اندازه گيري و تحليل تجربي پارامترهاي الكتريكي ژنراتور آلتراسونيك تحت تاثير بارهاي مختلف اعمالي روي ترانسديوير

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

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.

213399

طراحي كاربردي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان

حامد رضوي