DE2006260B2 - Generator zum erzeugen von ultraschallschwingungen - Google Patents
Generator zum erzeugen von ultraschallschwingungenInfo
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- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/0207—Driving circuits
- B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
- B06B1/0238—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
- B06B1/0246—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal
- B06B1/0253—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal taken directly from the generator circuit
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Generator zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen, uer einen
Schwingkreis und einen mit diesem gekoppelten Wandler sowie eine Gleichstromquelle enthält, deren
Ausgangsstrom über zwei unter Zwischenschaltung eines regelbaren Oszillators gesteuerte Schalter in einen
Wechselstrom umgewandelt wird, der dem erwähnten Schwingkreis zugeführt wird, dessen Ausgangsenergie
auf den Wandler übertragen wird, und wobei ein Steuerkreis vorgesehen ist, mit dessen Hilfe die
Oszillatorausgangsfrequenz derart geregelt wird, daß die auf den Wandler übertragene Energie maximal ist.
Ein derartiger Generator ist bekannt, so z. B. aus der US-PS 29 17 691. Dabei liefert der Steuerkreis ein
Steuersignal, das durch einen Vergleich der Phasen von Spannung und Strom an einem Wandler erzeugt wird.
Da aber die Spannung und dieser Strom sich mit der Abstimmung des Oszillators in der Frequenz ändern,
muß der zur Erzeugung des Steuersignals benutzte Phasendetektor fiürein breites Frequenzband ausgelegt
^Derartige Ultraschallgeneratoren finden z.B. in
Reinigungsapparaturen Anwendung, wobei der Wand ler mit einem Gefäß verbunden ist, das teilweise mit
einer für diesen Zweck geeigneten Flüssigkeit gefüllt ist und in dem die zu reinigenden Gegenstände angeordnet
werdea Dabei liefert der Generator im Betriebszustand --einen Strom einer bestimmten Frequenz, der auf den
Wändler, d. h. das Glied, das die elektrischen Schwingungen
in mechanische Schwingungen umwandelt, übertragen wird. Die Frequenz bestimmt dabei die von
dem Wandler gelieferte Energie, und diese Frequenz wird normalerweise derart gewählt, daß diese Ausgangsenergie
maximal ist Die Frequenz, bei der die Ausgangsenergie maximal ist, ändert sich aber mit der
Menge im Gefäß vorhandener Flüssigkeit. LJm die Ausgangsenergie maximal zu halten, soll daher die
Frequenz des Oszillatorstromes stets wieder den momentanen mechanischen Eigenschaften des Gefäßes
und seines Inhalts angepaßt werden. Dies kann dadurch erzielt werden, daß der Oszillator stets von Hand aufs
neue eingestellt wird. Dabei kann e* aber leicht vorkommen, daß eine Änderung der optimalen Situation
nicht erkannt wird, daß die Einstellung des richtigen Frequenzwertes unterlassen wird oder daß eine falsche
Einstellung gewählt wird.
Es sei hier bemerkt, daß es aus der FR-PS 15 57 404 an sich bereits bekannt ist, die Frequenz von für
Reinigungsapparate benutzten Ultraschallgeneratoren automatisch nachzustellen. Aus dieser Patentschrift ist
es überdies auch an sich bekannt, die Frequenz des Generators mit einer wesentlich tieferen Frequenz als
der Generatorfrequenz zu modulieren.
Die Erfindung bezweckt, einen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der
Phasendetektor nur für ein schmales Frequenzband ausgelegt sein muß. Dies geschieht erfindungsgemäß
dadurch, daß der Steuerkreis einen im Wechselstromkreis liegenden Widerstand sowie eine zwischen dem
Oszillatorausgang und den Schaltern liegende Modulationsvorrichtung enthält zum Modulieren des Oszillatorausgangssignals
mit einem Signal, dessen Frequenz niedriger als die des Oszillatorsignals ist, und damit zur
Erzeugung eines an dem Widerstand auftretenden modulierten Signals mit einer Frequenzkomponente bei
der niedrigeren Frequenz, und eine mit dem Widerstand gekoppelte Vergleichsvorrichtung zum Erzeugen einer
Ausgangsspannung, deren Polarität von der Phasenbeziehung zwischen der Signalkomponente und dem
genannten modulierten Signal niedrigerer Frequenz abhängig ist, und daß diese Ausgangsspannung dem
regelbaren Oszillator als Steuersignal zugeführt wird.
Dabei kann die Modulationsvorrichtung vorteilhafterweise einen Signalgenerator und einen Frequenzmodulator
enthalten, in dem das Oszillatorausgangssignal vom Ausgangssignal des Signalgenerators frequenzmoduliert
wird.
Auch kann die Vergleichsvorrichtung einen Phasendetektor enthalten mit einem ersten Eingang, der über
ein Tiefpaßfilter zum Ausfiltern des modulierenden Signals mit dem Wechselstromkreis verbunden ist, und
mit einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Signalgenerators verbunden ist, während der Ausgang
des Phasendetektors mit dem Steuereingang des regelbaren Oszillators verbunden ist
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform eines Ultraschallgenerators
nach der Erfindung und
F i g. 2 den Verlauf des Oszillatorstromes als Funktion
der Frequenz des Steuersignals.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Gleichstromque'ie, deren
Ausgang«strom über eine Drossel 2 einem Schwingkreis
zugeführt wird, der aus einem Kondensator 5 und der Primärwicklung 4 eines Transformators 3 besteht Die
Selbstinduktion der Drossel 2 ist dabei erheblich größer als die der Primärwicklung des Transformators, so daß
der Strom nahezu konstant ist Der Schwingkreis ist auf die Betriebsfrequenz abgestimmt Der Strom wird von
Schaltern getastet, die aus je einer Reihenschaltung eines Leistungstransistors 10 bzw. 11 und einer Diode 8
bzw. 9 bestehea Die Dioden verhindern, daß ein Kurzschlußstrom während der Zeit, in der die beiden
Transistoren gleichzeitig leitend sind, fließen kann. Der Strom fließt abwechselnd über die Schalter 8, 10 und 9,
11. Bei einem geeignet gewählten Q-Wert des Kreises
ist die Ausgangsspannung sinusförmig. Stat· der Primärwicklung 4 des Transformators 3 kann selbstverständlich
auch die Sekundärwicklung des Transformators mittels des Kondensators 5 auf die Resonanzfrequenz
abgestimmt werden. Der Transformator überträgt den Strom auf einen Wandler 6, der die
elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen umwandelt. Der Wandler 6 ist mit einem Gefäß 7
verbunden, in dem sich eine Reinigungsflüssigkeit 19 zur Reinigung darin eingetauchter Gegenstände befindet.
Die Transistoren 10, 11 werden von einem Steuersignal eines regelbaren Oszillators 13 getastet. Weiterhin
enthält der Generator eine Modulationsvorrichtung 25 zur Modulierung des erwähnten Wechselstroms und
eine mit dieser Modulationsvorrichtung 25 und mit einem in den Wechselstromkreis aufgenommenen
Parallelwiderstand 12 verbundene Vergleichsvorrichtung 26, die ein sich mit dem Vorzeichen des
modulierenden Signals änderndes Ausgangssignal liefert, das als Steuersignal dem regelbaren Oszillator 13
zugeführt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Modulationsvorrichtung 25 durch einen
Signalgenerator 15 und einen Frequenzmodulator 14 gebildet, in dem das Ausgangssignal des regelbaren
Oszillators 13 mit dem Ausgangssignal des erwähnten Signalgenerators 15 moduliert wird. Das vom Signalgenerator
15 gelieferte Modulationssignal hat eine Frequenz, die erheblich niedriger als oie Frequenz des
Ausgangssignals des regelbaren Oszillators 13 ist. Wenn die Frequenz dieses Ausgangssignals z. B. 20 kHz ist,
kann für die Frequenz des Modulationssignals z. B. ein Wert von 50 Hz gewählt werden. Das Ausgangssignal
des Signalgenerators 15 wird auch als Bezugssignal der Vergleichsvorrichtung 26 zugeführt. Diese Vergleichsvorrichtung 26 wird bei der dargestellten Ausführungsform durch einen phasenempfindlichen Detektor 18
gebildet, von dem ein Ausgangskreis über einen Verstärker 17 und einen Tiefpaß 16 an den Verbindungspunkt
des Widerstandes 12 und der Gleichstromquelle 1 angeschlossen ist. In diesem phasenempfindlichen
Detektor 18 wird das mit Hilfe des Tiefpasses 16 selektierte Modulationssignal nach Verstärkung im
Verstärker 17 mit dem dem Signalgenerator 15 entnommenen Modulationssignal verglichen, wobei
dieser phasenempfindliche Detektor 18 ein sich mit dem Vorzeichen des modulierenden Signals änderndes
Ausgangssignal liefert, das als Steuersignal dem regelbaren Oszillator 13 zugeführt wird.
Zur weiteren Erläuterung sei auf die in F i g. 2 dargestellte Kurve verwiesen, die den Verlauf des
Betriebsstroms 4 als Funktion der Frequenz angibt Wenn die Leistung auf der Primärseite des Transformators
3 gemessen wird, kann diese Leistung als P- Ub ■ Ib
dargestellt werden, wobei die Betriebsspannung Ub konstant und gleich der Spannung der Gleichstromquelle
ist und Ib den mittleren Wert des Gleichstroms in der
Primärwicklung 4 darstellt Infolge der im Frequenzmodulator 14 stattfindenden Modulation des Ausgangssignals
des regelbaren Oszillators 13 weist der Betriebsstrom eine Wechselstromkomponente auf, deren Amplitude
und Phase von dem durch die Frequenz bestimmten Punkt auf der Kurve / (f) abhängig sind.
Wenn die Vorrichtung in dem Punkt der Kurve arbeitet, der der Frequenz /b entspricht, ist die nach Differenzierung
erhaltene Ableitung des Stromes / gleich 0 und wird keine Wechselstromkomponente erhalten. In
diesem Punkt hat der Strom seinen Höchstwert und bei dieser Frequenz wird also die maximale Leistung
abgegeben.
Wenn die Vorrichtung infolge einer Änderung des Flüssigkeitspegels in dem Punkt arbeitet, der der
Frequenz f\ entspricht, hat die Modulation mit dem Modulationssignal ±fm zur Folge, daß ein Wechselstrom
/1 erhalten wird. Dieser Wechselstrom hat eine Phase, die in bezug auf die Phase des Modulationssignals
negativ ist. Wenn andererseits die Frequenz den Wert h hat, führt die Modulation mit dem Modulationssignal
+ /,„ einen Wechselstrom /2 herbei, dessen Phase in
bezug auf die Phase des Modulationssignals positiv ist. Die Ströme /1 und /2 haben die gleiche Frequenz wie das
Modulationssignal fm. Das dann auftretende Wechselstromsignal,
ζ. B. /1 oder /2, wird mit Hilfe des Tiefpasses 16 selektiert, dann im Verstärker 17 verstärkt und
anschließend dem phasenempfindlichen Detektor 18 zugeführt. Diesem phasenempfindlichen Detektor wird
auch das vom Signalgenerator 15 gelieferte Modulationssignal der Frequenz fm als Bezugssignal zugeführt.
In Abhängigkeit von der Phase, die das selektierte Signal in bezug auf die Phase des Bezugssignals hat,
liefert der phasenempfindliche Detektor 18 eine positive oder eine negative Ausgangsspannung, die dem
regelbaren Oszillator 13 zugeführt wird, wodurch die Frequenz des Ausgangssignals dieses Oszillators erhöht
bzw. herabgesetzt wird, bis Phasengleichheit auftritt. Wenn Phasengleichheit auftritt, ist die Ausgangsspannung
des phasenempfindlichen Detektors gleich 0. Der Betriebsstrom //,hat dann seinen Höchstwert angenommen.
Die beschriebene Regelschleife bildet ein negativ rückgekoppeltes System, das derart eingerichtet ist, daß
es die Frequenz stets auf einen Wert einstellt, bei dem der Strom maximal ist. Dieser Wert kann von der
Belastung des die mechanischen Schwingungen liefernden Wandlers abhängig sein.
Dadurch, daß die in der Phase zu vergleichenden Signale in der Frequenz niedriger sind, z. B. 50 Hz,
ergibt sich der angestrebte Vorteil eines nur schmalbandigen Phasendetektors.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Generator zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen, der einen Schwingkreis und einen mit
diesem gekoppelten Wandler sowie eine Gleichstromquelle enthält, deren Ausgangsstrom über zwei
unter Zwischenschaltung eines regelbaren Oszillators gesteuerte Schalter in einen Wechselstrom
umgewandelt wird, der dem erwähnten Schwingkreis zugeführt wird, dessen Ausgangsenergie auf
den Wandler übertragen wird, und wobei ein Steuerkreis vorgesehen ist, mit dessen Hitfe die
Oszillatorausgangsfrequenz derart geregelt wird, daß die auf den Wandler übertragene Energie
maximal ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis einen im Wechselstromkreis liegenden Widerstand (12) sowie eine zwischen dem
Oszillatorausgang und den Schaltern liegende Modulationsvorrichtung (25) enthält zum Modulie- »
ren des Oszillatorausgangssignals mit einem Signal, dessen Frequenz niedriger als die des Oszillatorsignals
ist, und damit zur Erzeugung eines an dem Widerstand (12) auftretenden modulierten Signals
mit einer Frequenzkomponente bei der niedrigen Frequenz und eine mit dem Widerstand (12)
gekoppelte Vergleichsvorrichtung (26) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, deren Polarität von
der Phasenbeziehung zwischen der Signalkomponente und dem genannten modulierten Signal
niedrigerer Frequenz abhängig ist, und daß diese Ausgangsspannung dem regelbaren Oszillrtor als
Steuersignal zugeführt wird.
2. Generator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß die Modulationsvorrichtung (25) einen Signalgenerator (15) und einen Frequenzmodulator
(14) enthält, in dem das Oszillatorausgangssignal vom Ausgangssignal des Sigregenerators (15)
frequenzmoduliert wird.
3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsvorrichtung (26) einen
Phasendetektor (18) enthält mit einem ersten Eingang, der über ein Tiefpaßfilter (16) zum
Ausfiltern des modulierten Signals mit dem Wechselstromkreis verbunden ist, und mit einem zweiten
Eingang, der mit dem Ausgang des Signalgenerators
(15) verbunden ist. während der Ausgang des Phasendetektors (18) mit dem Steuereingang des
regelbaren Oszillators (13) verbunden ist.
50
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE02321/69A SE329037B (de) | 1969-02-20 | 1969-02-20 | |
SE232169 | 1969-02-20 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2006260A1 DE2006260A1 (de) | 1970-09-10 |
DE2006260B2 true DE2006260B2 (de) | 1976-12-02 |
DE2006260C3 DE2006260C3 (de) | 1977-07-28 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2726249A1 (de) * | 1977-06-10 | 1978-12-14 | Otto Siebeck Gmbh | Ultraschallwellen-generator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2726249A1 (de) * | 1977-06-10 | 1978-12-14 | Otto Siebeck Gmbh | Ultraschallwellen-generator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2031557B1 (de) | 1975-01-10 |
GB1256188A (en) | 1971-12-08 |
US3842340A (en) | 1974-10-15 |
SE329037B (de) | 1970-09-28 |
FR2031557A1 (de) | 1970-11-20 |
DE2006260A1 (de) | 1970-09-10 |
JPS5011781B1 (de) | 1975-05-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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