超聲振動加工中幾種典型的頻率跟蹤系統

 

1、模擬試驗式頻率跟蹤系統

 

    前蘇聯的一項早期研究認為,超聲設備在載荷狀態下,換能器系統的固有頻率會發生變化,輸出振幅減小,為獲得大振幅以提高加工質量,應使系統工作在諧振狀態下。實現方法:通過模擬試驗,找出各種載荷下的對應固有頻率,工作時,根據載荷情況,調節電源的頻率至相應的f′o,從而保證系統的諧振工作狀態。

 

    該方法思路簡單,所需的設備少,但存在以下缺陷:

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

(b)由于振動系統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,數據的可靠性不強,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,測量并處理感應電動勢,從而得到諧振頻率。

 

   這種方法,控制思路科學,實用效果好,對工作機及其負載無特殊要求,適應性廣,自動跟蹤易于實現。不足之處是工作換能器兼作敏感元件,其結構必然較為復雜。

 

3、電反饋法

 

   電反饋法把換能器等機械系統等效為一個電負載。測量等效電路中的信號,并加以比較。當諧振時,其回路電流電壓同相位,即電位差為0;當電壓超前電流時,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,再進行適當調整即可使系統工作在諧振狀態。

 

    法用電子線路控制,不涉及換能器等機械系統的結構、尺寸。因此,適應性廣。

 

4、電反饋自動頻率跟蹤系統

 

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

 

   該法的主要缺陷為:精細的動態平衡不易實現,參量調節范圍不大。

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