توصيفگر ها :
ارتعاشات آلتراسونيك , تحريك رزونانسي , فركانس طبيعي , ژنراتور
چكيده فارسي :
چكيده
يك سامانه آلتراسونيك شامل زنجيره ترانسديوسر (مبدل آلتراسونيك)،¬¬¬¬¬ بوستر (تقويت كننده)¬ و هورن (ابزار انتهايي)، لزوما بايستي در فركانس طبيعي خود تحت تحريك اجباري قرار گيرد و يا به عبارت ديگر تحت فركانس تشديد خود به كار گرفته شود. اتصال هر كدام از المان¬هاي اين زنجيره به يكديگر نبايستي فركانس طبيعي كل مجموعه را تغيير دهد. به علت نياز به ايجاد حداكثر دامنه نوسان¬ در خروجي هورن، تحريك رزونانسي در حيطه مهندسي آلتراسونيك بسيار مهم است و به همين جهت ابعاد و جنس تك تك المان¬ها به گونه¬اي طراحي مي¬شوند كه همان مقدار يا نزديك به همان فركانس طبيعي كل سامانه آلتراسونيك را ايجاد نمايد.
تحليل تئوري ارتعاشات آزاد و يا تحليل عددي مودال هر كدام از المان¬ها و يا كل زنجيره آلتراسونيك به استخراج شكل مود، فركانس طبيعي و بزرگ¬نمايي آن منجر مي¬شود و تحليل تئوري ارتعاشات اجباري و تحليل عددي هارمونيك نيز به استخراج مقادير جابجايي نوساني (پاسخ هارمونيك) انتهاي هورن مي¬انجامد.
اندازه¬گيري فركانس طبيعي يك مجموعه به روش تجربي از طريق چكش مودال امكان¬پذير است و همچنين نقاط گرهي مجموعه نيز از طريق الگوي تجربي به جا مانده از پودر مرتعش قابل استخراج خواهد بود. همچنين تعيين فركانس طبيعي از اندازه¬گيري مستقيم تجربي نوسان¬هاي انتهاي هورن توسط روش تماسي مثلا ساعت¬هاي اندازه¬گيري يا روش¬هاي غير¬¬ تماسي به طور مثالeddy current نيز امكان¬پذير است.
در بسياري از تجهيزات آلتراسونيك، ژنراتور پس از ساخت، توسط پتانسيومتر، اسيلوسكوپ، دستگاه طيف سنج يا غيره، به صورت دستي بر روي فركانس طبيعي كل مجموعه تنظيم مي¬گردد. نكته بسيار مهم كه ضعف اكثر روش¬هاي گذشته محسوب مي¬شود و برطرف نمودن آن كاربردهاي تكنولوژيك تجهيزات آلتراسونيك را به نحو چشمگيري بهبود مي¬دهد اين است كه بتوانيم سامانه آلتراسونيك را دائما در شرايط كاركرد رزونانسي نگه داريم. لازم به ذكر است كه در حين كار، به دليل افزايش دما، تماس هورن با فلز مذاب يا پلاستيك در حال جوش، تغيير بار روي هورن، تماس هورن با سيال (در هموژنايزر) و همچنين فرسودگي قطعات مكانيكي و مدارهاي سيستم، فركانس طبيعي مجموعه به نحو نامطلوبي تغيير مي¬كند كه اين امر تحريك رزونانسي كه حسن آلتراسونيك محسوب مي¬شود را خدشه دار مي¬نمايد. از اين رو بررسي و پياده سازي يك نوع سيستم كنترل خود تنظيم فركانس طبيعي مجموعه (در ابتدا يا در حين كار) از جمله موارد مورد نظر در اين پروژه مي¬باشد.
تنظيم خودكار فركانس تحريك روي فركانس طبيعي لحظه¬اي سيستم ناشي از اثرات ذكر شده مي¬تواند از طريق كنترل و فرمان الكتريكي (يا مكانيكي) مدار بسته (يا باز) شامل ژنراتور و پيزوالكتريك¬ها و به صورت تغيير فركانس ولتاژ اعمالي به ترانسديوسر و يافتن شرايط رزونانسي و سپس حفظ آن در طي زمان صورت پذيرد. لازم به ذكر است كه شناسايي و ايجاد شرايط تحريك رزونانسي توسط ژنراتور، با معيارهاي مختلفي نظير افزايش جريان عبوري، كاهش امپدانس الكتريكي، افزايش توان الكتريكي مصرفي، عدم اختلاف فاز ولتاژ و جريان عبوري از ترانسديوسر انجام پذير است. در اين پژوهش با انتخاب تكنيك عدم اختلاف فاز ولتاژ و جريان عبوري از ترانسديوسر حالت رزونانسي شناسايي شده و براي حالت¬هاي مختلف بارگذاري بر روي هورن مقادير ولتاژ،جريان،اختلاف فاز و توان در فركانس¬هاي متعدد استخراج گرديده است و روابطي براي شكل موج ولتاژ و جريان بر حسب فركانس ارائه مي¬گردد.
چكيده انگليسي :
Abstract
An ultrasonic system consisting of a transducer chain (ultrasonic converter), booster and horn (end device), must necessarily be excited at its natural frequency, or in other words under its resonant frequency. To be employed. Connecting each of the elements of this chain to each other should not change the natural frequency of the whole set. Due to the need to create the maximum oscillation amplitude at the horn output, resonant excitation is very important in the field of ultrasonic engineering, and therefore the dimensions and material of each element are designed to be the same value or close to the same frequency. Naturally create the entire ultrasonic system.
Analysis of the theory of free vibrations or numerical analysis of the modal of each element or the whole ultrasonic chain leads to the extraction of the shape of the mode, its natural frequency and magnification, and the analysis of the theory of forced vibrations and harmonic numerical analysis leads to the extraction of displacement values. Oscillation (harmonic response) occurs at the end of the horn.
Measuring the natural frequency of a set can be done experimentally with a modal hammer, and also the knot points of the set can be extracted through the experimental pattern left by the vibrating powder. It is also possible to determine the natural frequency from direct experimental measurement of end-of-horn oscillations by contact methods such as clocks or non-contact methods such as eddy current.
In many ultrasonic devices, the generator is manually adjusted to the normal frequency of the whole set after construction by a potentiometer, oscilloscope, spectrometer, etc. A very important point that is the weakness of most of the previous methods and its elimination significantly improves the technological applications of ultrasonic equipment is that we can keep the ultrasonic system constantly in resonant operation. It should be noted that during operation, due to the increase in temperature, the horn contacts the molten metal or plastic boiling, the load on the horn changes, the horn contacts the fluid (in the homogenizer) as well as the wear of mechanical components and system circuits, the natural frequency of the set It changes unfavorably, which impairs the resonance excitation that is considered ultrasonic. Therefore, the study and implementation of a type of self-regulating control system of natural frequency of the set (at the beginning or during the work) is one of the items in this project.
Automatic adjustment of the excitation frequency to the normal system instantaneous frequency due to the above effects can be done by controlling the electrical (or mechanical) circuit of the closed (or open) circuit including generators and piezoelectrics and by changing the applied voltage frequency to the transducer. And find resonance conditions and then maintain them over time. It should be noted that the identification and creation of resonant excitation conditions by the generator can be done with different criteria such as increasing current, decreasing electrical impedance, increasing electrical power consumption, no difference in voltage phase and current passing through the transducer. In this research, by selecting the technique of voltage difference between voltage and current passing through the transducer, the resonant state has been identified and for different loading modes on the horn, the values of voltage, current, phase difference and power in different frequencies have been extracted. Voltage and current wave are presented in terms of frequency.
