Устройство для возбуждения электроакустического преобразователя - RU2180274C2

Описание

Область техники
Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных областях техники, в том числе в машиностроении, судостроении и мостостроении при производстве сварных конструкций, особенно работающих близко к пределу прочности, при производстве работ, связанных с релаксационно-упрочняющей обработкой сварных соединений.

Предшествующий уровень техники
Известно устройство для ультразвуковой ударной обработки (УУО) с автоматической подстройкой частоты источника питания резонансной колебательной системы. Минимизация потребляемой энергии системы и автоматическое поддержание заданного качества ультразвуковой обработки сварных конструкций и других объектов производства при минимальных энергетических затратах операционным технологическим комплексом обеспечивают обработкой обратного сигнала (см. например, патент PФ(RU) 2031144, М. Кл.⁶ С 21 D 1/04, 11/00 от 11.05.90 г.).

Это устройство для возбуждения электроакустического преобразователя недостаточно эффективно при изменяющейся нагрузке и при работе подвержено влиянию внешних факторов на амплитуду ультразвуковых смещений преобразователя.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для возбуждения ультразвукового преобразователя, содержащее ультразвуковой преобразователь, ключ, источник питания, выход которого соединен со входом ключа, компаратор нуля и полосовой фильтр, связанный выходом с входом компаратора нуля (см. , например, авторское свидетельство СССР 1271585, В 06 В 1/06 от 1986 г.).

Недостаток этого устройства состоит в том, что частота электрического резонанса в контуре из последовательно соединенных преобразователя и компенсатора будет отличаться от собственной частоты механических колебаний преобразователя, так как в следствие воздействия внешних факторов при изменении нагрузки (температуры, вязкости, и т.п.) резонансная частота электрического контура и собственная частота механических колебаний преобразователя будут изменяться по разному. Прототип не позволяет возбудить преобразователь на частоте его механического резонанса при изменяющейся нагрузке. Коэффициент эффективности преобразователя на резонансной частоте электрического контура существенно снижается с ростом разницы частот собственных механических колебаний преобразователя и резонансных колебаний электрического контура.

Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на решение задачи эффективного возбуждения колебательной системы на ее резонансной частоте в условиях изменяющейся нагрузки на преобразователе. Эта техническая задача решается за счет того, что в устройство для возбуждения ультразвукового преобразователя, содержащее ультразвуковой преобразователь, ключ, источник питания, выход которого соединен со входом ключа, компаратор нуля и полосовой фильтр, связанный выходом с входом компаратора нуля, введены блок управления и генератор с автоматической подстройкой частоты и фазы, а компаратор нуля имеет вход разрешения работы, причем выход ключа соединен с ультразвуковым преобразователем и входом полосового фильтра, вход разрешения работы компаратора нуля соединен с выходом блока управления, управляющий выход которого связан с управляющим входом ключа, выход компаратора нуля подключен к входу генератора с автоматической подстройкой частоты и фазы, выход которого подключен ко входу блока управления. Изобретение повышает эффективность возбуждения преобразователя и уменьшает влияние внешних факторов на изменение предельной амплитуды его ультразвуковых смещений в процессе работы под нагрузкой, что позволяет расширить сферу применения электроакустического преобразователя и автоматизировать при использовании этого преобразователя в методе УУО выбор оптимальных режимов обработки, достигнуть заданного качества обрабатываемой поверхности в зависимости от степени ее пластического деформирования и снизить энергопотребление.

Ввиду неизвестности предложенной совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, заявленное изобретение соответствует критерию новизны (N). Ввиду того, что из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, оно соответствует критерию изобретательского уровня (IS). Доводы, приведенные ниже в разделе описания изобретения "Промышленная применимость", говорят о том, что предложенное изобретение соответствует критерию промышленная применимость (IA).

На чертеже представлен схематически один из лучших вариантов выполнения устройства для возбуждения ультразвукового преобразователя.

Лучший вариант осуществления изобретения
Устройство для возбуждения ультразвукового преобразователя содержит источник питания 1, ключ 2, преобразователь 3, генератор 4 с автоматической подстройкой частоты и фазы, блок управления 5, полосовой фильтр 6 и компаратор нуля 7, который выполнен с возможностью разрешения работы, сигнал разрешения работы компаратора нуля 7 формируется в блоке управления 5 таким образом, чтобы исключить появление на выходе компаратора нуля 7 импульсов, обусловленных работой ключа 2. Сигнал с выхода компаратора нуля 7 поступает на вход генератора 4 с автоматической подстройкой частоты и фазы, который автоматически подстраивает частоту выходного сигнала таким образом, чтобы сохранялась заданная разность фаз между его выходным сигналом и выходными импульсами компаратора нуля 7. Начальную частоту генератора 4 с автоматической подстройкой частоты и фазы задают равной расчетной частоте механического резонанса преобразователя 3, а диапазон ее изменения задают в соответствии с измеренным диапазоном изменения частоты его механического резонанса под нагрузкой. В качестве ключа 2 могут быть использованы биполярные транзисторы, полевые транзисторы, тиристорные коммутаторы и электронные лампы. Блок управления 5 формирует сигнал управления ключом 2 и сигнал разрешения работы для компаратора нуля 7. При этом, частота выходного сигнала генератора 4 с автоматической подстройкой частоты и фазы может быть кратна либо равна частоте импульсов на выходе компаратора нуля 7. В предложенном устройстве могут быть использованы магнитострикционные или пьезоэлектрические преобразователи. Высокая чувствительность компаратора нуля 7 определяет устойчивость работы ультразвукового генератора. Устройство позволяет осуществить эффективное возбуждение любого преобразователя при изменяющейся нагрузке в заданном для него диапазоне частот. Кроме того устройство позволяет уменьшить габариты и вес прибора по сравнению с известными устройствами при сохранении прежней мощности.

Промышленная применимость
Промышленная применимость предложенного устройства для возбуждения ультразвукового преобразователя определяется тем, что он улучшает современный метод УУО и изготавливаемое для этого метода оборудование. Метод УУО и оборудование для УУО, которые улучшают данное изобретение, аттестованы по Еврокоду Международным институтом сварки, институтом сварки Франции и находятся в стадии их включения в стандарты ISO (International Organization for Standardization).

Реферат

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в машиностроении, судостроении и моторостроении при производстве сварных конструкций. Повышение эффективности возбуждения колебательной системы на ее резонансной частоте в условиях изменяющейся нагрузки на преобразователе достигается за счет того, что устройство для возбуждения ультразвукового преобразователя содержит ультразвуковой преобразователь, ключ, источник питания, выход которого соединен с входом ключа, компаратор нуля и полосовой фильтр, связанный выходом с входом компаратора нуля. В него введены блок управления и генератор с автоматической подстройкой частоты и фазы. Компаратор нуля имеет вход разрешения работы, причем выход ключа соединен с ультразвуковым преобразователем и входом полосового фильтра, вход разрешения работы компаратора нуля соединен с выходом блока управления, управляющий выход которого связан с управляющим входом ключа, выход компаратора нуля подключен к входу генератора с автоматической подстройкой частоты и фазы, выход которого подключен ко входу блока управления. 1 ил.

Формула