RU2021137715A

RU2021137715A - Способ и генератор для характеризации колебательной системы

Info

Publication number: RU2021137715A
Application number: RU2021137715A
Authority: RU
Inventors: Габриэль ЭРТЦ; Йенс ТВИФЕЛЬ; Йорг ВАЛЛАШЕК
Original assignee: Херрманн Ультрашалльтехник Гмбх Унд Ко. Кг
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2023-08-24

Claims

1. Способ определения электрической емкости C_кс электромеханической колебательной системы (100), содержащей пьезоэлектрический элемент (10) и, по меньшей мере, один дополнительный элемент, колебательно связанный с пьезоэлектрическим элементом (10), при этом пьезоэлектрический элемент (10) содержит электрод и противоэлектрод, включающий этапы:

a) приложения переменного электрического напряжения между электродом и противоэлектродом на длительность интервала возбуждения, чтобы вызвать механическое колебание колебательной системы или подсистемы колебательной системы, так что по истечении интервала возбуждения колебательная система или подсистема выполняет свободное, невозбужденное колебание,

b) после завершения возбуждения и во время свободного, невозбужденного колебания колебательной системы или подсистемы:

измерение временного хода напряжения U (1), приложенного между электродом и противоэлектродом, и

с) определение электрической емкости C_кс из временного хода напряжения U (1), измеренного на этапе b),

при этом на этапе b) используют измерительное устройство (30) с внутренней емкостью C_{образец}и внутренним сопротивлением R_{образец}для измерения временного хода напряжения (1),

и при этом этап c) включает следующие подэтапы:

aa) определения временного хода составляющей U_DC (2) постоянного напряжения из временного хода напряжения U (1), измеренного на этапе b),

bb) определения характеристического временного интервала , в течение которого измеренное на этапе b), начальное значение составляющей постоянного напряжения, падает до значения ,

cc) расчета электрической емкости C_ксс характеристическим временным интервалом τ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе сс) электрическую емкость C_ксс характеристическим временным интервалом τ рассчитывают с помощью формулы .

3. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на этапе а) осуществляют возбуждение с частотой , близкой или равной заранее известной резонансной частоте колебательной системы (100).

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрены следующие дополнительные этапы:

d) замыкания накоротко электрода и противоэлектрода линией (28) и измерение временного хода тока I (3) через линию,

при этом этап b) осуществляют в течение первого интервала измерения, а этап d) - во время второго интервала измерения, причем второй интервал измерения, предпочтительно, осуществляется после первого интервала измерения,

e) определения, по меньшей мере, одной дополнительной физической характеристики, предпочтительно эквивалентного электрического параметра колебательной системы (100), из измеренного на этапе d) временного хода тока I (3).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что один или несколько из следующих этапов предусмотрены по отдельности или в комбинации друг с другом:

f) определение резонансной частоты f_резколебательной системы (100) из измеренного на этапе d) временного хода тока I (3),

g) определение антирезонансной частоты колебательной системы (100) из временного хода напряжения U (1), измеренного на этапе b),

h) этап f), этап g) и расчет модальной эквивалентной емкости C_мколебательной системы (100) из емкости C_кс с помощью формулы ,

i) этап h) и вычисление модальной эквивалентной индуктивности L_мколебательной системы (100) из модальной эквивалентной емкости C_м, предпочтительно с помощью формулы ,

j) определение резонансного коэффициента D_резослабления, который характеризует зависящее от времени t падение огибающей временного хода тока I (3),

k) определение антирезонансного коэффициента D_{антирез}ослабления, характеризующего зависящее от времени t падение огибающей временного хода напряжения U (1),

I) этап f), этап i), этап j) и расчет модального эквивалентного сопротивления R_мв помощью формулы .

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что полную характеризацию колебательной системы (100) выполняют посредством осуществления этапов f) - j) и всех требуемых для этого предыдущих этапов, предпочтительно в течение временного интервала менее 300 мс, предпочтительно в пределах интервала времени менее 250 мс и особенно предпочтительно в интервале времени менее 200 мс.

7. Способ эксплуатации ультразвуковой колебательной системой (100),

при этом ультразвуковая колебательная система (100) имеет по меньшей мере один генератор (20), преобразователь и сонотрод, при этом сонотрод для осуществления ультразвуковой обработки приводят в контакт с обрабатываемым материалом, при этом преобразователь содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент (10), и при этом генератор (20) предоставляет переменное напряжение, которое пьезоэлектрическим элементом (10) преобразователя преобразуется в механическое колебание,

отличающийся тем, что

во время паузы при обработке, то есть, когда сонотрод не находится в контакте с обрабатываемым материалом, осуществляют способ по любому из пп.1-6.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что для осуществления способа по любому из пп. 1-6 используют только генератор (20).

9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что во время паузы при обработке выполняют следующие этапы:

A) определения электрической емкости C_КСультразвуковой колебательной системы (100) способом по любому из пп.1-6,

B) установки переменного напряжения в зависимости от электрической емкости C_ксультразвуковой колебательной системы (100), определенной на этапе A).

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что этап B) содержит следующие подэтапы:

АА) определения амплитуды X механического колебания ультразвуковой колебательной системы (100) с помощь электрической емкости C_ксультразвуковой колебательной системы (100), определенной на этапе A),

BB) сравнение амплитуды X с целевой амплитудой X_o,

CC) регулировка частоты и/или амплитуды переменного напряжения, подаваемого генератором (20) так, чтобы амплитуда X была равна целевой амплитуде X_o.

11. Генератор (20) для предоставления переменного напряжения и со средствами для осуществления способа по любому из пп. 1-10,

с источником (23) переменного напряжения, потенциальной линией (27) между источником переменного напряжения и потенциальным соединением (24), линией (26) заземления между источником (23) переменного напряжения и соединением (24’) с землей, при этом линия (26) заземления соединена с землей,

отличающийся тем, что

короткозамкнутая линия (28) соединяет потенциальную линию (24) с линией (26) заземления,

при этом генератор (20) имеет первое коммутационное устройство (21), с помощью которого потенциальная линия (27) может быть разомкнута,

и второе коммутационное устройство (22), с помощью которого короткозамкнутая линия (28) может быть разомкнута.

12. Генератор по п.11, отличающийся тем, что первое коммутационное устройство (21) и второе коммутационное устройство (22) представляют собой герконовые реле или полупроводниковые реле.