SU1759481A1 - Способ подстройки частоты источника питани магнитострикционного электроакустического преобразовател - Google Patents

Abstract

Использование: область ультразвуковой техники. Сущность изобретени : измер ют входной ток преобразовател  при его непрерывной работе, при этом измер ют дополнительно электродвижущую силу в измерительной обмотке этого преобразовател , выбирают сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний преобразовател , использу  в качестве него результат делени  величины входного тока преобразовател  на величину электродвижующей силы в измерительной обмотке преобразовател , измер ют частоту источника питани  до достижени  максимума этого сигнала. 1 ил., 6 табл.

Description

Изобретение относитс  к ультразвуковой технике и может быть использовано дл  автоподстройки частоты в системах с магни- тострикционными электроакустическими преобразовател ми.

Известен способ автоподстройки частоты источника питани  нагруженного на электроакустический преобразователь, заключающийс  в сравнении фаз сигнала, снимаемого с датчика механических колебаний преобразовател  и напр жени  питани  преобразовател , и воздействии сигналом рассогласовани , пропорциональным разности фаз, на задающий генератор .

Недостатком данного способа  вл етс  необходимость установки на электроакустический преобразователь специального датчика колебаний, что усложн ет конструкцию. При этом датчики резонансного типа имеют собственную резонансную частоту, отличную от резонансной частоты преобразовател , что вносит погрешность .

Известен также способ автоподстройки частоты, заключающийс  в выделении сигнала , пропорционального механическим колебани м преобразовател  с помощью трансформатора с компенсационной обмоткой и компенсирующего элемента, сравнении фазы этого сигнала с фазой напр жени , питающего преобразовател , и воздействии сигналом рассогласовани , пропорциональным разности фэз на задающий генератор источника питани .

Недостатком этого способа  вл етс  невысока  точность, объ сн ема  следующими причинами:

во-первых, электрические параметры магнитострикционного преобразовател  имеют нелинейную зависимость как по величине питающего напр жени , так и по его частоте, и поэтому компенсирующий элемент , выполненный в виде двухполюсника, не может точно компенсировать электрические параметры преобразовател  при изменении частоты и питающего напр жени ;

t/J

С

х| СЛ О Ј. СО

во-вторых, изменение температуры электроакустического преобразовател  также приводит к изменению его электрических параметров, что ведет к возникновению погрешности автоподст- оойки частоты.

Наиболее близким по технической сущ- ,-,-- предлагаемому  вл етс  способ ав- л.сдстройки частоты, при котором измер ют пропорциональный колеб ель- i.oiw имещению сигнал тока свободных затухающих колебаний электроакустического преобразовател  при закорачивании его входа и поэтому сигналу использу  экстремальный регул тор перестраивают частоту источника питани .

Недостатками этого способа  вл ютс : уменьшение амплитуды механических копебаний при закорачивании входа элект- 1 пакустического преобразовател  приво- ,т к нарушению стабильности . алогического процесса, особенно при ;г ельной акустической нагрузке, на- при электроискровом легировании, 1 штываютс  каждое колебание;

определение резонансной частоты ос- 1 |. на представлении электроакустиче- о преобразовател  в виде эквивалентной схемы, но в реальных услови х частота механического резонанса не совпадает с частотой электрического резонанса в контуре обмотки магнитостриктора, и максимум тока находитс  на частоте не- гтолько отличной от резонансной, что при- ьодит к снижению точности автоподстройки

1Ы

Целою изобретени   вл етс  повыше- iHt точности подстройки частоты при непрерывной работе магнитострикционного электроакустического преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что при непрерывной работе преобразовател  в качестве сигнала, пропорционального амплитуде колебаний преобразовател , используют результат делени  сигнала входного тока преобразовател  на сигнал электродвижущей силы измерительной обмотки преобразовател .

Способ основан на том, что амплитуда механических колебаний преобразовател  на резонансной частоте максимальна; внутренние напр жени  в материале магнитостриктора пр мопропорциональны амплитуде механических колебаний. Магнитна  проницаемость материал магнито- стриктора обратно пропорциональна внутренним напр жени м в материале магнитостриктора . Таким образом, величина, обратно пропорциональна  магнитной проницаемости , пр мопропорциональна амплитуде механических колебаний и имеет максимальное значение на частоте механического резонанса преобразовател .

Электродвижущую силу, наводимую в измерительной обмотке, можно определить по формуле

Е2 4,44 - f W2 Ф,

где Е2 электродвижуща  сила измерительной обмотки;

f-частота источника питани ;

Л/2 - число витков измерительной обмотки;

Ф - магнитный поток в материале магнитостриктора .

После несложных преобразований, известных из электротехники, получим;

E2 4,44-f W2 -| Wi -И -//а,

где S - площадь сечени  магнитостриктора;

Ј- длина средней магнитной линии в магнитострикторе;

Wi - число витков силовой обмотки магнитостриктора;

И - ток на входе преобразовател ;

Ua абсолютна  магнитна  проницаемость .

Отсюда

иЕ2-Е

а 4,44 f Л/2 S Wi И но, учитыва , что нас интересует не абсолютное значение абсолютной магнитной проницаемости, а характер ее изменени , то дл  упрощени  технической реализации все посто нные величины и частоту из-за малости ее изменени  приравн ем к единице , тогда

Еа

а величина, пропорциональна  амплитуде механических колебаний преобразовател , будет

)-Ј

где Ј- амплитуда механических колебаний.

На чертеже приведена структурна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

В табл. 1 приведены значени  сигналов измер емых величин при изменении частоты источника питани ; в табл. 2-6 показано вли ние внешних факторов на резонансную частоту преобразовател  и точность определени  этой частоты по предлагаемому способу .

Устройство, реализующее данный способ , содержит источник 1 питани , датчик 2 тока, измерительную обмотку 3, магнито- стрикционный преобразователь 4, амплитудный детектор 5 тока, амплитудный

детектор б электродвижущей силы, устройство 7 делени , ключ 8, элемент 9 пам ти, экстремальный регул тор 10, генератор 11 импульсов.

Способ осуществл ют следующим образом .

Источник 1 питани  подключен к входу преобразовател  4, генератор 11 импульсов обеспечивает срабатывание ключа 8, осуществл ющего выделение сигнала. Входной ток электроакустического преобразовател  измер етс  датчиком 2 тока и поступает на вход амплитудного детектора 5. При работе электроакустического преобразовател  в измерительной обмотке 3 наводитс  электродвижуща  сила и поступает на вход амп- литудного детектора 6. С выходов амплитудных детекторов сигналы тока и электродвижущей силы поступают на входы устройства 7 делени , причем сигнал тока поступает на вход делимого, а сигнал электродвижущей силы поступает на вход делител . На входе устройства 7 делени  получаем сигнал, пропорциональный амплитуде механических колебаний. При замыкании ключа 8 сигнал, пропорциональный амплитуде механических колебаний, поступает на элемент 9 пам ти и запоминаетс . Выход элемента 9 пам ти подключен к входу экстремального регул тора 10, который измен ет частоту источника 1 питани  таким образом, чтобы она соответствовала максимуму его входного сигнала, т.е. максимуму амплитуды механических колебаний.

В табл. 1 приведены значени  сигналов входного тока И, электродвижущей силы измерительной обмотки Е2, функции, пропорциональной амплитуде механических колебаний F(Јj), амплитуды механических колебаний Ј и расчетные значени  функции D(Ј)pac. в диапазоне частот, прилегающих к резонансной частоте преобразовател . Измерени  проводили на устройстве, собранном согласно структурной схемы, представленной на чертеже. Результаты испытаний устройства, реализующего предлагаемый способ, приведены в табл. 2-6.

При проведении испытаний проводили одновременный замер значени  F(Ј) и амплитуды механических колебаний преобразовател . Амплитуду механических колебаний замер ли прибором типа УБВ-2.

В табл. 2 показано вли ние температуры волновода-инструмента на резонансную частоту преобразовател  и точность определени  этой частоты по предлагаемому способу.

В табл. 3 показано вли ние напр жени  питани  преобразовател  на его резонансную частоту и точность определени  этой частоты по предлагаемому способу.

В табл, 4 показано вли ние изменени  длины волновода-инструмента на резонан- сную частоту преобразовател  и точность определени  этой частоты по предлагаемому способу.

В табл. 5 показано вли ние на резонансную частоту преобразовател  усили  при- 0 жати  волновода-инструмента к обрабатываемой поверхности и точность определени  этой частоты по предлагаемому способу.

В табл. 6 показано вли ние изменени  5 тока подмагничивани  на резонансную частоту преобразовател  и точность определени  этой частоты по предлагаемому способу.

Измерени  проводились при I подмаг- 0 ничивани  5,5 А и U питани  150 В и температуре волновода 293 К, при этом f резонансна  22185 Гц.

При всех измерени х базовым  вл лс  режим: 51подм. 5,5 А

Кпит. 150В

Т 293 К

Длина волновода посто нна.

Резонансна  частота определ лась по 0 максимуму функции F(|) и по максимуму амплитуды механических колебаний Ј.

Положительный эффект за вл емого способа заключаетс  в осуществлении более точной автоподстройки частоты источ- 5 ника питани  под резонансную дл  любого преобразовател , так как на определение значений резонансной частоты не вли ют параметры электрической стороны электроакустического преобразовател , которые 0 измен ютс  в процессе работы в зависимости от температуры, питающего напр жени , частоты, длины ультразвукового инструмента, усили  прижати  и при этом источник питани  работает в номинальном 5 режиме.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ подстройки частоты источника питани  магнитострикционного электроакустического преобразовател , заключаю- 0 щийс  в измерении входного тока преобразовател , выборе сигнала, пропорционального амплитуде колебаний преобразовател , и изменении частоты источника питани  до достижени  максимума сигнала, 5 пропорционального амплитуде колебаний преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности подстройки частоты, входной ток преобразовател  измер ют при непрерывной работе преобрззовател , одновременно дополнительно измер ют электродвижущую силу в его измерительной обмотке, а в качестве сигнала, пропорционального амплитуде колебаний

   преобразовател , используют результат делени  величины тока преобразовател  на величину электродвижущей силы в измерительной обмотке преобразовател .

   - экстремумы функций; все величины сигналов выражены в вольтах и  вл ютс  относительными, они показывают характер изменени  функций в окрестност х резонансной частоты;

   Таблица 1

   Таблица 2

   Таблица 3

   Таблица 4

   Таблица 5

   Таблица 6

   s

   8