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一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，具體方法如下，標記工具頭振幅輸出端面上任意一個點a作為被測量點；將功率超聲設(shè)備空載開機，使用激光測振儀測量工具頭上點a的振幅，記錄為A1；同時讀取振動傳感器的振動頻率幅值，記錄為R1；然后讓功率超聲設(shè)備在要求的負載下工作，同時讀取振動傳感器的振動頻率幅值，記錄為R2；將測得的數(shù)值帶入公式：A1/R1＝A2/R2，求得A2，即被測點在負載下的振幅。該方法可以準確測量有負載情況下的功率超聲設(shè)備的輸出振幅。
【專利說明】一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種測試方法，具體講是涉及一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法。

【背景技術(shù)】
:
[0002]功率超聲設(shè)備是一種高頻的振動設(shè)備，其將高頻的電壓、電流轉(zhuǎn)換成高頻振動并輸出。一般來說功率超聲設(shè)備包含換能器、變幅桿、模具。這幾者相互連接，協(xié)同工作。
[0003]功率超聲設(shè)備是工作在設(shè)備的諧振頻率上，頻率在工作中變化極小，因此功率超聲設(shè)備的輸出功率就與振幅直接有關(guān)。輸出的振幅越大，輸出功率就越大，輸出振幅越小，輸出功率就越小。
[0004]功率超聲設(shè)備，如超聲焊接設(shè)備，超聲切割設(shè)備等，一般有兩種工作狀態(tài)，分別是空載振動和負載振動?？蛰d振動指的是，功率超聲設(shè)備工具頭的振幅輸出端面不接觸負載，僅在空氣中進行振動。負載振動指的是，功率超聲設(shè)備工具頭的振幅輸出端面，對液體或者固體振動做功。當在負載振動的情況下，功率超聲設(shè)備的輸出振幅直接決定了功率超聲設(shè)備的輸出功率。因此，有負載情況下，功率超聲設(shè)備的輸出振幅測定就變的非常重要。
[0005]測量功率超聲設(shè)備的輸出振幅一直是功率超聲領(lǐng)域的難題。由于功率超聲設(shè)備的特點是頻率高(一般在20kHz以上)，振幅小(一般為1-200 μ m之間)。這樣的振動形式給測量造成了較大的難度。但在空載情況下，目前已經(jīng)有了較為成熟的功率超聲設(shè)備的振幅測定方法，主要有激光干涉測量法以及機械千分表測定法。
[0006]首先，以激光干涉測量法為例，首先需要一臺激光測量設(shè)備，該設(shè)備發(fā)出一束激光到被測的振動點，通過激光干涉的原理得出被測量點的振動干涉時域信號，并反饋到該設(shè)備中，設(shè)備將振動干涉時域信號輸出到示波器上，通過換算最終可以得到被測點的振幅數(shù)值。其測量精度可以達到0.01 μ m，且準確度極高。但這樣的測量存在以下兩個問題
[0007]1.我們的目的是測量功率超聲設(shè)備振幅輸出面的振幅，因此被測點一般都在輸出面上。在有負載情況下，被測點往往與液體或固體直接接觸。激光就無法再這樣的情況下進行測量，也就無法進行有負載情況下的振幅測量。
[0008]2.激光干涉測量法使用的設(shè)備昂貴，且容易損壞，測量的過程也非常繁瑣，目前還無法大規(guī)模的推廣。
[0009]再者，以千分表測量法為例,首先將一個數(shù)顯千分表固定在支架上。將該千分表的頂針頂在被測點上，并處于被壓縮的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，將數(shù)顯千分表顯示數(shù)值置零，然后功率超聲設(shè)備開機空載振動，由于超聲振動是一種高頻振動，在這種振動作用下，千分表頂針會處于被測點的最大振幅位置，此時千分表會顯示一個數(shù)值，該數(shù)值即為被測點的振幅(半峰值)。這種測量方法簡單，方便，但其精度約為I μ m。但依然存在與激光干涉測量法一樣的問題，就是無法在有負載情況下測量被測點振幅。因為在負載情況下，被測點往往與液體或固體直接接觸。千分表頂針就無法再這樣的情況下進行測量，也就無法進行有負載情況下的振幅測量。
[0010]以上兩種測量方式均可以滿足功率超聲設(shè)備在空載情況下的振幅測量，且各有利弊，但都無法滿足在有負載情況下的振幅測量。有負載情況下的功率超聲設(shè)備振幅測量，目前依然是功率超聲領(lǐng)域的一個難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，該方法可以滿足在有負載情況下的振幅測量。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，功率超聲設(shè)備包括換能器、變幅桿和工具頭，還包括振動傳感器，振動傳感器固定于換能器或者變幅桿上，有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法如下，
[0013]標記工具頭振幅輸出端面上任意一個點a作為被測量點；
[0014]將功率超聲設(shè)備空載開機，測量工具頭上點a的振幅，記錄為Al ；
[0015]同時讀取振動傳感器的振動頻率幅值，記錄為Rl ；
[0016]然后讓功率超聲設(shè)備在要求的負載下工作，同時讀取振動傳感器的振動頻率幅值，記錄為R2 ；
[0017]將測得的數(shù)值帶入公式:A1/R1 = A2/R2，求得A2，即被測點在負載下的振幅，公式中的Al表示空載時被測點的振幅，Rl表示空載時所測頻率的幅值，A2表示負載時被測點的振幅，R2表示負載時所測頻率的幅值。
[0018]采用以上方案，本發(fā)明通過振動傳感器作為一種檢測手段，利用不同振動模態(tài)的線性關(guān)系間接求得被測點的振幅，獲得了一種在負載情況下測量被測點振幅的方法，同時，利用了信號的頻率域檢測方法，直接獲得所測量頻率的頻譜幅值，解決了時域信號不穩(wěn)定，無不易讀取的問題，從而使測量更加準確。
[0019]作為優(yōu)選，使用激光測振儀測量工具頭上點a的振幅，使用頻譜儀讀取振動傳感器的振動頻率幅值。
[0020]作為優(yōu)選，所述振動傳感器為壓電式傳感器。采用質(zhì)量小、靈敏度高的壓電片式傳感器，讀取效果良好。
[0021]進一步的，所述振動傳感器粘接于換能器或者變幅桿的側(cè)面或底面。粘接方式既可以一次使用，也可以重復(fù)使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖為本發(fā)明的一個實施例的設(shè)備示意圖。

【具體實施方式】
:
[0023]下面就具體實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0024]一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，如圖示，功率超聲設(shè)備包括換能器1、變幅桿2和工具頭3，檢測設(shè)備包括激光測振儀4和頻譜儀5，還包括振動傳感器6，振動傳感器6固定于換能器I或者變幅桿2的側(cè)面，振動傳感器6與頻譜儀5電連接，有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法如下，
[0025]標記工具頭3振幅輸出端面上任意一個點a作為被測量點；
[0026]將功率超聲設(shè)備空載開機，使用激光測振儀4測量工具頭上點a的振幅，記錄為Al ；
[0027]同時讀取頻譜儀5上振動傳感器6的超聲振動頻率幅值，記錄為Rl ；
[0028]然后讓功率超聲設(shè)備在要求的負載下工作，同時讀取頻譜儀4上振動傳感器6的超聲振動頻率幅值，記錄為R2 ；
[0029]將測得的數(shù)值帶入公式:A1/R1 = A2/R2，求得A2，即被測點在負載下的振幅，公式中的Al表示空載時被測點的振幅,Rl表示空載時頻譜儀4上所測頻率的幅值,A2表示負載時被測點的振幅，R2表示負載時頻譜儀上所測頻率的幅值。
[0030]具體地說，將振動傳感器6固定在功率超聲設(shè)備中換能器2或變幅桿3的側(cè)面，該振動傳感器6將功率超聲設(shè)備工作時的側(cè)面振動轉(zhuǎn)化為電信號輸出。由于一般功率超聲設(shè)備為縱向振動設(shè)備，其側(cè)面振動及其微小，因此要求該振動傳感器6體積小，靈敏度高，本實施例米用壓電式傳感器。頻譜儀4與振動傳感器6相連接,將振動傳感器6輸出的時域信號轉(zhuǎn)化為頻域信號，并進行記錄和讀取。
[0031]眾所周知，功率功率超聲設(shè)備是一種工作在設(shè)備諧振頻率上的聲學(xué)設(shè)備。在工作時，其工作頻率是幾乎固定不變的，因此其輸出的振動是一種標準的簡諧振動，振動過程中沒有其他頻率成分，也是一種單頻率的振動。在時域譜上，這樣的振動圖像是標準的正弦函數(shù)(不考慮具體相位)；而在頻域譜上，這樣的振動圖像是一個脈沖函數(shù)，脈沖的幅值與振動振幅成正比。因此在功率超聲設(shè)備振動時，與振動傳感器相連的頻譜儀上所讀取的圖像即為一個脈沖函數(shù)。
[0032]當功率超聲設(shè)備空載振動時，由于沒有其他介質(zhì)的影響，振動傳感器上檢測到的即為單頻的超聲振動信號，時域譜上是一個標準的正弦函數(shù)，有著極高的信噪比；頻域譜上是一個單脈沖函數(shù)，脈沖函數(shù)的位置即為超聲振動的頻率。在這樣的情況下，我們需要標定兩個數(shù)據(jù)，第一，使用空載測量振幅的手段，檢測出被測點的振幅，記為Al，并記錄。第二，在頻域譜上，記錄這個單脈沖函數(shù)的幅值，并做記錄R1。由于超聲振動是一個線性形變的振動過程，其縱向的振動和側(cè)面的形變成正比，因此我們標定的這兩組數(shù)據(jù)也成正比，其比值是一個常數(shù)。
[0033]當功率超聲設(shè)備負載振動時，由于設(shè)備直接接觸被作用對象，在這個過程中，被作用對象也會產(chǎn)生振動，這種振動的頻率成分是多樣的，且會通過功率超聲設(shè)備傳遞到振動傳感器上。此時振動傳感器上檢測到的不是一個簡單的單頻振動信號，而是超聲振動信號和負載振動信號的疊加。這樣的信號在時域譜上，類似于正弦函數(shù)，但信噪比較低，無法時域上較好的分辨。而這樣的信號在頻域譜上，我們依然會看到一個主脈沖，也就是超聲振動頻率，但同時也會看到其他頻率成分的脈沖信號。由于其他的脈沖信號與主脈沖信號是不耦合的，因此主脈沖信號的頻率和幅值，就可以代表功率超聲設(shè)備的振動情況，記錄幅值為R2。如前所述，由于振動信號在頻譜上的脈沖幅值與被測點振幅成正比，因此可以得到如下公式:A1/R1 = A2/R2。公式中的Al表示空載時被測點的振幅，Rl表示空載時頻譜儀上所測頻率的幅值，A2表示負載時被測點的振幅，R2表示負載時頻譜儀上所測頻率的幅值。由于Al、Rl、R2均已知，就可以求得負載時的振幅A2。
[0034]以上僅就本發(fā)明較佳的實施例作了說明，但不能理解為是對權(quán)利要求的限制。凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所做的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，如激光測振儀替換為千分表振幅測量儀均包括在本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，功率超聲設(shè)備包括換能器、變幅桿和工具頭，其特征在于:還包括振動傳感器，振動傳感器固定于換能器或者變幅桿上，有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法如下， 標記工具頭振幅輸出端面上任意一個點a作為被測量點； 將功率超聲設(shè)備空載開機，測量工具頭上點a的振幅，記錄為Al ； 同時讀取振動傳感器的振動頻率幅值，記錄為Rl ; 然后讓功率超聲設(shè)備在要求的負載下工作，同時讀取振動傳感器的振動頻率幅值，記錄為R2 ； 將測得的數(shù)值帶入公式:A1/R1 =A2/R2，求得A2，即被測點在負載下的振幅，公式中的Al表示空載時被測點的振幅，Rl表示空載時所測頻率的幅值，A2表示負載時被測點的振幅，R2表不負載時所測頻率的幅值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，其特征在于:使用激光測振儀測量工具頭上點a的振幅，使用頻譜儀讀取振動傳感器的振動頻率幅值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，其特征在于:所述振動傳感器為壓電式傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有負載情況下測定功率超聲設(shè)備輸出振幅的方法，其特征在于:所述振動傳感器粘接于換能器或者變幅桿的側(cè)面或底面。
【文檔編號】G01H11/08GK104075797SQ201410288598
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】陳元平, 華大成, 周晴杰 申請人:杭州成功超聲設(shè)備有限公司