12 WO PCT/RU2007/000699 patent/WO2008140347A1/ru active Application Filing
- 2007-12-12 EA EA200901362A patent/EA014548B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU483148A1 (ru) * | 1970-08-31 | 1975-09-05 | Государственный Научно-Исследовательский Институт Машиноведения | Устройство дл автоматической поднастройки частоты генератора ультразвукового станка |
SU557825A1 (ru) * | 1976-02-11 | 1977-05-15 | Предприятие П/Я А-3602 | Ультразвуковой генератор с автоподстройкой частоты |
SU612356A1 (ru) * | 1976-03-24 | 1978-06-25 | Ростовский-На-Дону Институт Сельскохозяйственного Машиностроения | Самонастраивающа с электромеханическа резонирующа система |
JPH04275075A (ja) * | 1991-03-04 | 1992-09-30 | Nec Corp | 超音波モータの駆動方式 |
JPH10226196A (ja) * | 1997-02-17 | 1998-08-25 | Honda Electron Co Ltd | 超音波マーキング装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101687221B (zh) | 2011-08-03 |
WO2008140347A1 (fr) | 2008-11-20 |
EP2151283A1 (en) | 2010-02-10 |
CN101687221A (zh) | 2010-03-31 |
RU2350405C2 (ru) | 2009-03-27 |
EA200901362A1 (ru) | 2010-04-30 |
RU2007117548A (ru) | 2008-11-20 |
EP2151283A4 (en) | 2011-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7022089B2 (en) | Ultrasonic wave cosmetic device | |
US9680414B1 (en) | Frequency and amplitude stabilization in MEMS and NEMS oscillators | |
CN107031105B (zh) | 一种适用于消除粉末压制体应力的超声振动时效装置 | |
JPH08275278A (ja) | 構造振動及び音響振動の発生装置及び発生方法 | |
JPH072023B2 (ja) | 超音波モータの駆動回路 | |
JP2009510878A (ja) | ピエゾ抵抗共振器に基づく発振器 | |
RU2350405C2 (ru) | Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем | |
RU66237U1 (ru) | Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем | |
Eichhorn et al. | An energy-autonomous self-tunable piezoelectric vibration energy harvesting system | |
JP5027496B2 (ja) | 超音波美顔装置 | |
JP2019511954A (ja) | 圧電変換器及び音響発生装置を励起する方法 | |
SU1643146A2 (ru) | Вибрационный трубный ключ | |
RU2005122023A (ru) | Устройство для приведения в действие колебательного блока виброрезонатора (варианты) | |
RU2666191C1 (ru) | Устройство для возбуждения пьезоэлементов электроакустических преобразователей | |
US1796116A (en) | Mechanically-self-excited piezo-electric stabilizing modulator | |
SU1597234A1 (ru) | Ультразвуковое излучающее устройство | |
SU460897A1 (ru) | Способ возбуждени изгибных колебаний в инструменте | |
Jia et al. | Inherently broadband-resonant mechanism for vibration energy harvesting: A first proof-of-concept experimental validation | |
RU2372149C2 (ru) | Ультразвуковой преобразователь | |
SU315476A1 (ru) | ||
JP2699299B2 (ja) | 超音波モーターの駆動回路 | |
KR101330140B1 (ko) | 공진 수단의 구동 장치 및 방법 | |
RU2106205C1 (ru) | Ультразвуковая колебательная система с промежуточным резонатором | |
JPH10157827A (ja) | 楕円振動装置 | |
SU57520A1 (ru) | Устройство дл стабилизации частоты |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM |
|
PC4A | Registration of transfer of a eurasian patent by assignment | ||
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY RU |