强制微抖动扫频跟踪式超声波电源制造技术

强制微抖动扫频跟踪式超声波电源，属于超声波加工技术领域。它解决了超声加工中由于负载的快速剧烈变化，而出现的超声波换能器意外停振的问题。它包括压电换能器，它还包括相位比较器、模拟加法器、压控振荡器、全桥功率放大器、输出变压器、匹配电路、电压电流取样器、三角波发生器、模拟除法器、峰值检测器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、电压信号放大器和电流信号放大器，它是对锁相环频率跟踪法的改进，通过加入一个窄带强制扫频单元，改变了传统锁相环扫频中过分依赖电流信号强度的问题，大大提高了频率跟踪的可靠性。本实用新型专利技术适用作超声波电源。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及强制微抖动扫频跟踪式超声波电源，属于超声波加工

技术介绍
超声加工是目前硬脆材料加工的新方法，其特点是刀具与工件在超声作用下周期性的接触和分离，因此切削力小、刀具发热小、磨损低，加工质量高。但在加工过程中，由于刀具进给、加力和分离过程中伴随着剧烈的负载变化，大功率压电换能器容易发生停振问题，表现为振幅骤然降低、切削力剧增等不良现象，甚至导致刀刃损坏和工件报废等问题。理论研究表明:超声加工过程中伴随的剧烈负载变化，直接导致换能器的机械谐振频率发生偏移，此时要求超声波电源必须能够及时改变自身振荡频率,在新的频率上激励换能器，重新使其恢复谐振状态，才能维持超声加工的继续进行。因此，频率跟踪是超声加工中十分重要的技术保证。目前，用于超声加工的频率跟踪主要有两种方法:最大电流跟踪法和锁相环跟踪法。最大电流跟踪法，根据换能器在谐振点附近振幅最大、电流最大的原理，时刻通过扫频，保持换能器工作在最大电流状态，从而实现频率跟踪。但换能器工作电流在谐振点的两侧都变小，因此容易误判扫频方向，从而出现跟踪失败。锁相环法，利用换能器在谐振状态下电压和电流同相位的原理，通过改变振荡频率寻找电压电流的同相点，从而实现频率跟踪。一般来说，设计良好的换能器在较宽频率范围内只有一个谐振频率，而且谐振点两侧电压电流的相位相反，因此不会出现最大电流跟踪法中的误判跟踪方向问题。但是，由于换能器，特别是高品质因数换能器在非谐振状态时的电流很小，不易检测其相位；而提高放大器增益，又会引入额外的相位偏移，同样也很难将换能器拉回谐振状 态。
技术实现思路
本技术是为了解决超声加工中由于负载的快速剧烈变化，而出现的超声波换能器意外停振的问题，提供了一种强制微抖动扫频跟踪式超声波电源。本技术所述强制微抖动扫频跟踪式超声波电源，它包括压电换能器，它还包括相位比较器、模拟加法器、压控振荡器、全桥功率放大器、输出变压器、匹配电路、电压电流取样器、三角波发生器、模拟除法器、峰值检测器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、电压信号放大器和电流信号放大器，电压电流取样器用于采集压电换能器的实时工作电压Utr和实时工作电流1&，电压电流取样器的工作电压Utr信号输出端连接电压信号放大器的电压信号输入端，电压信号放大器的放大信号输出端连接第一低通滤波器的滤波信号输入端，第一低通滤波器的滤波信号Utrjilter输出端连接相位比较器的电压信号输入端；电压电流取样器的工作电流Itl 信号输出端连接电流信号放大器的电流信号输入端，电流信号放大器的放大信号输出端连接第二低通滤波器的滤波信号输入端，第二低通滤波器的滤波信号Ita filte输出端连接相位比较器的电流信号输入端，相位比较器的扫频电压Uphase信号输出端连接模拟加法器的控制信号输入端；模拟加法器的电压信号输入端连接模拟除法器的强制微抖动扫频电压Us信号输出端，模拟除法器的第一信号输入端连接三角波发生器的三角波Utai信号输出端，模拟除法器的第二信号输入端连接峰值检测器的峰值模拟电压Upeak信号输出端，峰值检测器用于采集第二低通滤波器输出的滤波信号ItljiltOT ；模拟加法器的扫频电压Uvf信号输出端连接压控振荡器的控制信号输入端，压控振荡器的方波信号输出端连接全桥功率放大器的放大信号输入端，全桥功率放大器的输出电压信号经输出变压器升压后输入给匹配电路，匹配电路的信号输出端连接电压电流取样器的信号输入端。本技术的优点:本技术可实现包括超声加工在内的各类功率超声应用中，大功率压电换能器驱动的可靠频率跟踪。它是对锁相环频率跟踪法的改进，通过加入一个窄带强制扫频单元，改变了传统锁相环扫频中过分依赖电流信号强度的问题，大大提高了频率跟踪的可靠性。由三角波发生器、模拟除法器、峰值检测器和模拟加法器形成的窄带强制扫频单元作用在于:当锁相环在慢速扫频下基本确定工作频率后，通过在一个窄频带内不断进行快速抖动式扫频来实现可靠频率跟踪。窄频带的宽度由换能器工作电流的峰值动态控制，峰值电流越小，扫频频带越宽，反之扫频带宽越窄。由于换能器停振时电流最小，因此本超声波电源能够通过加大扫频带宽和强制扫频重新唤醒意外停振的换能器，使频率跟踪具有更好的可靠性。本技术通过主动强制扫频寻找谐振点，有效克服了传统锁相环频率跟踪式超声波电源中存在的停振问题，能够在负载剧烈变化的超声加工中，更加可靠地实现频率跟踪，具有十分重要的工程价值和现实意义。所述超声波电源由模拟器件和少量非程控数字器件构成，能够适应工业现场的强电磁干扰，不怕辐射，不会出现死机现象。附图说明图1是本技术所述强制微抖动扫频跟踪式超声波电源的结构框图。具体实施方式具体实施方式一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述强制微抖动扫频跟踪式超声波电源，它包括压电换能器8，它还包括相位比较器1、模拟加法器2、压控振荡器3、全桥功率放大器4、输出变压器5、匹配电路6、电压电流取样器7、三角波发生器9、模拟除法器10、峰值检测器11、第一低通滤波器12、第二低通滤波器13、电压信号放大器14和电流信号放大器15,电压电流取样器7用于采集压电换能器8的实时工作电压Utr和实时工作电流Ita，电压电流取样器7的工作电压Utr信号输出端连接电压信号放大器14的电压信号输入端，电压信号放大器14的放大信号输出端连接第一低通滤波器12的滤波信号输入端,第一低通滤波器12的滤波信号Utljilte输出端连接相位比较器I的电压信号输入端；电压电流取样器7的工作电流Itt信号输出端连接电流信号放大器15的电流信号输入端，电流信号放大器15的放大信号输出端连接第二低通滤波器13的滤波信号输入端，第二低通滤波器13的滤波信号Ife filto输出端连接相位比较器I的电流信号输入端，相位比较器I的扫频电压Uphase信号输出端连接模拟加法器2的控制信号输入端；模拟加法器2的电压信号输入端连接模拟除法器10的强制微抖动扫频电压Us信号输出端，模拟除法器10的第一信号输入端连接三角波发生器9的三角波Utai信号输出端，模拟除法器10的第二信号输入端连接峰值检测器11的峰值模拟电压Urreak信号输出端，峰值检测器11用于米集第二低通滤波器13输出的滤波信号ItljiltCT ;模拟加法器2的扫频电压Uvf信号输出端连接压控振荡器3的控制信号输入端，压控振荡器3的方波信号输出端连接全桥功率放大器4的放大信号输入端，全桥功率放大器4的输出电压信号经输出变压器5升压后输入给匹配电路6,匹配电路6的信号输出端连接电压电流取样器7的信号输入端。本实施方式中，相位比较器1、压控振荡器3、电压电流取样器7、电压信号放大器14、电流信号放大器15、第一低通滤波器12和第二低通滤波器13形成主频率跟踪环路；三角波发生器9、模拟除法器10、峰值检测器11和模拟加法器2形成窄带强制扫频单元；全桥功率放大器4、输出变压器5、匹配电路6和压电换能器8形成功率单元。相位比较器I的扫频电压Uphase信号输入给模拟加法器2，作为主扫频控制信号；峰值检测器11输出的峰值模拟电压Upeak信号和三角波发生器9输出的的三角波Utri信号输入到模拟除法器10，分别作为除数和被除数。压控振荡器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强制微抖动扫频跟踪式超声波电源，它包括压电换能器(8)，其特征在于，它还包括相位比较器(1)、模拟加法器(2)、压控振荡器(3)、全桥功率放大器(4)、输出变压器(5)、匹配电路(6)、电压电流取样器(7)、三角波发生器(9)、模拟除法器(10)、峰值检测器(11)、第一低通滤波器(12)、第二低通滤波器(13)、电压信号放大器(14)和电流信号放大器(15)，电压电流取样器(7)用于采集压电换能器(8)的实时工作电压Utr和实时工作电流Itr，电压电流取样器(7)的工作电压Utr信号输出端连接电压信号放大器(14)的电压信号输入端，电压信号放大器(14)的放大信号输出端连接第一低通滤波器(12)的滤波信号输入端，第一低通滤波器(12)的滤波信号Utr_filter输出端连接相位比较器(1)的电压信号输入端；电压电流取样器(7)的工作电流Itr信号输出端连接电流信号放大器(15)的电流信号输入端，电流信号放大器(15)的放大信号输出端连接第二低通滤波器(13)的滤波信号输入端，第二低通滤波器(13)的滤波信号Itr_filter输出端连接相位比较器(1)的电流信号输入端，相位比较器(1)的扫频电压Uphase信号输出端连接模拟加法器(2)的控制信号输入端；模拟加法器(2)的电压信号输入端连接模拟除法器(10)的强制微抖动扫频电压Us信号输出端，模拟除法器(10)的第一信号输入端连接三角波发生器(9)的三角波Utri信号输出端，模拟除法器(10)的第二信号输入端连接峰值检测器(11)的峰值模拟电压Upeak信号输出端，峰值检测器(11)用于采集第二低通滤波器(13)输出的滤波信号Itr_filter；模拟加法器(2)的扫频电压Uvf信号输出端连接压控振荡器(3)的控制信号输入端，压控振荡器(3)的方波信号输出端连接全桥功率放大器(4)的放大信号输入端，全桥功率放大器(4)的输出电压信号经输出变压器(5)升压后输入给匹配电路(6)，匹配电路(6)的信号输出端连接电压电流取样器(7)的信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种强制微抖动扫频跟踪式超声波电源，它包括压电换能器(8)，其特征在于，它还包括相位比较器(I)、模拟加法器(2)、压控振荡器(3)、全桥功率放大器(4)、输出变压器(5)、匹配电路￠)、电压电流取样器(7)、三角波发生器(9)、模拟除法器(10)、峰值检测器(11)、第一低通滤波器(12)、第二低通滤波器(13)、电压信号放大器(14)和电流信号放大器(15), 电压电流取样器(7)用于采集压电换能器(8)的实时工作电压1和实时工作电流Ita，电压电流取样器(X)的工作电压Utt信号输出端连接电压信号放大器(14)的电压信号输入端，电压信号放大器(14)的放大信号输出端连接第一低通滤波器(12)的滤波信号输入端，第一低通滤波器(12)的滤波信号Uta filte输出端连接相位比较器⑴的电压信号输入端； 电压电流取样器(7)的工作电流信号输出端连接电流信号放大器(15)的电流信号输入端，电流信号放大器(15)的放大信号输出端连接第二低通滤波器(13)的滤波信号输入端，第二低通滤波器(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丽君，齐冀，齐海群，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：实用新型
国别省市：