超声振动加工中几种典型的频率跟踪系统

 

1、模拟试验式频率跟踪系统

 

    前苏联的一项早期研究认为,超声设备在载荷状态下,换能器系统的固有频率会发生变化,输出振幅减小,为获得大振幅以提高加工质量,应使系统工作在谐振状态下。实现方法:通过模拟试验,找出各种载荷下的对应固有频率,工作时,根据载荷情况,调节电源的频率至相应的f′o,从而保证系统的谐振工作状态。

 

    该方法思路简单,所需的设备少,但存在以下缺陷:

(a)由于各种加工设备的性质不同,即使载荷相同,其固有频率变化也不会相同,因此实验数据通用性差。

(b)由于振动系统的固有频率受多种因素影响,而模拟试验不可能照顾到各个方面,因此,数据的可靠性不强,失谐在所难免。

(c)不易自控。鉴于以上缺陷,该法不能推广使用。

 

2、利用声—电换能器提取谐振频率信号从而实现自动频率跟踪

 

   利用声—电换能器提取反馈(跟踪)信号是声反馈的一种。该法根据反磁致伸缩原理,把工作换能器同时作为敏感元件,在其上绕制测量线圈。换能器工作时的伸缩振动,将在测量线圈中感应出电动势。该电动势的大小与换能器的振幅成比例。工作时,不断小幅度改变电源频率,测量并处理感应电动势,从而得到谐振频率。

 

   这种方法,控制思路科学,实用效果好,对工作机及其负载无特殊要求,适应性广,自动跟踪易于实现。不足之处是工作换能器兼作敏感元件,其结构必然较为复杂。

 

3、电反馈法

 

   电反馈法把换能器等机械系统等效为一个电负载。测量等效电路中的信号,并加以比较。当谐振时,其回路电流电压同相位,即电位差为0;当电压超前电流时,工作电源频率高于换能器的固有振动频率;反之,当电压滞后电流时,工作电源频率低于换能器的固有振动频率。因此,只要测量出电压、电流的相位,加以比较,即可判断出工作状态,再进行适当调整即可使系统工作在谐振状态。

 

    法用电子线路控制,不涉及换能器等机械系统的结构、尺寸。因此,适应性广。

 

4、电反馈自动频率跟踪系统

 

   该法把换能器系统等效成桥式回路的一个电学臂。工作原理:用桥式电路补偿电学臂,用运算放大器的差动放大形式对压电振动子(换能器)的传输函数进行补偿运算。

 

   该法的主要缺陷为:精细的动态平衡不易实现,参量调节范围不大。

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