多峰超声振动系统频率自动搜索和跟踪

在大功率超声应用中,由于超声振动系统具有多峰性,超声振动系统的频率搜索和频率跟踪非常困难。文中用实验的方法研究多峰振子与振动系统的电流电压相位和电流大小关系,以及工具头的横向尺寸与振动系统主峰频宽之间的关系。根据实验规律,文中采用相位和电流双参数对振动系统的谐振状态进行判别,并在20kHz超声塑料焊接机上进行频率搜索和频率跟踪实验,实验表明双参数频率搜索和跟踪的方法是可行。     

超声加工中超声发生器的频率跟踪技术

频率跟踪是超声电源的一个重要特性.本文讨论了超声加工中自动频率跟踪的必要性,分析了自动频率跟踪的原理,阐述了其在超声加工中的实现方式.     

二端口网络在功率超声设计中的应用

依据二端口网络理论,利用力电类比方法,从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发,建立了机械二端口网络的数学模型及传输特性方程,进而给出了功率超声振动系统中各部分的二端口网络传输参数;建立功率超声频率跟踪及恒定功率控制方案的网络分析方法。     

火炮身管超声导波频散特性及传感器配置

超声导波检测技术具有检测距离远、效率高的优点,适用于检测火炮身管等圆管类结构,具有突出的军事应用价值和前景。首先对圆管超声导波理论进行推导,并对身管损伤的几种常见类型进行分析研究。采用数值计算的方法绘制频散曲线,通过分析其频散特性对导波检测频率进行优选,初步得到了最佳的检测频率范围;其次着重对传感器种类选择、数量及分布方式与导波传播特性的关系进行研究。实验表明,导波检测的最佳频率范围为0～300 kHz,且导波弯曲模态一般不宜作为检测模态;传感器数量的增加不仅增强了激励信号的强度,还有效抑制了身管中导波的频散。     

Chirp信号发生器的设计与实现

本文利用DDS技术在FPGA平台上设计实现了一种Chirp信号发生器,该信号发生器能产生标准的Chirp波形和正余弦波形,通过PC机软件可调整波形的类型、频率和相位。该信号发生器输出频率范围为0．01Hz-25MHz,频率分辨率为0．01Hz,具有控制灵活,输出稳定的优点。     

非侵入式超声塑形及其实现的关键技术

非侵入式超声塑形是最近几年刚刚兴起的技术,使用特殊的换能器产生高能量聚焦超声波作用于人体脂肪层,利用超声波的空化效应破坏脂肪细胞膜,游离的脂肪通过人体代谢系统排除体外,从而达到塑形的目的。此项技术具有安全无创等优点。简要讨论了非侵入式超声塑形的物理机理、工作参数、实际系统的构成和工作原理,重点介绍了其中的两项关键技术：超声塑形系统中的发射换能器和频率跟踪技术的应用。     

非整数频率标准的准确测试

本简要介绍了几种非整数频率标准的检测方法和特点，重点分析了目前国内通用的４１１０Ａ频差倍增器非整数频率标准检测中应用的可行性和范围，并进行了实验验证，在此基础上提出了对１．０２４，２．０４８ＭＨｚ等邮电通信中常用频率标准的检测方案和误差分析。     

C1双重跟踪超声电源的研制

目前，国内外功率超声应用技术中，不仅要求超声功率源具有宽的输出功率范围，而且对输出功率的稳定性、可预置性提出严格要求。为了适应超声雕刻工艺研究的需要，我们研究了一种输出功率从０～５００Ｗ任意可变，且有频率和输出功率双重跟踪的超声功率电源。工作的频率范围是１０～５０ｋＨｚ，输出负载为压电式换能器     

C1 双重跟踪超声电源的研制

目前，国内外功率超声应用技术中，不仅要求超声功率源具有宽的输出功率范围，而且对输出功率的稳定性，可预置性严格要求，为了适应超声雕刻工艺研究的需要，我们研究了一种输出功率从０～５００Ｗ任意可变，且有频率和输出功率双重跟踪的超声功率电源。工作的频率范围是１０～５０ｋＨｚ输出负载力压电式换能器。     

碳纤维复合材料旋转超声钻孔装置研究

探索碳纤维复合材料旋转超声钻孔设备及工艺，换能器采用压电陶瓷材料，进给由步进电机驱动，从而使结构大为简化。单片机作为中心控制，实验预定轴向力进给加工，而且超声波发生器具有频率自动跟踪的能力。试验表明，此项研究可望作为一种有效的新工艺方法。     

压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的径向振动

对由压电陶瓷圆环与金属圆环组成的复合振动系统的径向振动特性进行了研究。首先分析了压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动,推出了其各自的机电等效电路。在此基础上,得出了压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了系统的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系。研究表明,当复合振动系统的壁厚比增大时,其共振及反共振频率升高。对于换能器的第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大而单调减小;对于换能器的第二阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大会出现一个极大值,而且,在一定的壁厚比范围内,换能器第二阶径向振动的有效机电耦合系数大于第一阶径向振动的有效机电耦合系数,这一规律与传统的有关压电换能器的分析理论及结果是有所不同的。     

超声珩齿中弯曲振动变幅器的设计与研究

齿轮是超声珩齿加工中的一类特殊负载,它的振动特性和固有频率对系统的加工频率影响很大.由于齿轮的尺寸和质量大,且其尺寸不能任意更改,现有的振动系统设计理论,如全谐振设计理论、质量置换理论、局部共振理论等,都不能适用于这一情况.为解决此问题,应用Mindlin中厚板理论、变幅杆设计原理和机械阻抗理论对由变幅杆、齿轮组成的变...     

纵-扭复合超声振动加工系统设计及频率简并研究

纵-扭复合超声振动加工技术在硬脆性材料的加工中受到越来越多的重视,针对该种需求,设计了一种纵-扭复合超声振动加工系统,基于有限元方法对该类系统普遍存在的频率简并问题进行了研究。利用数值解析方法设计出超声换能器和超声变幅杆,之后在变幅杆上做出螺旋槽,一部分纵向振动转换为扭转振动;以目标频率附近的纵、扭谐振频率尽量接近为原则,利用有限元软件分析系统的结构参数对纵、扭谐振频率的影响规律,实现频率简并;在此基础上对系统进行模态分析和瞬态动力学分析,结果表明系统可以实现纵-扭复合超声振动,验证了此种频率简并方法的有效性和实用性。     

基于梳状扇形孔周期性结构的纵-扭复合模态超声振动系统

纵-扭超声振动系统可以提高加工效率与精度、增加表面强度,因而日益受到青睐,但是现有的纵-扭振动系统存在扭转分量较小,转化效率低等问题,基于此,论文对基于周期性结构的复合模态超声振动系统进行了研究,通过有限元仿真对复合模态周期性结构换能器的振动模态、谐振频率等特性进行分析验证。研究结果表明,两维梳状扇形孔周期和斜槽结构,可以增大纵、扭振振幅,位移旋度和剪切应力以及法向应力等,从而提高纵-扭转化能力。     

纵弯转换超声振动雾化系统的振动特性与设计研究

提出了由纵向振动系统与弯曲振动圆盘组成的纵弯转换超声振动雾化系统的新型结构。通过理论分析和有限元分析,揭示了由换能器、变幅杆与工具组成的振动系统的各种谐振状态特性, 研究了系统的谐振设计方法。分析表明：新型雾化振动系统工作于负载谐振模式,其谐振频率主要取决于纵振动系统的结构,弯曲振动薄圆盘相当于系统的负载。当弯曲振动圆盘谐振频率与系统的谐振频率越接近时,系统的输出振幅越大。通过实验证明了理论研究正确性。     

隔振对光电跟踪系统频率特性的影响及其抑制

针对隔振对光电跟踪系统频率响应特性的影响,从带隔振装置的光电跟踪系统动力学模型入手,研究了系统频率特性的变化规律.提出了两种抑制隔振装置影响的思路:调整隔振装置机械结构设计,改善基座的角运动谐振特性;通过调整方位轴控制策略消除基座晃动对跟踪控制的不利影响.对后一种思路进行了深入的研究,将基座和光电系统的角位置和角速度实测信息作为状态变量,采用状态反馈配置极点的方法,消除速度响应环节的谐振极点,抵消谐振零点.对安装在隔振装置上的某光电跟踪系统进行仿真实验结果,在保证稳定的前提下,状态反馈配置极点方法将稳态振荡的幅值由2.4×10-4 rad减小到7×10-6 rad.结果表明,采用状态反馈配置系统速度响应环节闭环期望极点的方法可以有效抑制隔振装置对光电跟踪系统频率特性的影响.     

基于STM32的大功率超声电源的研究

油田近井处理需要的大功率超声电源具有容量大、频率稳定、输出功率因数高的特点。在实际应用中,为了有效地将井内激发的大功率超声振动能量通过套管井的井内液体、套管和水泥环送入声学参数不同的地层,套管井的声学参数需要随时测量,作业参数需要实时调整。为此,选择了数据处理功能比较强的STM32单片机。基于其精确的定时器实现脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）输出,提供IGBT工作所需的波形;用其双路A/D同时采集作业时的电流和电压波形;用数字信号处理的方法快速处理电压和电流波形的相位差及幅值比,以此为基础调节发射波形的频率,使其与套管井条件下探头的谐振频率一致,实现频率跟踪和有效激发;借助于理论模型进一步处理电压和电流波形,获得套管井条件下的声阻抗,以便监测作业过程中套管井的声阻抗变化。     

抛物线型超声变幅杆的探讨

提出了一种新型的变幅杆-抛物线型变幅杆。根据变截面杆纵向振动的波动方程,推导出抛物线型变幅杆的频率方程、节点位置方程、放大系数、形状因数等参数,并用有限元软件ANSYS分析了几个半波长抛物线型变幅杆,得出共振频率。结果表明:抛物线型变幅杆在保持圆锥变幅杆形状因数较大的优点上,放大系数有所提高;有限元分析结果与理论值符合的较好。     

旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计与试验研究

砂轮变幅器是旋转超声内圆磨削谐振系统的关键部件,其设计质量直接影响超声磨削的工艺效果。但目前内圆磨削砂轮变幅器缺乏较为完善的理论分析模型。为提高砂轮变幅器理论分析模型的通用性,基于非谐振设计理论建立了纵向谐振砂轮变幅器的理论分析模型,并利用砂轮变幅器各振动单元间的力、位移连续条件与边界条件推导了其频率方程。然后,针对频率方程进行编程求解,并通过ANSYS有限元仿真分析进行验证。最后,加工制作了纵向谐振砂轮变幅器,并开展阻抗特性分析试验、超声谐振试验和振动位移测量试验,分析了其谐振特性。试验结果表明,所研制的砂轮变幅器的谐振试验频率与理论设计频率一致,其输出端振动位移的试验值与仿真值的相对误差为7.83%,符合旋转超声内圆磨削的要求,验证了理论分析模型求解的正确性。研究结果为旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计提供了便捷且有效的方法。