[實(shí)用新型]強(qiáng)制微抖動(dòng)掃頻跟蹤式超聲波電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320025133.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN202998062U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳麗君;齊冀;齊海群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江工程學(xué)院
• 主分類號(hào): H03L7/085
• 分類號(hào): H03L7/085;H03L7/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及強(qiáng)制微抖動(dòng)掃頻跟蹤式超聲波電源，屬于超聲波加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超聲加工是目前硬脆材料加工的新方法，其特點(diǎn)是刀具與工件在超聲作用下周期性的接觸和分離，因此切削力小、刀具發(fā)熱小、磨損低，加工質(zhì)量高。但在加工過程中，由于刀具進(jìn)給、加力和分離過程中伴隨著劇烈的負(fù)載變化，大功率壓電換能器容易發(fā)生停振問題，表現(xiàn)為振幅驟然降低、切削力劇增等不良現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致刀刃損壞和工件報(bào)廢等問題。

理論研究表明：超聲加工過程中伴隨的劇烈負(fù)載變化，直接導(dǎo)致?lián)Q能器的機(jī)械諧振頻率發(fā)生偏移，此時(shí)要求超聲波電源必須能夠及時(shí)改變自身振蕩頻率，在新的頻率上激勵(lì)換能器，重新使其恢復(fù)諧振狀態(tài)，才能維持超聲加工的繼續(xù)進(jìn)行。因此，頻率跟蹤是超聲加工中十分重要的技術(shù)保證。

目前，用于超聲加工的頻率跟蹤主要有兩種方法：最大電流跟蹤法和鎖相環(huán)跟蹤法。

最大電流跟蹤法，根據(jù)換能器在諧振點(diǎn)附近振幅最大、電流最大的原理，時(shí)刻通過掃頻，保持換能器工作在最大電流狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。但換能器工作電流在諧振點(diǎn)的兩側(cè)都變小，因此容易誤判掃頻方向，從而出現(xiàn)跟蹤失敗。

鎖相環(huán)法，利用換能器在諧振狀態(tài)下電壓和電流同相位的原理，通過改變振蕩頻率尋找電壓電流的同相點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。一般來說，設(shè)計(jì)良好的換能器在較寬頻率范圍內(nèi)只有一個(gè)諧振頻率，而且諧振點(diǎn)兩側(cè)電壓電流的相位相反，因此不會(huì)出現(xiàn)最大電流跟蹤法中的誤判跟蹤方向問題。但是，由于換能器，特別是高品質(zhì)因數(shù)換能器在非諧振狀態(tài)時(shí)的電流很小，不易檢測(cè)其相位；而提高放大器增益，又會(huì)引入額外的相位偏移，同樣也很難將換能器拉回諧振狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型是為了解決超聲加工中由于負(fù)載的快速劇烈變化，而出現(xiàn)的超聲波換能器意外停振的問題，提供了一種強(qiáng)制微抖動(dòng)掃頻跟蹤式超聲波電源。

本實(shí)用新型所述強(qiáng)制微抖動(dòng)掃頻跟蹤式超聲波電源，它包括壓電換能器，它還包括相位比較器、模擬加法器、壓控振蕩器、全橋功率放大器、輸出變壓器、匹配電路、電壓電流取樣器、三角波發(fā)生器、模擬除法器、峰值檢測(cè)器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、電壓信號(hào)放大器和電流信號(hào)放大器，

電壓電流取樣器用于采集壓電換能器的實(shí)時(shí)工作電壓U_tr和實(shí)時(shí)工作電流I_tr，電壓電流取樣器的工作電壓U_tr信號(hào)輸出端連接電壓信號(hào)放大器的電壓信號(hào)輸入端，電壓信號(hào)放大器的放大信號(hào)輸出端連接第一低通濾波器的濾波信號(hào)輸入端，第一低通濾波器的濾波信號(hào)U_{tr_filter}輸出端連接相位比較器的電壓信號(hào)輸入端；

電壓電流取樣器的工作電流I_tr信號(hào)輸出端連接電流信號(hào)放大器的電流信號(hào)輸入端，電流信號(hào)放大器的放大信號(hào)輸出端連接第二低通濾波器的濾波信號(hào)輸入端，第二低通濾波器的濾波信號(hào)I_{tr_filter}輸出端連接相位比較器的電流信號(hào)輸入端，相位比較器的掃頻電壓U_phase信號(hào)輸出端連接模擬加法器的控制信號(hào)輸入端；

模擬加法器的電壓信號(hào)輸入端連接模擬除法器的強(qiáng)制微抖動(dòng)掃頻電壓U_s信號(hào)輸出端，模擬除法器的第一信號(hào)輸入端連接三角波發(fā)生器的三角波U_tri信號(hào)輸出端，模擬除法器的第二信號(hào)輸入端連接峰值檢測(cè)器的峰值模擬電壓U_peak信號(hào)輸出端，峰值檢測(cè)器用于采集第二低通濾波器輸出的濾波信號(hào)I_{tr_filter}；

模擬加法器的掃頻電壓U_vf信號(hào)輸出端連接壓控振蕩器的控制信號(hào)輸入端，壓控振蕩器的方波信號(hào)輸出端連接全橋功率放大器的放大信號(hào)輸入端，全橋功率放大器的輸出電壓信號(hào)經(jīng)輸出變壓器升壓后輸入給匹配電路，匹配電路的信號(hào)輸出端連接電壓電流取樣器的信號(hào)輸入端。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)包括超聲加工在內(nèi)的各類功率超聲應(yīng)用中，大功率壓電換能器驅(qū)動(dòng)的可靠頻率跟蹤。它是對(duì)鎖相環(huán)頻率跟蹤法的改進(jìn)，通過加入一個(gè)窄帶強(qiáng)制掃頻單元，改變了傳統(tǒng)鎖相環(huán)掃頻中過分依賴電流信號(hào)強(qiáng)度的問題，大大提高了頻率跟蹤的可靠性。