KR930007285B1 - 주파수 자동 추미장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주파수 자동 추미장치

제1도는 본 발명의 주파수 자동 추미장치의 블록도.

제2도는 본 발명이 적용되는 초음파 발진회로도.

제3도는 주파수 조절 회로도.

제4도는 제3도의 각 트랜지스터의 전압파형도.

제5도는 마이크로컴퓨터가 연결된 주파수 자동추미 회로도.

제6도는 주파수 조절 회로와 초음파 발진회로간의 인터페이스 회로도.

제7도는 파워 트랜지스터의 보호회로도.

제8도는 초음파 변환기의 전압 전류 위상 파형도.

제9도는 본 발명의 주파수 자동 추미장치의 동작순서를 도시한 플로우챠트

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 변환기(진동자) 2 : 신호검출부

3 : A/D 변환부 4 : 마이크로 컴퓨터

5 : 인터페이스부 6 : 주파수조절부

7 : 초음파발진부

본 발명은 예를들어 세척기에 있어서, 세척되는 대상물의 무게가 변동되거나 초음파발진용 진동자의 특성변동을 보상할 수 있는 초음파발진 회로의 주파수 자동 추미 방식에 관한 것이다.

종래의 초음파 발진회로는, 제작시에 회로와 부하(진동자)간의 공진상태를 고정시켜 놓으므로 만일 부하가 변동한다거나 진동자의 특성이 변화할 경우에는 최대출력 및 최대 효율을 얻을 수 없었다.

즉, 종래의 초음파 발진 회로에는 LC 발진이나 CR 발진에 의한 강제 발진형태의 회로가 적용되고 있으며, 상기의 방식은 실제 세척기와 같은 기기에 적용시 부하의 변동 즉, 세척조내의 물량과 세척 대상물의 상태에 따라 변환기의 방사 임피던스가 수시로 변하게 되어 변환기를 통하여 최대의 음향출력을 낼 수 없으며, 공진주파수도 수시로 변하게 되어 최대의 출력을 낼 수 없을 뿐만 아니라, 회로에서 열이 발생하여 회로부품의 특성이 변화함으로써, 부품(예를들면 파워 트랜지스터)이 파손되는 경DN에 까지 이른다는 심각한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은, 물의 량이나 세척 대상물과 같은 부하측의 변동에 따라 변동되어야 할 방사임피던스와 주파수를 마이크로컴퓨터를 통해 결정하여 입력회로인 발진회로에 인가함으로써 항상 세척효율을 향상시킬 수 있는 주파수 자동 추미장치를 제공하느데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 주파수 자동 추미장치는, 세척 대상물을 세척하기 위하여 세척조내에 초음파를 방사하는 변환기와, 상기 변환기의 출력신호를 검출하는 신호검출부와, 상기 신호검출부에 의해 검출된 신호를 부하의 변동 여부를 판단하도록 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 아날로그/디지털 변환부의 출력신호에 의해 부하의 변동(방사임피던스의 변동)여부를 판별함으로써 발진주파수의 변동 여부를 판단하는마이크로컴퓨터와, 상기 마이크로컴퓨터의 제어에 의해 변동된 발진주파수로 발진하도록 적합한 신호파로 변환하는 인터페이스부와, 마이크로컴퓨터의 제어신호에 의해 변화되어야 할 주파수를 조절하는 주파수 조절부와, 상기 주파수 조절부에 의해 조절된 주파수를 발진하는 초음파 발진부로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 주파수 자동 추미장치의 제어블록도로써, 제1도에 있어서, (1)은 세척조 내에 있는 세척대상물을 세척하기 위하여 초음파를 방사하는 변환기(진동자)이며, (2)는 상기 변환기(1)로 부터 세척조내로 방사되는 신호를 검출하는 신호검출부이고, (3)은 상기 신호검출부(2)에서 검출된 상기 변환기(1)의 출력신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부이며, (4)는 상기 아날로그/디지털 변환부(3)에 의해 변환된 디지털신호를 이용하여 자체에 저장된 부하변동판단 프로그램에 의해 부하의 변동 여부를 판단함과 동시에 부하가 변동되었을 경우에는 주파수 조절을 위한 제어신호를 인터페이스부(5)에 송출하는 마이크컴퓨터이고, (6)은 상기 마이크로컴퓨터(4)에서 출력되어 인터페이스부(5)를 거친 제어신호에 의해 부하의 변동에 상응하는 주파수로 변화시키는 주파수 조절부이다.

한편, (7)은 상기 주파수 조절부(6)에서 조절된 주파수를 이용하여 발진하는 초음파발진부이다.

제2도는 본 발명이 적용되는 초음파 발진회로도로써, 트랜지스터(Q1,Q2)의 콜렉터 전압을 변압기(L4,L5)를 통해 상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스에 정궤환시키므로써 발진되는 회로로 구성되어 있다.

제2도의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 초음파 발진회로에 전원(DC)이 인가되면, 코일(L2)에 흐르는 전류가 램프(ramp)형으로 증가하기 시작하여, 시간이 흐르면서 점차 상기 증가율이 감소하고 전류가 더 이상 증가할 수 없는 포화점에 이르게 되면 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 전위가 상승하게 된다.

상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 전위가 상승함에 따라 콘덴서(C1)가 충전되어 트랜지스터(Q2)의 베이스전류가 증가하게 됨으로써 상기 트랜지스터(Q2)를 온 시킨다.

상기 트랜지스터(Q2)가 온 되면 콜렉터 전위가 낮아지므로 다이오드(D3)를 통해서 콘덴서(C3)가 방전하게 되어 트랜지스터(Q1)는 오프된다.

한편, 상기 트랜지스터(Q2)가 온 된 상태에서는 코일(L3)에 흐르는 전류가 램프형으로 증가되는 반면에 트랜지스터(Q1)는 오프되며, 트랜지스터(Q2)가 온 되는 경우와 마찬가지의 원리로 동작하여 트랜지스터(Q1)은 온 되고, 트랜지스터(Q2)는 오프된다.

이와같은 상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 온 및 오프동작이 반복됨으로 인해 발진이 되는 것이며, 상기 발진된 신호는 코일(L6)에 유기되어 변환기(1)를 구동시키고, 이때의 발진주파수는 코일(L2,L3) 및 콘덴서(C1,C2)에 의해 결정된다.

한편, 상기 트랜지스터(Q1,Q2)와, 콘덴서(C1,C2,C3,C4)에는 고전압이 걸리므로 내압이 큰 것을 사용하여야 한다.

제3도는 주파수 조절회로도이고, 제4도는 제3도의 각 트랜지스터의 전압 파형도이고, 제5도는 마이크로컴퓨터가 연결된 주파수 자동 추미회로도이며, 제6도는 주파수 조절회로와 발진회로 간의 인터페이스 회로도이다.

제3도에 있어서, 주파수 조절장치가 없는 경우에 트랜지스터(Q1)와 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전압이 제4도(a)와 제4도(b)에 도시한 바와같은 파형으로 나타나는 전압으로써, 트랜지스터(Q3)의 베이스에 제4도(c)에 도시한 바와같은 펄스파(100)가 가해지면, 트랜지스터(Q1)의 펄스폭이 좁아지게 되며, 상기 트랜지스터(Q2)에 상기 펄스파(100)가 연속적으로 가해지면 상기 트랜지스터(Q1)의 펄수폭이 더욱 좁아지게 되어 결국, 주파수가 상승하게 된다.

즉, 주파수는 주기에 반비례 ()하므로 펄스폭이 좁아짐에 따라 주파수가 상승되는 것이다.

한편, 상기 트랜지스터(Q3)로부터의 펄수파의 주기가로 짧아지는 경우에는, 트랜지스터(Q2)의 펄스폭도 제어되며, 발진주파수를 상기 트랜지스터(Q1)의 펄스폭만을 조절하는 경우보다 더 높은 주파수가 되도록 하는 것이 가능하다.

또한, 펄스폭이 넓을수록 주파수의 이동이 크지만 폭이 넓은 구형파를 이용하면, 발진이 중단되는 경우가 있으므로 주의해야 한다.

한편, 변환기의 공진특성은 공기중에서는 양호하지만 세척조내의 물에 방사하는 경우에는 물과 공기간의 경계부분과 벽면사이에 의해 모드가 형성되어 공진주파수를 찾기가 곤란할뿐만 아니라, 상기 세척조내의 물의 높이가 변화하거나 세척할 대상물이 세척조내에 투입되는 경우에는, 변환기의 방사 임피던스가 변화하므로 공진 주파수도 함께 변화하게 된다.

이와같은 복잡한 공진특성 때문에 주파수를 고정해서 구동하는 경우에는 상기 변환기가 최대의 출력을 발휘하지 못하는 수가 있다.

즉, 상기 난점을 감안해서 본 발명에서는 출력전압과 출력선에 흐르는 전류를 감지해서 상기 전류가 최대치로 가는 방향으로 발진주파수를 계속 조절하면서 발진토록 하는 것이며, 변환기에 따라 공진주파수가 약간씩 다르게 되는 것은 주파수가 변화되면 변환기를 적절하게 구동할 수 있는 방법을 이용하여 조절함으로써 변환기의 수명을 연장할 수 있을뿐만 아니라 음압의 분포도 고르게 나타나게 된다.

한편, 상기 변환기는 제8도에 도시한 바와같이 전압(Ex)과 전류(Ix)의 위상이 동일한 경우에 최대출력을 얻을 수 있다.

최대의 음향출력을 얻기 위해서는 마이크로 컴퓨터를 이용하며, 이는 물량의 변화 및 세척대상물의 변경과 같은 부하의 변동과 방사임피던스의 변화에 따른 공진주파수의 변화에 따라 마이크로 컴퓨터에서 제어하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 제6도에 도시한 인터페이스회로와 상술한 제3도에 도시한 주파수 조절회로를 연결하면 발진회로의 발진주파수가 변화되어 항상 공진상태가 이루어지기 때문에 부하측의 효율이 최대로 된다.

즉, 제6도에 도시한 바와같은 인터페이스 회로도는 트랜지스터(Q1,Q2)와 저항(R1,R2,R3,R4)과, 다이오드(D1,D2)에 의해 초음파 발진회로에 적합한 신호파로 변환하여(구형파를 사인파로 변환) 상기 초음파발진부(7)에 공급하는 역할이 가능하다.

즉, 변환기(1)의 출력신호를 A/D변환기(3)에서 디지털 신호로 변환하여 출력단자(out1,out2)를 통해 마이크로컴퓨터(4)의 입력단자(IN1,IN2)에 입력시키면, 상기 마이크로컴퓨터(4)에서는 자체에 내장된 프로그램을 이용하여 부하의 변동여부를 판별하고, 상기 판별결과 주파수 조절이 필요하다고 판단되었을 경우에는 출력단자(OUT1,OUT2)를 통해 주파수 조절 명령신호를 출력한다.

이에 따라 상기 주파수 조절 명령신호가 트랜지스터(Q1,Q2), 다이오드(D1,D2) 및 저항(R1,R2,R3,R4)에 의해 아날로그신호로 변환한 후 상기 주파수조절부(6)에 인가되어 필요한 만큼의 주파수로 조절하는 것이다.

이어서 제7도를 설명한다.

제7도는 파워 트랜지스터의 보호회로도이다.

종래의 초음파 회로에서는 열이 발생하여 회로소자의 특성이 변화하고, 심지어는 파워트랜지스터와 같은 부품이 파손되는 지경에 까지 이르러 경제적인 손실이 컸던 것을 감안해서 본 발명에서는 제7도에 도시한 바와같은 파워트랜지스터 보호회로를 사용하였다.

즉, 제너다이오드(ZD1,ZD2)를 사용하여 트랜지스터(Q1,Q2)로 유입되는 전류를 제어함으로써 상기 트랜지스터(Q1,Q2)를 보호할 수 있는 것이다.

제9도는 본 발명의 주파수 자동 추미장치의 동작순서를 도시한 플로우챠트로써 제9도에 있어서 S는 스텝(단계)를 의미한다.

먼저, 본 발명의 주파수 자동 추미장치가 동작되면, 스텝 S1에서 변환기(1)가 동작하여 초음파를 세척조내에 방사하면서 세척을 행하는 가운데 스텝 S2에서 상기 변환기(1)의 출력신호를 신호검출부(2)에서 검출한다.

다음에, 스텝 S3에서 상기 스텝 S2에서 검출된 변환기(1)의 출력신호를 A/D변환부(3)에 의해 디지털신호로 변환하고 스텝S4에서 상기 변환된 디지털신호를 출력단자(out1,out2)를 통해 마이크로컴퓨터(4)의 입력단자(IN1,IN2)에 입력시키면 스텝S5에서 상기 마이크로컴퓨터(4)에서 부하의 변동여부를 판별하게 된다. 즉, 상기 마이크로컴퓨터(4)에는 기준이 되는 발진주파수가 저장되어 있으므로 이 기준주파수와의 비교에 의해 발진주파수가 변동되어야 하는지의 여부를 판단하는 것이다.

상기 스텝S5에서의 부하변동 여부를 판별한 결과, 부하가 변동 즉, 상기 방사임피던스가 변화할 경우(Yes일 경우)에는 스텝S6로 나아가서 마이크로컴퓨터(4)에 의해 방사임피던스가 변화하는데 대한 주파수의 변화를 조절하기 위한 신호파를 생성한다.

상기 스텝S6에서 생성된 신호파는 스텝S7에서 제3도에 도시한 주파수 조절회로의 동작에 의해 필요한 만큼의 주파수로 조절되며 상기 조절된 주파수가 스텝S8에서 초음파발진부(7)에 인가되어 발진을 일으키고 변환기(1)를 통해 기계적 진동으로 변환되는 것이다.

이와같이, 본 발명의 초음파회로의 주파수 자동 추미장치에 의하면, 자동으로 주파수가 추미되어 최대의 출력 및 최대의 효율이 유지됨으로써 세척효율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 세척대상물을 세척하기 위하여 세척조내에 초음파를 방사하는 변환기와, 상기 변환기의 출력신호를 검출하는 신호검출부와, 상기 신호검출부에 의해 검출된 신호를 부하의 변동여부를 판단하도록 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 아날로그/디지털 변환부의 출력신호에 의해 부하의 변동(방사임피던스의 변동)여부를 판별함으로써 발진주파수의 변동여부를 판단하는 마이크로컴퓨터와 상기 마이크로컴퓨터의 제어에 의해 변동된 발진주파수로 발진하도록 적합한 신호파로 변환하는 인터페이스부와, 상기 마이크컴퓨터의 제어신호에 의해 변화되어야 할 주파수를 조절하는 주파수 조절부와, 상기 주파수 조절부에 의해 조절된 주파수를 발진하는 초음파 발진부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 주파수 자동 추미장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 변환기는 전압과 전류의 위상이 동일할 경우에 최대의 출력이 얻어지는 것을 특징으로 하는 주파수 자동 추미장치.