Ультразвуковой генератор

 

Использование: в ультразвуковых технологических установках, в частности в установках для микросварки. Сущность изобретения: ультразвуковой генератор содержит последовательно соединенные сумматор, синхронизирующий генератор, усилитель, ультразвуковой преобразователь, датчик обратной связи, фазовращатель и усилитель-ограничитель, последовательно соединенные удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу синхронизируемого генератора, генератор одиночных импульсов и формирователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, а второй вход - с выходом синхронизируемого генератора, устройство задержки и дискриминатор импульсов по длительности, вход которого подключен к выходу генератора одиночных импульсов, инвертор, вход которого подключен к выходу устройства задержки, и второй формирователь, связанный выходом с вторым входом сумматора, а вторым входом - с выходом дискриминатора импульсов по длительности, причем третий вход сумматора подключен к выходу усилителя-ограничителя, а вход устройства задержки - к выходу синхронизируемого генератора, входам усилителя, удвоителя частоты и второму входу первого формирователя. 1 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных ультразвуковых технологических установках. Цель изобретения увеличение точности отслеживания частоты резонанса ультразвукового преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные сумматор, синхронизируемый генератор, усилитель, ультразвуковой преобразователь, датчик обратной связи, фазовращатель и усилитель-ограничитель, последовательно соединенные удвоитель частоты, вход которого подключен к выходу синхронизируемого генератора, генератор одиночных импульсов и формирователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, а второй вход с выходом синхронизируемого генератора, а также устройство задержки и дискриминатор импульсов по длительности, вход которого подключен к выходу генератора одиночных импульсов, дополнительно введены последовательно соединенные инвертор, вход которого подключен к выходу устройства задержки, и второй формирователь, связанный выходом с вторым входом cyмматора, а вторым входом с выходом дискриминатора импульсов по длительности, причем третий вход сумматора подключен к выходу усилителя-ограничителя, а вход устройства задержки к выходу синхронизируемого генератора, входам усилителя, удвоителя частоты и второму входу первого формирователя. На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого генератора. Ультразвуковой генератор содержит соединенные последовательно сумматор 1, синхронизируемый генератор 2, усилитель 3, ультразвуковой преобразователь 4, датчик обратной связи 5, управляемый фазовращатель 6 и усилитель-ограничитель 7, последовательно соединенные удвоитель частоты 8, вход которого подключен к выходу синхронизируемого генератора 1, генератор одиночных импульсов 9 и формирователь 10, выход которого связан с первым входом сумматора 1, а второй вход с выходом синхронизируемого генератора 2, соединенные также последовательно устройство задержки 11, вход которого подключен к выходу синхронизируемого генератора 2, инвертор 12 и второй формирователь 13, выход которого связан с вторым входом сумматора 1, а также дискриминатор импульсов по длительности 14, подключенный входом к выходу генератора одиночных импульсов 9, а выходом к второму входу второго формирователя 13, причем выход усилителя-ограничителя 7 соединен с третьим входом сумматора 1. Работает генератор следующим образом. Сигнал с выхода синхронизируемого генератора 2, усиленный усилителем 3, поступает на ультразвуковой преобразователь 4, возбуждая в нем колебания. Эти колебания регистрируются датчиком обратной связи 5 и с его выхода через фазовращатель 6, усилитель-ограничитель 7 и сумматор 1 поступают на вход синхронизации синхронизируемого генератора 2. Фазовращатель 6 настроен так, что сдвиг фаз между сигналом на входе синхронизации и выходе синхронизируемого генератора 2 равен нулю на частоте резонанса ультразвукового преобразователя 4, в рассмотренном основном кольце действует положительная обратная связь и возникает генерация на частоте резонанса ультразвукового преобразователя 4, так как амплитуда сигнала А на выходе усилителя-ограничителя 7 и порог синхронизации S синхронизируемого генератора 2 связан соотношением К₃A>S, где К_з коэффициент передачи сумматора 1 по третьему входу. Так как основное кольцо обратной связи предлагаемого ультразвукового генератора на два блока (D-триггер и элемент с инвертирующим коэффициентом передачи) короче, чем у прототипа, то на стабильность генерации не влияет дрейф фазочастотных характеристик этих элементов, благодаря чему точность отслеживания частоты резонанса увеличивается. Частота сигнала с выхода синхронизируемого генератора 2 удваивается удвоителем частоты 8, сигнал с выхода которого при каждом переходе сигнала синхронизируемого генератора 2 через нуль запускает генератор одиночных импульсов 9, который вырабатывает импульсы с длительностью где f_в верхняя граница заданного (разрешенного для генерации) диапазона частот, содержащего в себе только частоту основного резонанса ультразвукового преобразователя 4. Эти импульсы поступают на первый вход формирователя 10, в котором путем логической обработки этих импульсов и импульсов с выхода синхронизируемого генератора 2, поступающих на второй вход формирователя 10, формируется сигнал положительной обратной связи, который поступает на первый вход сумматора 1. Амплитуда D этого сигнала удовлетворяет соотношению K₁D>K₃A>S, где К₁ коэффициент передачи сумматора по первому входу. Благодаря этому, пока на выходе формирователя 10 действует сигнал положительной обратной связи, в дополнительной цепочке обратной связи (удвоитель частоты 8, генератор одиночных импульсов 9, формирователь 10, сумматор 1) действует жесткая положительная связь, препятствующая возникновению генерации на частотах паразитных резонансов ультразвукового преобразователя 4, расположенных выше f_в. В качестве формирователя 10 удобнее всего взять элемент с тремя состояниями выхода, например К155 ЛП8. В этом случае информационный вход этого элемента является вторым входом формирователя 10, а вход управления состоянием выхода первым входом формирователя 10. Сигнал с выхода синхронизируемого генератора 2 задерживается устройством задержки 11 на время распространения сигнала по дополнительному кольцу обратной связи, инвертируется инвертором 12 и поступает на первый вход второго формирователя 13. Поэтому, когда дискриминатор импульсов по длительности 14 обнаруживает, что интервал t между импульсами генератора одиночных импульсов 9 удовлетворяет условию где f_н нижняя граница заданного диапазона частот, то на выходе дискриминатора импульсов по длительности 14 возникает сигнал, поступающий на второй вход формирователя 13, и под действием которого на выходе формирователя 13 возникает корректирующий сигнал с амплитудой с, удовлетворяющей условию К₂С>К₃А>S,
где К₂ коэффициент передачи сумматора 1 по второму входу. Этот сигнал через сумматор 1 попадает на вход синхронизации синхронизирующего генератора 2 и изменяет полярность его выходного сигнала. Это изменение полярности жестко фиксируется на время t дополнительным кольцом обратной связи, дискриминатор импульсов по длительности 14 приходит в исходное состояние и корректирующий сигнал на выходе формирователя 13 исчезает. В дальнейшем управление частотой генерации от дополнительного кольца передается основному кольцу обратной связи. Таким образом, никакие манипуляции с основным кольцом синхронизации не производятся, состязания сигналов отсутствуют, что и увеличивает стабильность генерации в заданном диапазоне частот и точность слежения за частотой основного резонанса ультразвукового преобразователя 4. В качестве формирователя 13 лучше всего применить элемент с тремя состояниями выхода, используя в качестве первого входа информационный вход элемента, а в качестве второго вход управления состоянием выхода. В качестве устройства задержки 11 можно применить интегрирующую RC-цепь. Инвертор 12 может быть, например, логическим элементом НЕ K155 ЛН2. Остальные блоки можно использовать такими же, как и у прототипа. Таким образом, введение в ультразвуковой генератор последовательно соединенных инвертора, вход которого подключен к выходу устройства задержки, и второго формирователя, связанного выходом с вторым входом сумматора, а вторым входом с выходом дискриминатора импульсов по длительности, подключение третьего входа сумматора к выходу усилителя-ограничителя, а входа устройства задержки к выходу синхронизируемого генератора, входам усилителя, удвоителя частоты и второму входу первого формирователя позволяет достичь поставленную цель: обеспечить увеличение точности отслеживания частоты резонанса ультразвукового преобразователя в заданном диапазоне частот. Применение предлагаемого генератора в установках ультразвуковой сварки позволит получить экономический эффект за счет увеличения выхода годных за счет увеличения точности отслеживания частоты основного резонанса ультразвукового преобразователя.

Формула изобретения

Ультразвуковой генератор, содержащий последовательно соединенные сумматор, синхронизатор, усилитель, ультразвуковой преобразователь, датчик обратной связи, фазовращатель и усилитель-ограничитель, выход которого подключен к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен выход первого формирователя положительной обратной связи, при этом выход синхрогенератора соединен с входами удвоителя частоты и первого формирователя импульсов положительной обратной связи, а выход удвоителя частоты подключен к входу генератора одиночных импульсов выход которого соединен с входами формирователя положительной обратной связи и дискриминатора импульсов, устройство временной задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности подстройки частоты, в него введены инвертор и второй формирователь положительной обратной связи, при этом выход синхрогенератора соединен с входом устройства временной задержки, выход которого подключен к входу инвертора, выход которого соединен с первым входом второго формирователя положительной обратной связи, выход которого подключен к входу сумматора, а выход дискриминатора импульсов соединен с вторым входом второго формирователя положительной обратной связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1