超聲發生器是超聲加工系統的重要部分，其性能的好壞直接影響著產品的加工質量。在超聲加工系統中，為了獲得最大振幅以提高加工質量，工作中應調整超聲發生器的頻率，使其與換能器振動系統的諧振頻率相同。但加工過程中諸多因素的改變使換能器的諧振頻率發生變化（如圖1所示),當超聲發生器具有頻率自動跟蹤性能后，系統就總是工作在諧振狀態；為使超聲設備工作穩定，許多場合要求換能器輸出的功率與負載大小成比例，例如當換能器從重載突然變為空載時，其機械負載阻急劇變小，使得發生器和換能器極易損壞，我們研制的新型多功能發生器內部有一穩速電路，使功放的功率隨負載的變化而變化；為了現場了解系統的工作狀態，特別加入了機械振幅監控裝置，使得操作人員可以方便地管理和操作設備。
圖1 換能器振動系統的頻率特性
電路原理與裝置
如圖2所示，發生器可分為主電路、采樣電路、頻率跟蹤、穩速電路以及振幅監測電路。
圖2 超聲發生器系統結構圖
主電路
壓控振蕩選用的是ICL8083,按圖3所示接線時，可得到頻率可控的正弦波，其中輸入電壓V即是鑒相電路的輸出，其壓控制特性曲線如圖4示。
圖3 壓控振蕩電路圖
圖4 壓控特性
圖5 換能器等效電路
圖6 鑒相電路簡圖
頻率跟蹤電路
頻率跟蹤電路由單壓取樣、鑒相電路組成。換能器和超聲發生器連接的等電路圖如圖5所示。輸出變壓器B的左端接超聲發生器的功率輸出端，L0為匹配電感，使換能器處與諧振狀態，虛框中為換能器的等效電路。當其處于諧振狀態時，虛框部分呈純阻性，電壓和電流相位相同；當處于失諧狀態時，電路呈感性或容性，這時電壓和電流相位不同。通過鑒相電路可以把這一相位差轉換為一信號電壓，當這一電壓加在8083的7、8腳時即可改變超聲發生器的頻率，使換能器處于諧振狀態，鑒相電路簡圖如圖6所示。U和i分別為由采樣電路得到的換能器兩端的電壓和通過其的電流，經電壓比較器A1、A2和異或門A4及D觸發器A5處理后各點波形如圖7。其中異或門A4的輸出經由兩個電容構成的濾波電路后，變成一平滑的直流電壓，而且其大小隨相位差（異或門輸出高電平的寬度）的增大而增大。當電壓落后電流時，D觸發器輸出高電平，這時A3為一放大倍數為“1”的反向器（和運放相連的電阻應相對較大，否則三極管導通時電路將失去作用）；反之，A3為一放大倍數為“1”的跟隨器。由此可知，鑒相電路可控制系統頻率向諧振頻率靠近直至達到諧振頻率。電壓和電流采樣電路如圖8所示，由于換能器的電壓和電流是主電路的強電信號，本電路采用光電耦連接強弱電，使主電路和控制電路隔離，同時也有濾波的作用，強電采樣用的是電壓互感器和電流互感器。電路中均采用40系列的COMS芯片，這樣不僅電路穩定，而且異或門的輸出電壓范圍較大，可以達到8083的要求，中間省去放大電路，使得電路簡化。
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