超聲振動加工中幾種典型的頻率跟蹤系統(tǒng)

 

1、模擬試驗式頻率跟蹤系統(tǒng)

 

    前蘇聯(lián)的一項早期研究認(rèn)為,超聲設(shè)備在載荷狀態(tài)下,換能器系統(tǒng)的固有頻率會發(fā)生變化,輸出振幅減小,為獲得大振幅以提高加工質(zhì)量,應(yīng)使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)下。實現(xiàn)方法:通過模擬試驗,找出各種載荷下的對應(yīng)固有頻率,工作時,根據(jù)載荷情況,調(diào)節(jié)電源的頻率至相應(yīng)的f′o,從而保證系統(tǒng)的諧振工作狀態(tài)。

 

    該方法思路簡單,所需的設(shè)備少,但存在以下缺陷:

(a)由于各種加工設(shè)備的性質(zhì)不同,即使載荷相同,其固有頻率變化也不會相同,因此實驗數(shù)據(jù)通用性差。

(b)由于振動系統(tǒng)的固有頻率受多種因素影響,而模擬試驗不可能照顧到各個方面,因此,數(shù)據(jù)的可靠性不強,失諧在所難免。

(c)不易自控。鑒于以上缺陷,該法不能推廣使用。

 

2、利用聲—電換能器提取諧振頻率信號從而實現(xiàn)自動頻率跟蹤

 

   利用聲—電換能器提取反饋(跟蹤)信號是聲反饋的一種。該法根據(jù)反磁致伸縮原理,把工作換能器同時作為敏感元件,在其上繞制測量線圈。換能器工作時的伸縮振動,將在測量線圈中感應(yīng)出電動勢。該電動勢的大小與換能器的振幅成比例。工作時,不斷小幅度改變電源頻率,測量并處理感應(yīng)電動勢,從而得到諧振頻率。

 

   這種方法,控制思路科學(xué),實用效果好,對工作機及其負載無特殊要求,適應(yīng)性廣,自動跟蹤易于實現(xiàn)。不足之處是工作換能器兼作敏感元件,其結(jié)構(gòu)必然較為復(fù)雜。

 

3、電反饋法

 

   電反饋法把換能器等機械系統(tǒng)等效為一個電負載。測量等效電路中的信號,并加以比較。當(dāng)諧振時,其回路電流電壓同相位,即電位差為0;當(dāng)電壓超前電流時,工作電源頻率高于換能器的固有振動頻率;反之,當(dāng)電壓滯后電流時,工作電源頻率低于換能器的固有振動頻率。因此,只要測量出電壓、電流的相位,加以比較,即可判斷出工作狀態(tài),再進行適當(dāng)調(diào)整即可使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)。

 

    法用電子線路控制,不涉及換能器等機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸。因此,適應(yīng)性廣。

 

4、電反饋自動頻率跟蹤系統(tǒng)

 

   該法把換能器系統(tǒng)等效成橋式回路的一個電學(xué)臂。工作原理:用橋式電路補償電學(xué)臂,用運算放大器的差動放大形式對壓電振動子(換能器)的傳輸函數(shù)進行補償運算。

 

   該法的主要缺陷為:精細的動態(tài)平衡不易實現(xiàn),參量調(diào)節(jié)范圍不大。

相關(guān)產(chǎn)品：超聲波振動子