專利名稱：自動頻率跟蹤功率超聲波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子儀器類，特別是一種功率超聲波發(fā)生器。
普通的功率超聲波發(fā)生器一般均采用固定頻率與超聲波換能器進(jìn)行諧振供給能量，通過匹配電感與換能器的等效電容發(fā)生諧振。這種儀器存在有如下兩方面的不足，一是由于其匹配電感與換能器的等效電容諧振頻率不能保證在換能器的固有機(jī)械振蕩頻率上。(即使調(diào)諧在機(jī)械振蕩的頻率上，又會因諧振回路的Q值很高，頻帶很窄而跑掉)，一是在功率超聲波振動加工系統(tǒng)中，由于機(jī)械負(fù)載的變化要引起系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化(如系統(tǒng)的諧振頻率點(diǎn)，負(fù)載的等效阻抗等)，而功率超聲波發(fā)生器的頻率不改變，使其換能器的振幅下降。CN87217183u專利雖說提出了電感附加電容和晶體換能器并聯(lián)構(gòu)成振蕩回路，利用電感作為貯能元件，在開關(guān)關(guān)閉時(shí)將儲存在電感中的電磁能由晶體轉(zhuǎn)換成超聲波的技術(shù)方案，但卻又由于電感向晶體轉(zhuǎn)換電能的同時(shí)，要將一部分電磁能轉(zhuǎn)換成電能儲存在電容上，造成晶體上不能獲得全部能量和由于電感參數(shù)不變化，諧振頻率只能諧振在固定的2.5MHZ左右，仍難以實(shí)現(xiàn)頻率大范圍調(diào)節(jié)的問題。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述已有技術(shù)的不足，提供一種輸出頻率范圍寬廣，具有頻率自動跟蹤，且能固定在換能器功率響應(yīng)最大的工作頻帶內(nèi)的功率超聲波發(fā)生器。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的技術(shù)關(guān)健有三點(diǎn)一是選用匹配變壓器與換能器并聯(lián)構(gòu)成諧振回路，該匹配變壓器具有阻抗變換、電能傳輸和匹配電感三重作用。二是對諧振回路進(jìn)行功率取樣，送入相位比較器與
脈沖信號進(jìn)行相位比較，再將比較后的誤差信號送入脈沖信號產(chǎn)生電路，作為壓控振蕩器的控制電壓，使
脈沖信號頻率跟蹤換能器變化，并鎖定在最大功率的諧振頻率上，實(shí)現(xiàn)自動跟蹤；三是在脈沖信號產(chǎn)生電路與開關(guān)功率管之間設(shè)置有過流保護(hù)電路和功率自動調(diào)節(jié)電路以實(shí)現(xiàn)對功率開關(guān)管的安全工作控制與開關(guān)電流的調(diào)節(jié)。
以下參照附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理。


圖1是本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本實(shí)用新型的原理方框圖。
圖3是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖1中，儀器面板所示的J1為調(diào)諧指示燈，J2為電源指示燈，W2為功率調(diào)節(jié)旋扭，K1為電源開關(guān)，K2為匹配電感波段開關(guān)。
參照圖2，本實(shí)用新型包括有脈沖信號產(chǎn)生電路2，過流保護(hù)電路3，功率管電流自動調(diào)節(jié)電路4，開關(guān)功放電路5，諧振電路6，相位比較電路7，電流取樣放大電路8和觸發(fā)鎖定電路9等。其中脈沖信號產(chǎn)生電路2，過流保護(hù)電路3，功率管電流自動調(diào)節(jié)電路4，開關(guān)功放電路5，相位比較電路7分別與直流電源相接，脈沖信號產(chǎn)生電路2的輸出分兩路，一路通過過流保護(hù)電路3，功率管電流自動調(diào)節(jié)電路4與開關(guān)功放電路5相連，一路與相位比較電路的輸入端相連。開關(guān)功放電路5的一端與變壓器匹配電路6相連，一端與電流取樣放大電路8相連，諧振電路輸出的功率取樣信號連接到相位比較器與來自脈沖信號產(chǎn)生電路2輸出的脈沖信號進(jìn)行相位比較，其輸出的誤差信號連接到脈沖信號產(chǎn)生電路2的輸入端、開關(guān)功放電路5的一端與諧振回路6相連，另一端與電流取樣放大電路8相連，電流取樣放大電路8的輸出一路連接到功率電流自動調(diào)節(jié)電路4，一路通過觸發(fā)鎖定電路9連接到過流保護(hù)電路3。
參照圖3，本實(shí)用新型的電源1為整機(jī)提供+12V和+50V兩組直流電壓，脈沖信號產(chǎn)生電路是由線性壓控振蕩器A1(LM324)，A2(NE555)。和分頻器A3(CD407)及門電路A4(CD4011)構(gòu)成。為整機(jī)提供在0～500KHz頻率范圍都是
寬度的脈沖信號。過流保護(hù)電路由集成塊A5(CD4066)構(gòu)成，三極管T1，T2構(gòu)成功率電流自動調(diào)節(jié)電路4，三極管T3與其集電極連接的匹配變壓器初級、電容C2構(gòu)成開關(guān)功放電路5，匹配變壓器的初級設(shè)有多個(gè)抽頭以通過調(diào)整變壓器磁蕊的間隙達(dá)到最佳匹配電感的作用。匹配變壓器的次極與換能器G并聯(lián)連接，構(gòu)成諧振回路6。整形塊A9(LM3339)相位比較集成塊A10(CH508)，放大集成塊A11(LM324)與環(huán)路濾波元件RT，C3及外圍元件R10、R9構(gòu)成相位比較電路6，從取樣電阻R2及R3之間取出的諧振回路功率信號，進(jìn)入A9整形后與
脈沖信號進(jìn)行相位比較，將相位比較后的誤差信號濾波放大后，連接到壓控振蕩器集成電路A1的輸入端，壓控振蕩器的電壓，使
脈沖信號的頻率跟蹤在換能器獲得最大功率的頻率上。集成塊A6(LM324)與電阻R4構(gòu)成取樣放大電路8，集成塊A7(LM339)與觸發(fā)電路A8(A88為CD4011集成塊)構(gòu)成比較觸發(fā)鎖定電路9。取樣放大器A6輸出連接到T1管的基極，比較觸發(fā)鎖定電路的觸發(fā)器A7與A8的輸出信號連接到過流保護(hù)電路塊A5(CD4066)的一端。過流保護(hù)電路塊A5為
脈沖開關(guān)功放管T3提供開關(guān)信號，在正常工作狀態(tài)下，過流保護(hù)開關(guān)管A5導(dǎo)通，一旦功率開關(guān)管T3過流超過額定值時(shí)，過流保護(hù)管A5立即斷掉送給功率開關(guān)管T3的觸發(fā)信號，使T3管立即截止，以保證開關(guān)管安全可靠；當(dāng)功率開關(guān)管T3未達(dá)到額定的過流保護(hù)值之前，電流取樣放大管A6自動調(diào)節(jié)功率開關(guān)管T3的功率電流，保證功率放大管安全工作。功率開關(guān)管T3工作在D類功放狀態(tài)，起到功率放大作用。相位比較電路A10的一端連接有由指示燈T1、三極管T4、電阻R8、構(gòu)成跟蹤指示電路。頻率未跟上時(shí)指示燈亮，頻率跟蹤時(shí)指示燈不亮，以示換能器上獲得最大能量。
本實(shí)用新型由于采用了對諧振回路功率信號與脈沖信號的相位比較技術(shù)，因而可使脈沖信號產(chǎn)生電路輸出的脈沖頻率始終跟蹤在使換能器獲得最大功率的頻率范圍；同時(shí)由于選用了匹配變壓器與換能器相接構(gòu)成諧振回路，因而可產(chǎn)生升壓阻抗變換和與換能器等效電容產(chǎn)生機(jī)械自然諧振的匹配電感三重作用；此外由于在電路中設(shè)置了過流保護(hù)、功率管電流自動調(diào)節(jié)及取樣放大、觸發(fā)鎖定，所以可控制功率開關(guān)管安全工作和調(diào)節(jié)電流大小，避免了功率開關(guān)管消耗功率。實(shí)驗(yàn)表明用該自動頻率跟蹤功率超聲波發(fā)生器對8mm瑪腦大理石打孔，輸出在15w時(shí)，鉆孔速度為1分鐘以內(nèi)，工作穩(wěn)定可靠，而用現(xiàn)有200w普通功率超聲波發(fā)生器作相同實(shí)驗(yàn)其鉆孔速度為3～4分鐘。
權(quán)利要求1.一種自動頻率跟蹤功率超聲波發(fā)生器，包括有直流電源(1)，脈沖信號產(chǎn)生電路(2)，開關(guān)功放電路(5)和諧振回路(6)，其特征在于a.諧振回路(6)選用具有阻抗變換，電能傳輸和匹配電感三重作用的匹配變壓器B與換能器G相接構(gòu)成；b.諧振回路(6)輸出的功率取樣信號連接到相位比較電路(7)與脈沖信號產(chǎn)生電路(2)輸出的
脈沖信號進(jìn)行相位比較，再將比較后的誤差信號連接到脈沖信號產(chǎn)生電路(2)的輸入端，控制
脈沖信號頻率自動跟隨在換能器獲得最大功率的諧振頻率上；c.脈沖信號產(chǎn)生電路(2)與開關(guān)功放電路(5)之間連接有過流保護(hù)電路(3)和功率管電流自動調(diào)節(jié)電路(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動頻率跟蹤功率超聲波發(fā)生器，其特征在于功率開關(guān)管(5)的集電極與匹配變壓器的初級相接，開關(guān)管(5)的發(fā)射極與電流取樣放大電路(8)的輸入端相接，電流取樣放大電路(8)分兩路輸出，一路連接到功率電流自動調(diào)節(jié)電路(4)，一路經(jīng)觸發(fā)鎖定電路(9)連接到過流保護(hù)電路(3)的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種自動頻率跟蹤功率超聲波發(fā)生器。該發(fā)生器主要解決現(xiàn)有同類儀器諧振功率調(diào)節(jié)范圍小和換能器振幅下降的不足。采用匹配變壓器與換能器相接構(gòu)成諧振回路6，并將諧振回路6輸出功率取樣信號送入相位比較器7與脈沖信號產(chǎn)生電路2產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行相位比較，控制脈沖信號跟隨換能器向功率最大點(diǎn)的方向變化，實(shí)現(xiàn)頻率自動跟蹤，一般只需15W的功率輸出就能獲得比200W普通功率超聲波發(fā)生器好的效果?？捎糜诩庸?，車削、鉆孔等方面。
文檔編號B06B1/02GK2160473SQ93212829
公開日1994年4月6日 申請日期1993年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月15日
發(fā)明者溫有奎 申請人:溫有奎