Ультразвуковой генератор с автоподстройкой частоты

 

Союз Советских

Социаттистических

Республик

И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 06.10.77 (21) 2530061/18-10 с присоединением заявки М— (23) П риоритетОпубликовано 25.11.79. Бюллетень Ж 43

Дата опубликования описания 28.11.79 (51)М. Кл.

В 06 В 1/02

Государственный неиетет

СССР ае делам нэабретеннй н еткрктей (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Автор изобретении

Ю. К. Пястун (7I ) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ IEHEPATOP

С АВТОПОДСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к ультразвуковой технике, к областям машиностроения и электронного приборостроения и может быть использовано, в частности, в ультразвуковых технологических уста5 новках для сварки микроконтактов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известны ультразвуковые генераторы, содержащие усилитель мощности, акуститo ческий датчик, установленный на нерабо чем торце преобразователя, и цепь обратной связи I1j.

Однако эти генераторы сложны в настройке и ненадежны.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультра» звуковой генератор с автоподстройкой частоты (21, содержащий последовательно соединенные задающий генератор не» зависимого возбуждения, усилитель мощ» ности, акустический преобразователь, образующие цепь обратной связи два акустических датчика, установленных по обе стороны от узла механических колебаний, два логарифмических усилителя, выходы которых соединены с входами дифференциального каскада, выход которого подключен к входу управления частотой задающего генератора независимого возбуждения.

Однако в этом генераторе невозмож» на точная подстройка частоты на резо нанс акустического преобразователя.

Целью изобретения является обеспе чение жесткого поддержания резонансно го режима работы акустического преоб- разователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два выпрями« теля, сумматор и вычитающее устройство.

На фиг. 1 схематично изображено распределение амплитуд механических колебаний и двух точках А и Б, расположенных по обе стороны от узла колебаний 0 в режиме холостого хода (точки

0< и U ) и в пежиме работы ня нагрузку (точки U< и U< ); на фиг. 2

3 698 функциональная схема ультразвукового

l енератора с автоподстройкой частоты.

Ультразвуковой генератор содержит последовательно соединенные задающий генератор 1 независимого возбуждения, усилитель 2 мощности, акустический преобразователь 3 и образующие цепь обратной связи два акустических датчика 4, соединенных соответственно через выпрямители 5 и 6 с входами суммато- tp ра 7 и вычитающего устройства 8, выходы которых подключены, соответственно, к входам логарифмических усилителей

9 и 10. Выходы логарифмических усилителей 9 и 10 соединены с входами диф- )5 ференциального каскада 11, выход которого подключен к входу управления частотой задающего генератора 1.

Работает ультразвуковой генератор следующим образом.

Задающий генератор 1 независимого возбуждения генерирует сигнал с частотой, соответствующей резонансной частоте акустического преобразователя 3. Этот сигнал усиливается до нужной величины усилителем 2 мощности и подается на акустический преобразователь 3 для его возбуждения, Ультразвуковые колебания, возникающие при этом в преобразователе

3, возбуждают в акустических датчиках

4 электрический сигнал. Акустические датчики 4 установлены по обе стороны от узла механических колебаний на таКоМ расстоянии друг QT друга, чтобы при самых небли оприятных условиях работы преобразователя 3 на на грузку узел не выходил за пределы датчиков 4.

Для удовлетворения этому условию и для получения максимальной крутизны преобразования амплитуды механических коле40 баний в электрический сигнал расстояние между датчиками 4 должно удовлетворять условию:

3 «2И 6 P. -ay, (1) 45 где Š— расстояние между датчиками;

И - порядковый номер узла вдоль оси преобразователя, начиная с узла активного элемен- gp та;

Ы „- максимально возможное измей1 нение резонансной длины волны в преобразователе; у в величина зоны нечувствитель- я ности датчика.

Далее сигналы с акустических датчиков

4 выпрямляются выпрямителями 5 и 6, где О >b < — выходной сигнал .цепи обратной связи;

Q — -амплитуда сигнала, снимае1 мого с первого (условного датчика);

Ц - амплитуда сигнала, снима2. емого со второго датчика.

Сигнал И вых. с выхода дифференциального каскада 11 подается в цепь управления частотой задающего генератора 1 дпя его настройки на частоту резонанса акустического преобразователя 3. Этот сигнал однозначно определяет как направление ухода резонансной длины волны, так и его абсолютную величину. Это следует из рассмотрения треугольников

A0 U< и 0 Ц Q (фиг. 1), откуда можно записать равенство:

Ц,, АО+ ь

Ц О — Ь (4)

2 где - величина ухода резонансной длины волны при работе на нагрузку.

Отсюда находим;

Ц10В-Ц2 АО

0 +u

1 2 (5) 74 4 выходной сигнал которых пропорционален амплитудам входных сигналов и не зависит от их частоты и фазового соотношения. С каждого выпрямителя 5 и 6 сигналы поступают на сумматор 7 и вычитающее устройство 8, производящие соот-ветственно, алгебраическое сложение и алгебраическое вычитание двух входных сигналов. Выходной сш нал сумматора 7, равный сумме амплитуд сигналов, снимаемых с акустических датчиков 4, поступает на логарифмический усилитель 9, а выходной сигнал с вычитающего устройства 8, равный разности амплитуд тех же сигналов, поступает на логарифмический усилитель 10. С выхода логарифмических усилителей 9 и 10 прологарифмированные сумма и разность входных сигналов цепи обратной связи поступают на дифференциальный каскад 11, где производится вычитание логарифма суммы из логарифма разности входных сигналов. Выходной сигнал дифференциального каскада 11 описывается выраже кием:

Ц „„=ЕОЯ (О„-К0 )-Юо (0„+О ) (2) или

698674 6

Формула изобретения

Введя в выражение (5) коэффициент = †вЂ, постоянный для каждого конк. ДО

0В ретного акустического преобразователя и определяющий положение узла механических колебаний относительно акустических датчиков 1 и 2 в режиме холостого . хода, можем записать равенство:

u „- о однозначно определяющее направление и величину ухода резонансной длины волны в акустическом преобразователе. Прологарифмировав это выражение получим выражение, определяющее величину выход15 ного сигнала цепи обратной связи { 3).

Коэффициент К вводится в вычитающее устройство 8 путем изменения коэффициента передачи по соответствующему входу. Все узлы в цепи автоподстройки частоты производят обработку амплитуд сигналов, снимаемых с двух акустических датчиков, независимо от их частоты и фазового соотношения. Следовательно, 25 диапазон автоподстройки зависит только от конструктивнык параметров преобразователя, в частности от расстояния между акустическими датчиками. Поэтому ультразвуковой генератор допускает оперативзо ную замену акустических преобразователей без дополнительной подстройки цепей обратной связи и обеспечивает высокую точность поддержания резонансного режима работы ультразвуковой. установки.

Ультразвуковой генератор с автоподстройкой частоты, содержащий последовательно соединенные задающий генератор независимого возбуждения, усилитель мощности, акустический преобразователь, образующие цепь обратной связи два акустических датчика, установленных по обе стороны от узла механических колебаний, два логарифмических усилителя, выходы которых соединены с входами дифференциального каскада, выход которого подключен к входу управления частотой задающего генератора независимого возбужде ния, отличающийся тем, что, с целью обеспечения жесткого поддержания резонансного режима работы акустического преобразователя, в устройство введены два выпрямителя, а также сумматор и вычитающее устройство, входы которых через выпрямители параллельно совдинены с двумя акустическими датчиками, а выходы их соединены с входами логарифмических усилителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Донской А; Ф., Келлер О. К„

Кратыш Г. С. Ультразвуковые электротехнологические установки. Энергия, 1 968, с. 1 71-1 74.

2. Авторское свидетельство СССР

N 492313, кл. В 06 Б 1/02, 1974.

Редактор Л. Бибер

Составитель B. Пирогов

Техред О. Андрейко Корректор H. Задерновская

Заказ 7131/10 Тираж 585 Подписное

IIHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал НПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4