Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE3428523C2 - Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Ultraschallwandlers - Google Patents

Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Ultraschallwandlers

Info

Publication number
DE3428523C2
DE3428523C2 DE3428523A DE3428523A DE3428523C2 DE 3428523 C2 DE3428523 C2 DE 3428523C2 DE 3428523 A DE3428523 A DE 3428523A DE 3428523 A DE3428523 A DE 3428523A DE 3428523 C2 DE3428523 C2 DE 3428523C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
phase
point
detection signal
current
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE3428523A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3428523A1 (de
Inventor
Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original Assignee
Taga Electric Co., Ltd., Tokio/Tokyo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taga Electric Co., Ltd., Tokio/Tokyo filed Critical Taga Electric Co., Ltd., Tokio/Tokyo
Publication of DE3428523A1 publication Critical patent/DE3428523A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3428523C2 publication Critical patent/DE3428523C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B06B1/0261—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave with a feedback signal taken from a transducer or electrode connected to the driving transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/50—Application to a particular transducer type
    • B06B2201/57—Electrostrictive transducer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/04—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
    • H04R17/08—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

Bei einem Ultraschallwandler wird der Frequenzverlauf des Phasennachweissignals und der Frequenzverlauf des Betriebsstroms des Wandlers überprüft, ein Resonanzpunkt mit einem Stromminimum wird aus den Verläufen gefunden, der Nulldurchgangspunkt, der dem Stromminimum entspricht, wird als Hauptresonanzpunkt bestimmt und danach wird eine Schwingungsnachführung in einem phasengekoppelten Kreis (phase locked loop - PLL) durchgeführt. Aufgrund dieser Bedingungen kann die Schwingungsnachführung in einem phasengekoppelten Kreis (PLL) auch dann stabil ausgeführt werden, wenn mehrere Nebenresonanzfrequenzpunkte nahe der Hauptresonanzfrequenz existieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Ultraschallwandlers, mit den Verfahrensschritten Bestimmung eines Resonanzpunktes durch Überprüfung des Stromverlaufs des Wandlers und Erzeugung eines Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit des Wandlers sowie Ausführung einer Schwingungsnachführung in einem phasengekoppelten Kreis (phase lockes loop - PLL) in Abhängigkeit von dem Nachweissignal und dem Stromverlauf.
  • Normalerweise soll ein Ultraschallwandler gemäß einem Verfahren der zuvor erläuterten Art (US-PS 42 75 363) bei seiner Hauptresonanzfrequenz betrieben werden. Die Hauptresonanzfrequenz ist seinem Schwingungszustand bzw. Schwingungsverhalten eigen, wenn man den Wirkungsgrad der elektrisch/ mechanischen Umwandlung betrachtet. Im allgemeinen ist jedoch die Schmalbandigkeit der Resonanzgüte sehr ausgeprägt. Deshalb wird der Wirkungsgrad der Umwandlung schon merklich verschlechtert, wenn die Betriebsfrequenz nur geringfügig gegenüber der Resonanzfrequenz verschoben ist. Daraus folgt, daß die Verwendung eines Betriebsoszillators mit einer automatischen Nachführeinrichtung weit verbreitet ist, mit dessen Hilfe der Resonanzpunkt des Ultraschallübertragers automatisch festgestellt und eine Schwingungsnachführung ausgeführt werden kann.
  • Beträgt die Resonanzlänge des mechanischen Schwingungssystems, das den Ultraschallwandler sowie Hörner und Anschlußteile usw. umfaßt, etwa eine Wellenlänge oder weniger und ist der Faktor für die Amplitudenvervielfachung nicht groß, so treten keine ernsthaften Probleme auf. Übersteigt die Resonanzlänge eine Wellenlänge oder wird der Faktor für die Amplitudenvervielfachung groß, so treten jedoch nahe der Hauptresonanzfrequenz Nebenresonanzfrequenzen auf. Die Schwingung kann also in Nebenresonanzpunkten eintreten, wenn die Schwingung beginnt oder sich die Belastung schnell ändert. Dies beeinträchtigt entscheidend die Zuverlässigkeit einer Einrichtung zur Erzeugung von Ultraschallwellen. Ein weiteres Problem tritt bei solchen mechanischen Schwingungssystemen mit mehreren Nebenresonanzpunkten auf, wenn ein Horn oder ein Anschlußteil durch ein anderes Teil mit einer anderen Hauptresonanzfrequenz ersetzt wird. Dann nämlich werden die erforderliche Resonanzfrequenzauswahl und die Schwingungsnachführung außerordentlich schwierig.
  • Mehrere Systeme sind in der Praxis als Einrichtung zur automatischen Nachführung der Resonanzfrequenz verwendet worden. In manchen Fällen wird die Vibrationsgeschwindigkeit des Ultraschallwandlers festgestellt und die Frequenz des Betriebssignals wird so gesteuert, daß das Phasenverhältnis zur Betriebsspannung oder zum Betriebsstrom konstant wird. Für einen Nachweis der Vibrationsgeschwindigkeit wird z. B. ein Nachweiselement wie beispielsweise ein elektrostriktives Element an einem Teil eines mechanischen Vibrators angebracht und die erzeugte Spannung wird festgestellt. Auch können verschiedene Bewegungssignale in differentieller Form festgestellt werden, die den Schwingungsspannungen in einer Mehrzahl von elektrostriktiven Elementen entsprechen. Konventionelle Nachführverfahren können aber eben die Hauptresonanzfrequenz dann nicht feststellen, wenn das Horn oder das Anschlußteil, das mit dem Ultraschallwandler verbunden ist, durch verschiedene andere Teile ersetzt wird, wie beispielsweise ein Horn oder ein Anschlußteil mit anderer Resonanzfrequenz.
  • Unter Berücksichtigung des zuvor erläuterten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehenden Art anzugeben, mit dem die Hauptresonanzfrequenz auch dann herauszufinden ist, wenn viele Nebenresonanzfrequenzen nahe der Hauptresonanzfrequenz existieren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst grundsätzlich dadurch gekennzeichnet, daß vor der Ausführung der Schwingungsnachführung folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: Überprüfung des Phasenverlaufs des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit und Bestimmung des Hauptresonanzpunkts auf der Grundlage des Stromverlaufs des Wandlers und des Phasenverlaufs des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit an einem Nulldurchgangspunkt des Phasenverlaufs. Die Lehre der Erfindung beruht darauf, nicht nur den Stromverlauf des Wandlers zu überprüfen, sondern auch den Phasenverlauf des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit. Erst eine Zusammenschau der Ergebnisse beider Überprüfungen führt nach der Lehre der Erfindung zu der richtigen Hauptresonanzfrequenz.
  • Dabei spielt es für die Lehre der Erfindung keine Rolle, ob zunächst der Stromverlauf des Wandlers überprüft und die danach in Frage kommenden Resonanzpunkte anhand des Phasenverlaufs des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit nochmals überprüft werden und ein Nulldurchgangspunkt dieses Phasenverlaufs dann als Hauptresonanzpunkt festgehalten wird oder ob zunächst der Phasenverlauf des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit überprüft und Nulldurchgangspunkte festgestellt werden und die danach in Frage kommenden Nulldurchgangspunkte anhand des Stromverlauf des Wandlers überprüft und ein bestimmter Nulldurchgangspunkt als Hauptresonanzpunkt festgehalten wird.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn das zuvor erläuterte, erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt wird, daß vor der Ausführung einer Schwingungsnachführung noch eine Steuerung des differentiellen Abgleichs so erfolgt, daß der Phasenverlauf des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit bezüglich des Resonanzpunkts auf der Hochfrequenzseite und auf der Niederfrequenzseite symmetrisch ist. In diesem Fall kann die Suche nach der Hauptresonanzfrequenz so ablaufen, daß auf der Hochfrequenzseite und auf der Niederfrequenzseite gleiche Bandbreiten vorliegen, auch wenn aufgrund des Aufbaus des Schwingungssystems ein asymmetrischer Phasenwechselpunkt auftritt.
  • Weitere Vorteile und eine nähere Erläuterung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
  • Fig. 1a einen Graphen zur Darstellung des Frequenzverlaufs der Phase eines Nachweissignals,
  • Fig. 1b einen Graphen zur Darstellung des Frequenzverlaufs des Betriebsstroms dazu,
  • Fig. 2a einen Graphen zur Darstellung des Frequenzverlaufs der Phase eines weiteren Nachweissignals,
  • Fig. 2b einen Graphen zur Darstellung des Frequenzverlaufs des Betriebsstroms dafür,
  • Fig. 3a einen Graphen zur Darstellung des Frequenzverlaufs der Phase eines weiteren Nachweissignals,
  • Fig. 3b einen Graphen zur Darstellung des Frequenzverlaufs eines Nachweissignals nach erfolgter Korrektur,
  • Fig. 3c einen Graphen zur Darstellung des Frequenzverlaufs eines entsprechenden Betriebsstroms und
  • Fig. 4 ein Blockschaltbild eines entsprechenden Schaltkreises.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Systemsteuerung von einem Mikrocomputer durchgeführt. Die Eingangs/ Ausgangs-Operationen der Steuerdaten des Mikrocomputers sind durch dicke Pfeile in Fig. 4 dargestellt und die Laufrichtung der Daten wird durch die Richtung der Pfeile dargestellt.
  • Ein Beispiel für den Frequenzverlauf der Phase eines Nachweissignals ist in Fig. 1a dargestellt. Der entsprechende Frequenzverlauf der Amplitude des durch den Wandler fließenden Betriebsstroms ist in Fig. 1b dargestellt. In Fig. 1a hat der Bereich der Nachführsteuerung des Oszillators die Resonanzfrequenz f 0 in der Mitte , einen Phasenvorlaufbereich auf der Niederfrequenzseite und einen Phasennachlaufbereich auf der Hochfrequenzseite. Der Bereich der Nachführsteuerung des Oszillators ist auf den Bereich von f 1 bis f 2 begrenzt.Verändert sich die Resonanzfrequenz innerhalb des Bereichs zwischen f 1 und f 2 so wird die Betriebsfrequenz des Oszillators nachgeführt. Verändert sich die Resonanzfrequenz über den begrenzten Bereich hinaus, wie das beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, so kann eine Nebenresonanzfrequenz wie am Punkt B von Fig. 2a gezeigt getroffen werden. Mit dem erläuterten Verfahren und der nachfolgend beschriebenen Schaltung kann eine Hauptresonanzfrequenz trotz Existenz mehrerer Nebenresonanzfrequenzen mit Sicherheit herausgefunden werden.
  • Fig. 4 zeigt einen spannungsgesteuerten Oszillator 21 zur Bestimmung der Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers 20 . Der Oszillator 21 weist einen Durchstimmeingang 22, einen Nachführeingang 23 (PLL-Eingang) und einen Ausgang 24 für die Ausgangsspannung auf. Die Frequenz der Ausgangsspannung wird durch die Spannung gesteuert, die den genannten Eingängen zugeführt wird. Die Ausgangsspannung wird an einen Verstärker 25 zur Leistungsverstärkung abgegeben. Das verstärkte Ausgangssignal wird von einem Ausgangsübertrager 26transformiert und das transformierte Ausgangssignal wird einer konjugierten Anpassung mittels einer Reiheninduktivität 27 unterworfen. Dieses Signal wird alsdann elektrostriktiven Elementen 30, 31 des Ultraschallwandlers 20 zugeleitet.
  • Da zwischen einer Masseelektrode 32 (masseseitige Elektrode) des elektrostriktiven Elementes 31 und einer Masseelektrode 33 des Wandlers 20 eine Isolatorscheibe 34 eingesetzt ist - die Masseelektrode 33 des Wandlers 20 ist gleichzeitig die Masseelektrode des elektrostriktiven Elementes 30 -, passiert der Strom in das elektrostriktive Element 31 die Masseelektrode 32 und einenStromnachweisübertrager 35 und fließt zur Sekundärspule des Ausgangsübertragers 26. Der durch das elektrostriktive Element 30 fließende Strom passiert die Masseelektrode 33, fließt zu einem weiteren Stromnachweisübertrager 36 und von dort ebenfalls zurück zur Sekundärspule des Ausgangsübertragers 26. Sekundärspannungswerte e s 1, e s 2 der Stromnachweisübertrager 35, 36 sind folglich den durch die elektrostriktiven Elemente 30, 31 fließenden Strömen proportional.
  • Das Nachweissignal e s 1 wird einem digital gesteuerter Verstärker eingegeben und auf Grundlage von von dem Mikrocomputer zur Verfügung gestellten Daten verstärkt. Die Differenz zwischen der verstärkten Spannung des Verstärkers 37 und dem Nachweissignal e s 2 wird von einem Differenzverstärker 38 vorgegeben und ein entsprechendes Ausgangssignal wird Eingangssignal eines Phasenkomparators 40.
  • Die Spannungsverstärkung des Verstärkers 37 wird durch Steuerdaten vom Mikrocomputer aus verändert. Wird die Spannungsverstärkung auf "1" eingestellt, so wird der Ausgang des Differenzverstärkers 38 proportional zur Differenz der Ströme, die in den elektrostriktiven Elementen 30, 31 des Ultraschallwandlers 20 fließen, d. h. proportional zum Signal der Vibrationsgeschwindigkeit. Dieses Signal hat einen Frequenzverlauf der Differenz der Phase zum Wandlerstrom, wie in Fig. 1a beispielhaft gezeigt.
  • Die Nachweissignale e s 1, e s 2 werden von einem Addierverstärker 39 addiert und die Ausgangsspannung, d. h. ein Signal, das dem Betriebsstrom des Wandlers 20 proportional ist, wird dem anderen Eingang des Phasenkomperators 40 zugeleitet und mit dem Differenzsignal bezüglich der Phasenbeziehung verglichen. Das Ausgangssignal des Phasenkomparators 40 wird über einen Integrator 41 und einen Gleichstromverstärker 42 geleitet und ist nun ein Signal, das das Phasenverhältnis zwischen dem Nachweissignal der Vibrationsgeschwindigkeit und dem Wandlerstrom darstellt. Das Signal wird einem Nulldurchgangsdetektor 43, einem Fensterkomparator 44 und schließlich einem Arbeitskontakt eines Schalters 45 zugeleitet. Der Ruhekontakt des Schalters 45 ist geerdet und der gemeinsame Anschluß ist mit dem Nachführeingang 23 (PLL-Eingang) des spannungsgesteuerten Oszillators 21 verbunden. Der Ausgang eines Digital/Analog-Umsetzers 49 ist mit dem Durchstimmeingang 22 verbunden.
  • Das Signal für den Wandlerstrom, das von dem Addierverstärker 39 bereitgestellt wird, wird durch einen Gleichrichter 46 gleichgerichtet und von einem Integrator 47 geglättet. Das geglättete Signal hat den Frequenzverlauf der Einhüllenden, wie das beispielsweise in Fig. 1b gezeigt ist. Dieses Signal wird von einem Analog/Digital-Umsetzer 48 in ein digitales Signal umgesetzt und in den Mikrocomputer eingegeben.
  • Die Funktionsweise des Gerätes der zuvor erläuterten Konstruktion wird nachfolgend genauer erläutert. Die Spannungsverstärkung des Verstärkers 37 wird durch digitale Steuerung vom Mikrocomputer auf "1" gesetzt. Dann wird die Ausgangsspannung des Digital/Analog-Umsetzers 49 von "0" an zeitabhängig vergrößert. Dadurch wird die Oszillatorfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 21 von niedrigen zu höheren Werten durchgestimmt. Bei jedem Frequenzabschnitt stellt der Nulldurchgangsdetektor 43 fest, ob der die Phasendifferenz darstellende Ausgang positiv oder negativ ist, ob also die Phase vorläuft oder nachläuft. Die Einhüllende des Wandlerstroms wird als Speicherdaten im Speicher des Mikrocomputer festgehalten. Ist die Durchstimmung der Frequenz beendet und ist auch die Abspeicherung der Daten beendet, so werden die Stromdaten des Wandlers überprüft und der Minimalwert in einem bestimmten Bereich festgestellt.
  • Der Stromwert bei der niedrigsten Frequenz wird mit dem Stromwert bei der nächstfolgend höheren Frequenz verglichen. Ist der Wert beim nächsten Schritt um einen Schritt größer als der Wert bei dem vorhergehenden Schritt, so wird der Wert bei dem vorhergehenden Schritt als Referenzwert genommen und die weitere Suche wird von diesem Referenzwert aus innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches, beispielsweise ±500 Hz ausgeführt. Ist der Wert in dem Suchbereich nicht kleiner als der Referenzwert und größer als ein bestimmter Wert, beispielsweise "5" bei beiden äußersten Werten in dem Frequenzbereich, so wird der Referenzwert als Minimalwert angenommen.
  • Nachfolgend wird als nächstes erläutert, wie die Phase bei der Frequenz am Referenzpunkt festgestellt wird. Hier wird eine Suche in einem bestimmten Frequenzbereich, beispielsweise 100 Hz in Richtung niedriger Frequenzen durchgeführt, falls die Daten einen Phasennachlauf angeben und in Richtung höherer Frequenzen, falls die Daten einen Phasenvorlauf angeben. Der Umkehrpunkt im Phasenverlauf während dieser Suche wird als neuer Resonanzpunkt vorgegeben. Befindet sich innerhalb des Suchbereiches von 100 Hz kein Phasenumkehrpunkt, so wird der Referenzpunkt nicht mehr als Resonanzfrequenz angesehen. Dann wird eine Suche nach einem Punkt minimalen Stroms vom Referenzpunkt aus aufgenommen.
  • In Fig. 1 sind die Punkte D, E und F als Minima aus den Stromdaten festgestellt worden. Die Phasenumkehrpunkte B, C befinden sich aber viel zu weit entfernt von diesen Stromminima und werden daher ausgeschlossen. Im Ergebnis wird der Phasenumkehrpunkt A als Hauptresonanzpunkt angesehen. Das Suchkriterium dieses Verfahrens basiert also auf der Tatsache, daß die Phasenumkehr bzw. die Umkehr im Phasenverlauf am Resonanzpunkt schnell erfolgt und daß nahe dem Resonanzpunkt ein Stromminimum auftritt.
  • Fig. 2 zeigt nun den Phasennachweisverlauf (Fig. 2a) und den Verlauf des Wandlerstroms (Fig. 2b), wenn das Horn oder das Anschlußteil durch ein anderes Teil ersetzt wird. Die Hauptresonanzfrequenz f 0 in Fig. 2 ist im Vergleich mit Fig. 1 um beispielsweise 2 kHz merklich verringert. Folglich ist die Feststellung der Hauptresonanzfrequenz allein vom Nulldurchgangspunkt des Phasenverlaufs in Fig. 2a nicht möglich. Gleichwohl kann die Entscheidung leicht getroffen werden, wenn man den Stromverlauf aus Fig. 2b betrachtet und die Korrelationen feststellt. In Fig. 2 nämlich befindet sich der Punkt G nahe dem Punkt B und könnte daher leicht, jedoch fälschlich, als Resonanzfrequenz ermittelt werden. Wenn jedoch der Punkt des Stromminimums zusätzlich durch die Bedingung spezifiert ist, daß er niedriger als die Linie K im Strom- Graphen von Fig. 2b ist, so kann der Punkt G ausgeschlossen werden. Was als Resonanzfrequenz bleibt, ist der Punkt F, der mit dem Punkt A nahe zusammenhängt.
  • Nachdem der Hauptresonanzpunkt als Nulldurchgangspunkt mit dem zuvor erläuterten Verfahren festgestellt worden ist, wird der spannungsgesteuerte Oszillator 21 mittels des Digital/Analog-Umsetzers 49 auf seine Frequenz eingestellt und dann wird der Schalter 45 umgeschaltet und der Ultraschall- Wandler 20 in Nachführsteuerung (PLL-Steuerung) betrieben. Die in die elektrostriktiven Elemente 30, 31 fließenden Ströme werden jeweils als Nachweisspannungen bzw. Nachweissignale e s 2, e s 1 verwendet. Die Differenz zwischen beiden Strömen wird als Nachweissignal für die Vibrationsgeschwindigkeit herangezogen. Die Summe beider Ströme wird als Signal für den Betriebsstrom des Wandlers herangezogen. Dadurch wird ein Vergleich der Phase durchgeführt und die der Phasendifferenz proportionale Spannung ist der Ausgang des Gleichstromverstärkers 42, der den spannungsgesteuerten Oszillator 21 steuert. Im Ergebnis ist eine Rückkopplungsschleife gebildet, der Nulldurchgangspunkt wird nachgeführt und dadurch wird die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 21 gesteuert.
  • Im Nachführzustand überwacht der Mikrocomputer den Ausgang des Fensterkomparators 44 und ermittelt eine Entscheidung bezüglich der Frage, ob die Phasendifferenz innerhalb des eingestellten Wertes liegt oder nicht. Wird die Phasendifferenz aufgrund eines anormalen Zustandes des mechanischen Schwingungssystems od. dgl. merklich verschoben, so kann die Nachführung nicht mehr durchgeführt werden. Dann verändert sich der Ausgang des Fensterkomparators 44 und der Mikrocomputer beendet die Tätigkeit dieser Einrichtung.
  • Im folgenden wird ein weiter verbessertes Verfahren beschrieben. Meist hat der Nachweis-Phasenverlauf bezogen auf den Nulldurchgangspunkt mit der Hauptresonanzfrequenz f 0 in der Mitte eine nahezu gleiche Frequenzbreite auf der Niederfrequenzseite und auf der Hochfrequenzseite, wie in Fig. 1a dargestellt. Gleichwohl kann aufgrund des Aufbaus des Schwingungssystems, das den Ultraschallwandler 20, ein Horn und ein Anschlußteil aufweist, ein asymmetrischer Phasenumkehrpunkt auftreten. Beispielsweise ist in Fig. 3a der Niederfrequenzbereich bezüglich f 0 auffallend schmal im Vergleich zum Hochfrequenzbereich, wodurch eine stabile Frequenznachführung verhindert wird. Solches ist entscheidend abhängig von der Differenz der Dämpfungskapazitäten der elektrostriktiven Elemente 30, 31 des Wandlers 20, der Genauigkeit des differentiellen Nachweises und der Amplitude des Nachweissignals, dem Aufbau des mechanischen Schwingungssystems od. dgl.
  • Wird die Entscheidung über den Hauptresonanzpunkt dadurch gefällt, daß man das Phasennachweissignal überprüft, so erfolgt zunächst der differentielle Abgleich und danach eine Korrektur des Phasenverlaufs wie nachfolgend beschrieben. Sobald der Hauptresonanzpunkt durch Aufsuchen des Nulldurchgangspunktes bestimmt worden ist, wird vom Resonanzpunkt in der Mitte aus die Niederfrequenzseite überprüft, und zwar über einen bestimmten Frequenzbereich, beispielsweise 1 kHz, und darauf, ob eine Phasenumkehr existiert oder nicht. Existiert eine Phasenumkehr, so wird der differentielle Abgleich mittels der Spannungsverstärkung des Verstärkers 37 so nachgestellt, daß der Bereich vom Resonanzpunkt zum Umkehrpunkt hin erweitert wird. Auch die Hochfrequenzseite wird in gleicher Weise überprüft und nachgestellt. Durch Nachstellung des differentiellen Abgleichs wie zuvor beschrieben wird der Phasenverlauf des Nachweissignals aus Fig. 3a annähernd symmetrisch gemacht wie in Fig. 3b gezeigt.
  • Unter anderen Bedingungen, in denen der Bereich von 1 kHz sowohl auf der Hochfrequenzseite als auch auf der Niederfrequenzseite nicht korrigiert werden kann, wird die Korrekturbreite schrittweise verringert, beispielsweise zunächst auf 800 Hz und danach auf 600 Hz, und so die Symmetrie eingestellt.
  • Durch eine solche Einstellung befindet sich der Phasenverlauf während der PLL-Nachführung immer im besten Zustand. Dadurch ist die Kompatibilität des mechanischen Schwingungssystems weiter verbessert. Der Frequenzbereich, in dem eine Einkopplung auf die Resonanzfrequenz bei Verwendung verschiedener Anschlußteile möglich ist, ist verbreitert.
  • Wenngleich die Ermittlung des Resonanzpunktes dadurch erfolgt, daß ein Stromminimum im Betriebsstromverlauf des Wandlers in der zuvor beschriebenen Weise ermittelt wird, wenn das Betriebssystem des Wandlers in Parallel-Resonanz arbeitet (wie in Fig. 4 gezeigt), wird jedoch entsprechend ein Strommaximum bei Betrieb des Wandlers in Reihen-Resonanz ermittelt.
  • Wenn das mechanische Schwingungssystem, das den Ultraschallwandler umfaßt, mehrere Nebenresonanzpunkte nahe der Hauptresonanzfrequenz aufweist und wenn weiterhin die Hauptresonanzfrequenz des Systems aufgrund eines Wechsels der Anschlußteile od. dgl. variiert, so kann mittels der zuvor erläuterten Erfindung eine Entscheidung bezüglich der Hauptresonanzfrequenz nicht nur auf Basis des Verlaufs der Phasendifferenz zwischen dem Signal der Vibrationsgeschwindigkeit und der Betriebsspannung oder dem Betriebsstrom wie beim Stand der Technik erfolgen, sondern auch mittels der Korrelation zum Resonanzpunkt nach Maßgabe des Betriebsstromverlaufs, wonach dann das Signal der Phasendifferenz nachgeführt und die Schwingungen ausgeführt werden. Die Erfindung erlaubt es weiter, eine umfassende Kompatibilität des mechanischen Schwingungssystems zu verwirklichen, was bislang wegen der Asymmetrie der Breite der abgeflachten Bereiche im Verlauf der Phasendifferenz auf der Hochfrequenzseite und der Niederfrequenzseite unmöglich war. Darüber hinaus hat die Erfindung weitere positive Effekte, beispielsweise dahingehend, daß keinerlei unstabile Arbeitsweise auftritt, wie beispielsweise eine Übertragung der Schwingungsfrequenz auf einen Nebenresonanzpunkt bei Beginn der Schwingung oder bei einer schnellen Änderung der Belastung. Dadurch wird ein Schwingungsbetrieb mit großer Stabilität ermöglicht.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Ultraschallwandlers, mit den Verfahrensschritten
Bestimmung eines Resonanzpunktes durch Überprüfung des Stromverlaufs des Wandlers und Erzeugung eines Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit des Wandlers sowie
Ausführung einer Schwingungsnachführung in einem phasengekoppelten Kreis (phase locked loop - PLL) in Abhängigkeit von dem Nachweissignal und dem Stromverlauf,

dadurch gekennzeichnet, daß vor der Ausführung der Schwingungsnachführung folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Überprüfung des Phasenverlaufs des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit und
Bestimmung des Hauptresonanzpunkts auf der Grundlage des Stromverlaufs des Wandlers und des Phasenverlaufs des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit an einem Nulldurchgangspunkt des Phasenverlaufs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf der Basis des Stromverlaufs des Wandlers mindestens ein Resonanzpunkt ermittelt wird, daß dann mindestens ein Nulldurchgangspunkt des Phasenverlaufs des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit ermittelt wird und daß schließlich ein bestimmter Resonanzpunkt des Stromverlaufs an einem Nulldurchgangspunkt des Phasenverlaufs als Hauptresonanzpunkt bestätigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mindestens ein Nulldurchgangspunkt des Phasenverlaufs des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit ermittelt wird, daß dann auf der Basis des Stromverlaufs des Wandlers mindestens ein Resonanzpunkt ermittelt wird und daß schließlich ein bestimmter Nulldurchgangspunkt des Phasenverlaufs an einem Resonanzpunkt des Stromverlaufs als Hauptresonanzpunkt bestätigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verfahrensschritt der Ausführung einer Schwingungsnachführung ausgeführt wird der Verfahrensschritt
Steuerung des differentiellen Abgleichs so, daß der Phasenverlauf des Nachweissignals der Vibrationsgeschwindigkeit bezüglich des Resonanzpunkts auf der Hochfrequenzseite und auf der Niederfrequenzseite symmetrisch ist.
DE3428523A 1983-08-05 1984-08-02 Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Ultraschallwandlers Expired DE3428523C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58143593A JPH0630734B2 (ja) 1983-08-05 1983-08-05 超音波変換器駆動制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3428523A1 DE3428523A1 (de) 1985-02-14
DE3428523C2 true DE3428523C2 (de) 1987-01-22

Family

ID=15342327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3428523A Expired DE3428523C2 (de) 1983-08-05 1984-08-02 Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Ultraschallwandlers

Country Status (4)

Country Link
US (2) US4577500A (de)
JP (1) JPH0630734B2 (de)
DE (1) DE3428523C2 (de)
NL (1) NL8402422A (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4015087A1 (de) * 1989-05-30 1990-12-06 Stanley Electric Co Ltd Oszillationssteuergeraet fuer einen ultraschalloszillator
DE4400210A1 (de) * 1994-01-05 1995-08-10 Branson Ultraschall Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Generators zur HF-Energieversorgung eines Ultraschallwandlers
DE19827948A1 (de) * 1998-06-23 2000-01-05 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers
DE10122065A1 (de) * 2001-05-07 2002-12-12 Pari Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit einer in Schwingungen versetzten Membran

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0630734B2 (ja) * 1983-08-05 1994-04-27 多賀電気株式会社 超音波変換器駆動制御方法
FR2586883B1 (fr) * 1985-08-27 1994-04-01 Nord Institut Superieur Electron Procede et dispositif d'alimentation electrique d'un transducteur generateur de vibrations tant sonores qu'ultrasonores.
GB8622731D0 (en) * 1986-09-20 1986-10-29 Bio Kil Chemicals Ltd Testing timbers
DE3641058A1 (de) * 1986-12-01 1988-06-16 Kaltenbach & Voigt Schaltungsanordnung zur speisung eines ultraschallgebers, insbesondere fuer ein zahnsteinentfernungsgeraet
DE3703655A1 (de) * 1987-02-06 1988-08-18 Industrieanlagen Betriebsges Akustischer daempfungsdetektor fuer zerstoerungsfreie materialpruefungen
EP0340470A1 (de) * 1988-05-06 1989-11-08 Satronic Ag Verfahren und Schaltung zur Anregung eines Ultraschallschwingers und deren Verwendung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit
JP2647713B2 (ja) * 1989-04-07 1997-08-27 オリンパス光学工業株式会社 超音波駆動装置
JP2691011B2 (ja) * 1989-03-20 1997-12-17 オリンパス光学工業株式会社 超音波振動子の駆動装置
EP0424685B1 (de) * 1989-10-27 1995-05-10 Storz Instrument Company Verfahren zum Antreiben eines Ultraschallwandlers
DE59007347D1 (de) * 1990-05-19 1994-11-03 Flowtec Ag Messerwertaufnehmer für ein Ultraschall-Volumendurchfluss-Messgerät.
US5656779A (en) * 1992-12-04 1997-08-12 Trw Inc. Apparatus and method for producing structural and acoustic vibrations
JP2672797B2 (ja) * 1995-06-16 1997-11-05 オリンパス光学工業株式会社 超音波変換器駆動回路
US7400112B2 (en) * 2001-06-20 2008-07-15 Helen Of Troy Limited Autoilluminating rechargeable lamp system
GB0129139D0 (en) * 2001-12-05 2002-01-23 Sra Dev Ltd Ultrasonic generator system
US6819027B2 (en) * 2002-03-04 2004-11-16 Cepheid Method and apparatus for controlling ultrasonic transducer
US7117754B2 (en) * 2002-10-28 2006-10-10 The Curators Of The University Of Missouri Torque ripple sensor and mitigation mechanism
GB2416458B (en) * 2004-07-20 2008-11-26 Sra Dev Ltd Ultrasonic generator system
KR20060022177A (ko) * 2004-09-06 2006-03-09 삼성전기주식회사 드라이브 집적회로에 있어서 슬루 레이트의 조정이 가능한버퍼
DE102014201129A1 (de) * 2014-01-22 2015-07-23 Siemens Aktiengesellschaft Ultraschallprüfvorrichtung und Verfahren zur Ultraschallprüfung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4114454A (en) * 1976-06-29 1978-09-19 Societe Telegraphiques Et Telephoniques Method of measuring the resonance frequency of mechanical resonators
JPS6018227B2 (ja) * 1978-05-17 1985-05-09 多賀電気株式会社 超音波発生装置
JPS5610792A (en) * 1979-07-06 1981-02-03 Taga Denki Kk Method and circuit for driving ultrasonic-wave converter
DE3218440A1 (de) * 1982-05-15 1983-11-17 Krautkrämer GmbH, 5000 Köln Ultraschallpruefeinrichtung zur zerstoerungsfreien werkstoffpruefung
JPH0630734B2 (ja) * 1983-08-05 1994-04-27 多賀電気株式会社 超音波変換器駆動制御方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4015087A1 (de) * 1989-05-30 1990-12-06 Stanley Electric Co Ltd Oszillationssteuergeraet fuer einen ultraschalloszillator
DE4400210A1 (de) * 1994-01-05 1995-08-10 Branson Ultraschall Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Generators zur HF-Energieversorgung eines Ultraschallwandlers
DE19827948A1 (de) * 1998-06-23 2000-01-05 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers
DE10122065A1 (de) * 2001-05-07 2002-12-12 Pari Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit einer in Schwingungen versetzten Membran
DE10122065A8 (de) * 2001-05-07 2006-02-09 Pari GmbH Spezialisten für effektive Inhalation Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit einer in Schwingungen versetzten Membran
DE10122065B4 (de) * 2001-05-07 2007-10-04 Pari GmbH Spezialisten für effektive Inhalation Vorrichtung zur Erzeugung von Flüssigkeitströpfchen mit einer in Schwingungen versetzten Membran

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6034776A (ja) 1985-02-22
US4577500A (en) 1986-03-25
DE3428523A1 (de) 1985-02-14
NL8402422A (nl) 1985-03-01
US4635483A (en) 1987-01-13
JPH0630734B2 (ja) 1994-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3428523C2 (de) Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Ultraschallwandlers
DE3321531C2 (de)
DE2902680C2 (de) Bandpaßfilterschaltung
DE69023417T2 (de) Anpassungsschaltung und Verfahren zu ihrer Verwendung.
DE69208667T2 (de) Intermodulationssteuervorrichtung für einen Rundfunkempfänger
DE3706969A1 (de) Elektromagnetischer stroemungsmesser
DE2523724A1 (de) Hochfrequenz-modulatorschaltkreis
DE2823021C2 (de) Abstimmschaltung in einem Hochfrequenzempfänger
DE2624787A1 (de) Vorrichtung zum frequenzvergleich
DE69108501T2 (de) Steuerbare Bandpass-Filterschaltung.
DE2936626C2 (de)
DE2543113C3 (de) Verzögerungsschaltung
DE4232026C2 (de) Elektrostatische Beschichtungspistole und Verfahren zum Erzeugen einer Hochspannung
WO1998049811A2 (de) Verfahren und anordnung zur regelung der entscheiderschwelle und des abtastzeitpunktes eines datenregenerators
DE69524768T2 (de) Filter sowie ein repetierendes und ein lernfähiges steuerungssystem, beide mit einem derartigen filter ausgestattet
DE2403892C2 (de) Schaltungsanordnung zur Frequenz- und Phasensteuerung eines Oszillators
DE1462468A1 (de) Nachrichtenuebertragungs- bzw. -Aufzeichnungssystem,insbesondere fuer Farbfernsehen
DE3414736A1 (de) Frequenzdiskriminator
DE4031939C2 (de)
DE68914564T2 (de) Selbsttätige Phasensteuerschaltung.
EP0022558B1 (de) Schaltungsanordnung zur Amplitudenregelung bei einer automatischen adaptiven, zeitlichen Entzerrung der Nachschwinger eines mindestens dreipegeligen Basisbandsignals
DE2222831C3 (de) Anordnung zur Rückgewinnung eines Taktsignals aus einem digital kodierten Signal
DE757402C (de) Schaltung zur Erzeugung einer entsprechend den Frequenzaenderungen einer zugefuehrten Schwingung veraenderlichen Gleichspannung
DE3342334A1 (de) Analogsignalvergleichsschaltung unter verwendung einer digitalen schaltung
DE2826725A1 (de) Schaltungsanordnung zum erkennen von diskreten frequenzen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee