SU971507A1 - Ультразвуковое устройство дл обработки материалов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к ультразвуковой технике, в частности к устройствам дл  возбуждени  механических колебаний и может быть использовано в различных технологических процессах ультраавуковой обработки материалов, например дл  ультразвуковой микросварки. Известно устройство, ьключак цее задакзпий генератор высокой и один или несколько генераторов низкой частоты с подключенными к ним магнитостршсционным . преобразователем, возбуждение кото рого осуществл етс  высокочастотным электрическим колебанием на его резонансной частоте и низкочастотными электрическими колебани ми IJ. Применение такого устройства повышает стабильность выходных механически параметров колебательной системы. -В этом, устройстве спектр механических колебаний, вводимых в зону обработка материалов, представл ет собой дискретный набор с частотами, соответствующими частоте генератора высокой частоты К комбинационным (суммарным и раэкостным ) частотам генарторов высокой и низкой частот. Кроме этого, форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) механических колебаний преобразовател  и ее неравномфность весьма критичны к,числу источников низкочастотньпс колебаний , величине их электрического нанапр жени  и частоты, что нар ду с дискретностью спектра создает значительные трудности при получениидостаточно широкополосной АЧХ механических колебаний с минимальной неравнсмерностью и при работе с щ еобразоватал ми, имеющими сложную форму собственной АЧХ механических колебаний. Наиболее близким к предлагаетлому устройству  вл етс  устройство, в котором отдельный источник магнитного . шума - ферромагнетик помещен в измен ющеес  магнитное поле намагничивающей обмотки, подключенной к источнику колебаний низкой частоты, и содержит обмотку регистрации, соединенн то со входом фильтра нижней частоты , выход которого через 1Шфокополосный предваритаггьш-чй усилитель подключен к усилителю мощности, нагруженному на обмотку возбуждешш ультразвуковой колебательной системы Г2 , Это устройство нозвол от получить и подать на колебательную систему электрические шумовые колебани  в широком диапазоне частот, что уменьшает нестабильность ее выходных параметров. Однако в этом устройстве не удаетс  полностью учесть акустические и физикохимические свойства обрабатываемых (на пример, соедин емых) материалов и обес печить наиболее эффективное протекание процесса обработки, так как в зависимос ти от, стру1стуры материалов оптимальна  величина частоты максимального поглоще . ни  ультразвуковой энергии различна, Kp ме этого, применение в качестве источни лагнитного шума отдельного ферромагнет с небольшой начальной спектральной плот ностью магнитного шума требует достато но большого коэффициента усилени устройсгва дл  получени  заданной мощности ш ма на выходе, что уменьшает стабильнос его параметров, В итоге снижаетс  качес во обработки материалов, Целью изобретени   вл етс  улучше ш качесгва обрабтки материалов за счет повышени  стабильности колебаний и введени  в зону обработки колебаний широко спектра частот. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ультразвуковое устройство дл  обработ1си материалов введены ограничитель фильтр верхних частот, усилитель-формирователь и сумматор, причем обмотка ре гистрации подключена к входу ограничител , выход которого нагружен на фильтр нижних и верхшх частот, соединенные с входом усилител -формировател  и широкополосного предварительного усилител  соогветственно, выходы которых подключены к сумматору, а выход сумматора, соединен с входом усилител  мощности, при этом обмотка регистрации и намагничивающа  обмотка расположены на магнитосгршсционном преобразователе, Такое выполне1ше устройства позвол ег внести взону обработки материалов широкий спектр частотГ учесть акустические и физико-химические свойства обрабатываемых материалов и обеспе шть наиболее эффективное проте5сание процесса обработки, а также дополнительно повысить стабильность параметров излучате л  за .счет уменьшени  требуемого коэффициента усилени  устройства дл  получени  заданной мсщностк шума на выходе . Изобретение по сн етс  чертежом. Устройство содержит источ шк магнитного шума, в качестве которого используетс  ферромапштный мaг штocтpикциoнный преобразователь I ультразвуковой колебательной системы 2-е размещенной на нем обмоткой 3 регистрации, помещенный в измен вшеес  магнитное поле намагничивающей обмотки 4, подключенной к генератору 5 низкой частоты, при этом обмотка 3 подключена к входу ограничител  6, выход которого нагружен на i фильтры 7 и 8 соответственно нижних и верхних частот, соединенные в свою очередь с входом усилител -формировател  9 и широкополосного предварительного усилител  1О соответственно, а выходы последних подключены к первому и второму входам сумматора 11, соединенного через усилитель 12 мощности с возбунсда- ющей обмоткой 13, а также размещенной на преобразователе I системы 2, Последн   имеет рабочий (например, сварочный ) инструмент 14, с помощью которого акустические колебани  ввод тс  в зону офаботки, например на соедин емые материалы 15, Устройствоработает следующим образом . Под действием электрического напр жени  генератора 5, подключенного к . обмотке 4, преобразователь 1 системы 2 перемагничиваетс  периодически измен ющимс  магнитньпу полем, что приводит к по влению в обмотке 3 флуктуации ЭДС, Эги флуктуации ЭДС обусловлены эффектом Баркгаузена, св занным со скачкообразным смещением доменных границ в ферромагнетике , и необратимостью процесса смещени  доменных границ на отдельных циклах перемагничиванй . Таким образом, в обмотке 3 возникает магнитный шум |со спектральной плотностью мощности, посто нной в определенной полосе частот спектра и спадающей на ее границах, причем спектральна  плотность шума и верхн   и нижн   характерные частоты, соответственно выше и ниже которых наблюдаетс  спад кривой спектральной плотности , определ ютс  режимом пероу1агничивани  ( частотой и величиной тока в обмотке 4) и магнитными свойствами преобразовател  I, Уровень ограничени  ограничител  6 выбираетс  таким образом, что исходный магнитный шум, поступающий на вход последнего с обмотки 3, проходит на его выход без ограничени  по амппитуде-и подаетс  на фильтры 7 и 8, где происходит выделение диапазонов спектра частот магнитного шума в соответственн низкочастотной и высокочастотной област х . Низкочастотный магнитный шум со сформированной в усилителе-формировател 9 {представл ющей собой, например, резонансный усилитель) частотной зависимостью спектральной плотности складываетс  в сумматоре 11с усиленным в усилителе Ю высокочастотным магнитны шумом. Результирующий широкополосный магнитный щум дополнительно усиливаетс  в усилителе 12 и поступает на обмот ку 13 преобразовател  1, в результате чего в последнем возбуждаютс  механиче кие колебани . ЭДС шума, индуцируема  в обмотке 3, увеличиваетс  и шум ограничиваетс  по амплитуде в ограничителе 6, при этом спектральна  плотность мощ ности шума в области низких частот возрастает . Далее, как и раньше, происходит окончательное формирование в усилителеформирователе 9 необходимого распреде- лени  спектральной плотности шума в области низких частот, сложение его с усиленным высокочастотным магнитным шумом и усиление шума до заданного уровн  в усилителе 12 во всем рабочем диапазоне частот. В установившемс  режиме в обмотке 13 возбуждаютс  высокочастотный шум с равномерной спектральной плотностью в определенной области и низкочастотный шум со сформи- рованной по определенному закону частот ной зависимостью спектральной плотносги В системе.2 имеет место эффект нели- нейного смешивани  низкочастотного и высокочастотного спектров с образованием комбинационных (суммарных и разностных ) частот дл  каждой из составл ющих спектров. В итоге формируетс  широкополосна  АЧХ механических колебаний излучател , причем непрерывность спектров шумовых колебаний в низкочастотном и высокочастотном диапазонах дает возможность сни зить неравномерность этой характернстаЕк в рабочей области до минимальной величины и полностью избежать образовани  горбов и впадин в ней. Дл  получени  максимального расщирейи  полосы пропускани  АЧХ механических колебаний излучател  при ее минимальной неравномерности спектральна  плотность мощности шума в области низких частот.должна измен тьс  по определенному закону, завис шо 1у от формы АЧХ механических колебаний исходной колебательной системы 2, но во всех случа х увеличиваетс  с ростом частоты. Такое распределение спектральной плотности происходит за счет нарастающего характера в области низких частот магнитного шума преобразовател  1, ограничени  спектра по амплитуде в ограничителе 6, окончательного формировани  в усилителе-формирователе 9 и выбора режима возбуждени  обмотки 4 величин тока и частоты) генератором 5 и легко регулируетс  их изменениетл. Величина необходимой спектральной плотности Шума в области высоких частот устанавливаетс  выбором уровн  ограничени  ограничител  6 и коэффициентов усилени  усилителей Ю и 12. Спектральна  мощность магнитного шума ферромагнетика увеличиваетс  с ростом коэффициента магнитострикиии. Кроме этого, под действием ультразвуковых механических колебаний в ферромагнетике уменьшаетс  значение напр женности магнитного пол  (пол  старта) при котором начинаютс  скачки, Баркгаузена, увеличиваютс  их число в единицу времени и амплитуда . В итоге применение в качестве источника магнитного щума магнитострикционного ферромагнитного преобразовател  самой колебательной системы, совершающего ультразвуковые колебани , повышает исходную ЭДС магнитного щума, индуцируемую в обмотке регистрации. Таким обарзом, предлагаемое устройство обладает широкополосной АЧХ механических колебаний с минимальной иеравномерностью в рабочем диапазоне как в области резонансных частот, так и всех IX гармоник, позвол ет ввести в область обработки мат иалов механические колебани  широкого (шумового) спектра часгот и тем самым учесть акустические и ф;изико-химичесие свойства обрабатываемых материалов, обеспечива  наиболее эффективное протекание гфоцесса обработки , а также меньщить требуемый коэффициент , усилени  излучател  дл  получени  заданной мощности на выходе и повысить ет-о стабильность. В результате досгигае с   повышение качества обработки материалов . Фор,мула изобретени  Ульграавуковое устройство дл  обработки материалов, содержащее магнитострикционный преобразователь с воабуж-.

даюшей обмоткой, обмогку р гистрации, намагничивающую обмогку, фильгр нижних частот, широкополосный усилитель, генератор низкой частоты и усилитель мощности, отличающеес  ген, что с целью улучшени  качества обработки за счет повышени  стабильности колебаний , в него введены ограничитель, фильтр верхних частот, усилитель-формирователь и суг«матор, причем обмотка регистрации подключена к )iy ограничител , выход которого нагружен на фильтры 1шжних к верхних частот, соединен, ные с входом усилител -формировател 

и широкополосного предварительного усилител  соответственно, выходы которых подключены к сумматору, а выход сумматора соединен с входом усилител  мс цности , при этом обмотка регисграции и намагничивающа  обмотка расположены на магнитострикционном преобразователе.

Источники информации, прин вые во внимание при экспертгазе

1.Автррское свидетельство СССР

№ 763ОО4, кл. eoeev t/oo, 1930.

2.Авторское свидетельство СССР М 733741, кл. 6 ОеВ 1/00, 198О (прототип).

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Ультразвуковое устройство для обработки материалов, содержащее магнитострикционный преобразователь с возбуж-.

   7 даюшей обмоткой, обмотку регистрации, намагничивающую обмотку, фильтр нижних частот, широкополосный усилитель, генератор низкой частоты и усилитель мощности, отличающееся тем, что с целью улучшения качества обработки за счет повышения стабильности колебаний, в него введены ограничитель, фильтр верхних частот, усилитель-формирователь и сумматор, причем обмотка регистрации подключена к вхоТту ограничителя, выход которого нагружен на фильтры нижних и верхних частот, соединенные с входом усилителя-формирователя

   971507 8 и широкополосного предварительного усилителя соответственно, выходы которых подключены к сумматору, а выход сумматора соединен с входом усилителя мощ· 5 ности, при этом обмотка регистрации и намагничивающая обмотка расположены на магнитострикционном преобразователе.