Wyniki 1-10 spośród 16 dla zapytania: authorDesc:"Paweł Kogut"

Automatycznie sterowany ultradźwiękowy generator mocy


  Generator przeznaczony jest do zastosowania w zgrzewarkach ultradźwiękowych oraz systemach zgrzewania/wycinania ultradźwiękowego służących do spajania i/lub wycinania materiałów z tworzyw sztucznych oraz zgrzewania metali. Technologia ta jest znacznie bardziej ekologiczna i energooszczędna oraz daje w wyniku spoiny o znacznie większej jakości niż przy dotychczas stosowanych tradycyjnych metodach spajania. Dlatego też metody ultradźwiękowego spajania/wycinania stają się coraz powszechniej stosowane. Instytut Telei Radiotechniczny od lat zajmuje się opracowywaniem i wdrażaniem systemów zgrzewania ultradźwiękowego. Na rysunku 1 przedstawiono przykład zgrzewarki ultradźwiękowej, służącej do spajania materiałów z włókniny, natomiast na rysunku 2 przedstawiono system zgrzewania ultradźwiękowego do łączenia siatki z włókien szklanych z profilami kątowymi PCV [6] produkowanych w ITR. Jednym z głównych elementów systemu zgrzewania ultradźwiękowego jest układ drgający składający się z przetwornika elektromechanicznego dużej mocy, falowodu - służącego do zwiększenia amplitudy drgań mechanicznych oraz narzędzia zwanego sonotrodą. Na rysunku 3 przedstawiono przykład układu drgającego z sonotrodą prostopadłościenną, na rysunku 4 układ z sonotrodą w kształcie walca. wowane odstępstwa wynikają z niedokładności pomiaru impedancji Zmin i Zmax. Uzyskano również dość dobre pokrycie charakterystyki teoretycznej z punktami pomiarowymi, nawet bez optymalizacji parametrów RLC, szczególnie w pobliżu rezonansu szeregowego. Widoczne są jednak odstępstwa wynikające z przyjętych założeń. Zostały one zniwelowane poprzez optymalizację parametrów algorytmem optymalizacji nieliniowej. Z tabeli 2 wynika, iż odstępstwa te mogą być znaczne - nawet do 20% wartości. Uzasadnionym jest użycie algorytmu optymalizacji nieliniowej do finalnego oszacowania wartości parametrów elektrycznego modelu zastępczego RLC. Podsumowanie Przeprowadzono analizę metody estymacj[...]

Wykorzystanie układów programowalnych w generatorach ultradźwiękowych dla technologii zgrzewania


  Ultradźwiękowe systemy zgrzewające zyskują obecnie popularność jako wygodne narzędzie technologiczne do łączenia ze sobą elementów z tworzyw sztucznych. Systemy zgrzewające pracują typowo z częstotliwościami 20…40 kHz i mocami od kilkuset watów do kilku kilowatów. Jednym z elementów takiego systemu jest generator ultradźwiękowy wytwarzający przebieg elektryczny, zasilający ultradźwiękowy układ drgający. Generator taki steruje całym procesem zgrzewania i decyduje o jego parametrach. Cechą charakterystyczną ultradźwiękowego układu drgającego jest znaczna wartość dobroci tworzonego przezeń rezonatora mechanicznego. Dobroć ta wynosi zwykle od kilku do kilkunastu tysięcy. Narzuca to specyficzne wymagania na generator sygnałowy. Musi on dysponować rozdzielczością generowanej częstotliwości rzędu 0,1 Hz przy częstotliwości pracy do 40 kHz. W starszych rozwiązaniach analogowych wykorzystywano fakt, że konkretny układ drgający pracuje wąskopasmowo w zakresie ± kilkaset Hz. Możliwe jest więc zastosowanie układu oscylato[...]

Analiza wydajności obliczeniowej mikrokontrolerów ARM Cortex M na przykładzie STM32 DOI:10.15199/13.2015.11.18


  Celem artykułu jest porównanie wydajności obliczeniowej mikrokontrolerów wykorzystujących rdzenie z rodziny Cortex M na przykładzie mikrokontrolerów STM32. Mikrokontrolery ARM Cortex M stają się w ostatnich latach coraz popularniejsze wypierając z rynku mikrokontrolery 8- i 16-bitowe. Rodzina Cortex M, będąca podzbiorem rodziny Cortex która to z kolei jest podzbiorem architektury ARM, przeznaczona jest do wykorzystania w mikrokontrolerach ogólnego przeznaczenia i dzieli się na kilka podkategorii (M0, M1 itp.). Rodzina ta rozszerzyła się w ostatnim roku o nową wersję rdzenia - Cortex M7 - najbardziej wydajny z dostępnych rdzeni serii M. W tabeli 1 zawarto krótkie porównanie parametrów rdzeni z rodziny Cortex M [1]. Firma ARM zajmuje się projektowaniem różnorodnych rdzeni architektury ARM (tzw. IPcore). Poszczególni producenci elementów półprzewodnikowych implementują następnie wybrane wersje rdzeni uzupełniając je o peryferia i pamięci FLASH oraz RAM tworząc gotowy procesor lub mikrokontroler. W związku z taką polityką dostępne są na rynku mikrokontrolery różnych firm implementujące ten sam rdzeń procesora jednak różniące się prędkością pracy, rozmiarami pamięci i dostępnymi peryferiami. W prezentowanym artykule przedstawiono porównanie parametrów mikrokontrolerów z rdzeniami rodziny Cortex M produkowanych przez firmę STMicroelectronics w popularnej serii STM32. W serii tej występują mikrokontrolery wyposażone w rdzenie M0+, M3, M4 oraz najnowszy M7. W tabeli 2 zestawiono wybrane parametry poszczególnych serii mikrokontrolerów z rodziny STM32. W rodzinie tej dostępny jest duży wybór mikrokontrolerów różniących się osiągami i peryferiami nawet w obrębie serii opartych na tym samym modelu rdzenia Cortex. Mikrokontrolery te posiadają bogaty zestaw peryferiów które obejmują przetworniki analogowo-cyfrowe, cyfrowo-analogowe, liczniki (timery), interfejsy komunikacyjne SPI, UART itp. Niektóre modele posiadają również peryferia mn[...]

Identyfikacja parametryczna ultradźwiękowych przetworników piezoelektrycznych


  W Instytucie Tele- i Radiotechnicznym, od wielu lat prowadzone są prace z zakresu projektowania i wykonywania urządzeń ultradźwiękowych o dość szerokiej gamie zastosowań praktycznych. W ostatnim czasie główna uwaga została skupiona na urządzeniach do ultradźwiękowego spajania tworzyw sztucznych. Z uwagi na charakter procesów zachodzących w trakcie spajania - źródło energii ultradźwiękowej pracuje przy ekstremalnie różnych obciążeniach. Projektowane dotychczas urządzenia nie w pełni potrafiły dopasować się do tak zmiennych warunków pracy. To zmusiło nas do pełnego prześledzenia właściwości przetworników piezoelektrycznych oraz przyjmowanych założeń w trakcie analizowania warunków ich pracy. Przetwornik piezoelektryczny może zostać pobudzony do wielu różnych typów drgań mechanicznych (drgań osiowych, promieniowych, giętych, …), a co za tym idzie także drgań elektrycznych. Charakterystyczną cechą przetwornika piezoelektrycznego jest to, iż posiada on dla każdego drgania własnego dwie częstotliwości rezonansowe: szeregową i równoległą (czasami nazywanymi także rezonansem i antyrezonansem). Podstawowymi parametrami opisującymi przetwornik piezoelektryczny są wartości częstotliwości drgań własnych rezonansu szeregowego i równoległego oraz dobroć układu dla tych rezonansów. Do pełnego opisu przetwornika potrzebne jest jeszcze określenie takich właściwości jak: zdolność do przetwarzania energii elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie - określana przez współczynnik sprzężenia elektromechanicznego, ilość pobieranej i oddawanej mocy oraz sprawność. W celu oszacowania tych parametrów należy dokonać analitycznej lub numerycznej analizy zjawisk fizycznych zachodzących w przetworniku. Zdefiniować odpowiednio problem, zadać odpowiednie warunki brzegowe, wyprowadzić równanie falowe na podstawie zadanych warunków brzegowych i rozwiązać metodami analitycznymi lub numerycznymi. Niemniej, uwzględnienie wszystkich okoliczności przy rozwią[...]

Eksperymentalna walidacja elektromechanicznych modeli ultradźwiękowych przetworników piezoceramicznych


  Piezoceramika od wielu lat jest materiałem wykorzystywanym do budowy przetworników ultradźwiękowych dużej mocy ze względu na ich bardzo dobre parametry, jak chociażby dużą sprawność i zdolność energetyczną oraz wytrzymałość mechaniczną. Naj- Rys. 1. Piezoceramiczne przetworniki ultradźwiękowe Fig. 1. Piezoceramic ultrasonic transducers częściej stosowana jest ceramika o geometrii walcowej wstępnie spolaryzowana w kierunku osiowym. Przykłady opisanych przetworników piezocermicznych zaprezentowano na rys. 1. Przetworniki ultradźwiękowe projektowane są na zadane parametry, takie jak częstotliwość pracy czy moc wyjściowa. Do projektowania technicznego przetwornika ultradźwiękowego potrzebny jest model matematyczny, który pozwoli na wstępną estymację wymaganych parametrów, w tym parametrów elementów składowych takich jak przetwornik piezoceramiczny. Model przetwornika piezoceramicznego jest również niezbędny do walidacji parametrów piezoceramiki dostarczonej od producenta, co jest szczególnie ważne ze względu na rozrzut technologiczny, który jak podają niektórzy producenci standardowo wynosi ~20%. W niniejszym artykule skupiono się na opisie elektromechanicznego modelu dla przypadku drgań osiowych oraz na metodach estymacji parametrów statycznych przetworników piezoceramicznych w oparciu o pomiary charakterystyk impedancyjnych. 16 Elektronika 8/2012 Model drgań osiowych Przypadek drgań osiowych obejmuje problem, w którym przetwornik w kształcie cienkiego dysku lub krążka zostaje poddany harmonicznemu pobudzeniu elektrycznemu oraz obustronnemu obciążeniu akustycznemu w kierunku osiowym. Problem ten wraz z warunkami wymuszenia oraz zadanymi warunkami brzegowymi ilustruje rys. 2. (3) gdzie k t jest efektywnym współczynnikiem sprzężenia elektromechanicznego drgań osiowych: (4) Estymacja parametrów statycznych przetwornika Technologia wytwarzania przetworników piezoceramicznych charakteryzuje się dużym rozrzutem technologicznym,[...]

Sonotroda do maceracji materiałów roślinnych


  Ultradźwięki to fale mechaniczne o częstotliwości drgań z zakresu 15 kHz…100 MHz. Istnieje szereg zastosowań ultradźwięków, a jednym z nich jest ekstrakcja materiałów roślinnych z tkanek. Jest to zastosowanie o tyle ważne, że przynosi wymierne korzyści i jest stosowane na skalę przemysłową. Zjawisko ekstrakcji polega na rozdzieleniu zawiesiny i przejściu poszczególnych frakcji gęstości substancji z wnętrza ciał stałych do objętości cieczy poprzez wypłukiwania roztworu. W polu oddziaływania ultradźwięków ekstrakcja ma szybsze tempo, o ile zachodzi jednocześnie kawitacja (zjawisko wywołane zmiennym polem ciśnień cieczy, polegające na tworzeniu się, powiększeniu i zanikaniu pęcherzyków pary). Jednak kawitacja, jako zjawisko intensyfikujące ekstrakcje powoduje również degradację narzędzi. Końcowym produktem ekstrakcji jest uzyskanie roztworu zawierającego oczekiwany produkt albo pewną substancję pośrednią, poddawaną następnie dalszej obróbce. Mając taki roztwór możemy wydobyć z niego pożądane substancje poprzez suszenie, odsączenie, odparowywanie lub krystalizację. Typowe częstotliwości przydatne przy procesie ekstrakcji to zakres 20…500 kHz. Ekstrakcja ultradźwiękowa znajduje zastosowanie w biotechnologii, farmacji, przemyśle spożywczym, kosmetycznym i perfumeryjnym. W artykule skupimy się na narzędziach służących do przekazywania drgań (sonotrodach) o częstotliwości pracy 20 kHz. Ponadto zostaną omówione zagadnienia związane z projektowaniem sonotrod tego typu i procesy wpływające na żywotność narzędzi. Sonotroda Sonotroda (narzędzie) jest elementem zestawu ultradźwiękowego i ma bezpośredni kontakt z materiałem poddawanym wpływowi drgań ultradźwiękowych. Jak każdy element zestawu ultradźwiękowego jest ona elementem falowodowym i musi posiadać wymiary silnie skorelowane z częstotliwością pracy sonotrody. Przy projektowaniu sonotrod należy przeprowadzić obliczenia amplitudy drgań uwzględniając zjawiska prędkości roz[...]

Układ do pomiaru impedancji przetworników piezoelektrycznych


  W publikacji [1] zaproponowano układ pomiarowy do pomiaru impedancji elektrycznej przetworników piezoelektrycznych, przedstawiony na rysunku 1, w którym na podstawie zmierzonych wartości napięć Up i Ux oraz znanej wartości rezystancji wzorcowej Rp estymuje się wartość impedancji elektrycznej Zx przetwornika piezoelektrycznego. W trakcie wzorcowania realizacji praktycznej systemu pomiarowego bazującego na tym układzie pomiarowym, wykorzystującej wielofunkcyjny moduł akwizycji danych U2531A firmy Agilent, natrafiono na problemy wynikające z obecności nieznanej, a niepomijalnej wielkości wpływającej na wynik pomiaru, jaką jest rzeczywista impedancja wejściowa torów pomiarowych modułu U2531A. Dostępna dokumentacja firmy Agilent dotycząca tego modułu, choć dość obszerna, nie zawiera istotnych informacji na temat tej impedancji. W związku z tym przeprowadzono pomiary i badania mające na celu identyfikację tej impedancji. W wyniku identyfikacji otrzymano model impedancji wejściowej torów pomiarowych modułu U2531A, przedstawiony na rysunku 2. Uwzględnienie tego modelu w układzie pomiarowym przedstawionym na rysunku 1 prowadzi do obwodu zastępczego przedstawionego na rysunku 3. Występująca w nim wypadkowa pojemność Cx o wartości około 220 pF w sposób istotny wpływa na wynik pomiaru impedancji Zx, wartość modułu której - w wypadku ceramicznych przetworników piezoelektrycznych [2], [3] - zawiera się w przedziale od 1 Ω do 1 MΩ. W trakcie weryfikacji eksperymentalnej modelu Ug Zx Rp Up Ux Rg ~ Cx≈ 10pF Uout Agilent ADC input channel model Cx≈ 100pF Cx≈ 100pF Uin Rys. 1. Układ do pomiaru impedancji Zx zaproponowany w [1] Fig. 1. The measurement circuit proposed in [1] Rys. 2. Model impedancji wejściowej torów pomiarowych modułu U2531A, firmy Agilent Fig. 2. Measurement channel input impedance model Rys. 3. Obwód zastępczy toru do pomiaru impedancji Fig. 3. The equivalent circuit of the impedance me[...]

Liniowy stopień mocy do pomiarów nieliniowych właściwości systemów ultradźwiękowych


  W nowoczesnym systemie zgrzewania/wycinania ultradźwiękowego, sterowany cyfrowo generator ultradźwiękowy dużej mocy - rzędu kilku kilowatów - zasila układ drgający, którego elementem wykonawczym jest sonotroda [2]. Na rysunku 1 przedstawiono przykład kompletnego układu drgającego. Główne elementy takiego układu to: złożony przetwornik piezoceramiczny dużej mocy, koncentrator drgań oraz sonotroda. Szybkozmienne (o częstotliwości w zakresie od kilkunastu kHz do 70 kH) i o stosunkowo dużej amplitudzie (dochodzącej do kilkudziesięciu μm) odkształcenia układu drgającego oraz duża siła docisku do materiału zgrzewanego i kowadła (do 10 barów) powodują duże naprężenia mechaniczne prowadzące do systematycznej degradacji tego układu. Dodatkowym czynnikiem w wypadku przetwornika ultradźwiękowego jest jego duże obciążenie energetyczne, ponieważ wartość skuteczna napięcia zasilającego dochodzi do 3 kV, a wartość skuteczna prądu do 3 A (moce rzędu kilku kilowatów). W rezultacie, czas życia układu drgającego zawiera się w przedziale od kilku miesięcy (6-8 miesięcy) do kilku lat, w zależności od zastosowanego materiału oraz obciążenia układu drgającego. Zwykle także, uszkodzenie jednego z elementów układu drgającego prowadzi do uszkodzenia innych jego elementów a czasem i kowadła. Koszt wykonania wielkogabarytowej sonotrody z tytanu przy dokładności obróbki powierzchni 1-2 μm może przekraczać kilka tysięcy złotych, a koszt wykonania kowadła może sięgać kilkudziesięciu tysięcy złotych (w technologii zgrzewania i wycinania masek przeciwpyłowych koszt wykonania kowadła obrotowego z tytanu o specjalnie wyprofilowanej powierzchni roboczej). Koszt wykonania przetwornika dochodzi do kilku tysięcy złotych. Przedsiębiorcy wykorzystujący technologię zgrzewania i wycinania ultradźwiękowego nie bez powodu podkreślają konieczność zwiększania niezawodności i czasu życia układów drgających. Ponadto, oprócz kosztów, należy zwrócić uwagę na jeszcz[...]

Wirtualny przyrząd do optycznego pomiaru drgań mechanicznych układów ultradźwiękowych


  Pomiar drgań mechanicznych jest niezwykle istotnym zagadnieniem w dziedzinie badań oraz praktycznych zastosowań fal ultradźwiękowych. Przykładem są tu systemy zgrzewania i wycinania ultradźwiękowego [1-3], w których fale ultradźwiękowe o mocy dochodzącej do kilku kilowatów są z powodzeniem wykorzystywane do spajania i wycinania materiałów z tworzyw sztucznych, a także i metali. W większości takich systemów wartość amplitudy drgań mechanicznych powierzchni roboczej narzędzi (sonotrody) zawiera się w przedziale od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów, dla częstotliwości pracy od kilkunastu do kilkudziesięciu kiloherców. W systemach takich, jakość procesu zgrzewania i wycinania jest ściśle związana z wartością amplitudy drgań mechanicznych powierzchni roboczej sonotrody. W wypadku zgrzewania, jakość ocenia się np. na podstawie jednorodności i wytrzymałości spoiny, a w wypadku wycinania istotne jest, aby zostało ono zrealizowane na całej długości zadanej krzywej. Zbyt mała wartość amplitudy drgań spowoduje, że powstała w procesie zgrzewania spoina będzie miała zbyt małą wytrzymałość albo w skrajnym wypadku w ogóle nie powstanie. W wypadku wycinania, efekt wycinania nie nastąpi na całej długości zadanej krzywej (powstaną obszary niedocięcia) albo w skrajnym wypadku efekt wycinania nie wystąpi w ogóle. Zbyt duża wartość amplitudy drgań może spowodować przegrzanie, a nawet przetopienie łączonych detali, a w wypadku wycinania - może doprowadzić do uderzenia sonotrody w kowadło, co zwykle skutkuje uszkodzeniem co najmniej jednego z tych kosztownych elementów i w konsekwencji przerwaniem procesu produkcyjnego. Odrębnym zagadnieniem jest problem zapewnienia jednorodności rozkładu amplitudy drgań mechanicznych na powierzchni roboczej sonotrody. W sonotrodach o powierzchni roboczej przekraczającej kilkadziesiąt cm2 (tzw. sonotrody wielkogabarytowe), pobudzanych do drgań jednym przetwornikiem ultradźwiękowym, dość trudno jest zapewnić rów[...]

Właściwości segmentowych przetworników ultradźwiękowych w funkcji temperatury DOI:10.15199/13.2016.6.8


  W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu temperatury na parametry piezoceramicznych przetworników ultradźwiękowych dużej mocy, stosowanych w systemach zgrzewania i wycinania ultradźwiękowego. Stosunkowo silna zależność od temperatury parametrów przetwornika piezoceramicznego takich, jak częstotliwość rezonansowa, impedancja elektryczna, czy współczynnik sprzężenia elektromechanicznego, ma istotny wpływ na przebieg oraz jakość procesu technologicznego zgrzewania i wycinania ultradźwiękowego. Badania przeprowadzono dla 3 typowych w tej technologii przetworników w zakresie temperatury od 10 do 100oC. Do modelowania zależności parametrów przetwornika od temperatury wykorzystano aproksymację wielomianową. Słowa kluczowe: segmentowy, piezoceramiczny, przetwornik ultradźwiękowy, parametry, wpływ temperatury.Jednym z głównych elementów systemów zgrzewania i wycinania ultradźwiękowego [1-2] jest przetwornik elektromechaniczny dużej mocy, realizowany w praktyce w formie segmentowego przetwornika ultradźwiękowego (ang. ultrasonics Sandwich transducer), złożonego ze stosu cylindrycznych przetworników piezoceramicznych [2-5]. Z punktu widzenia zacisków wejściowych przetwornik taki jest dwójnikiem elektrycznym o module impedancji przedstawionym na rysunku 1. W procesie produkcji, pomiar i weryfikacja charakterystyki modułu impedancji elektrycznej w funkcji częstotliwości stanowią podstawę do ostatecznej oceny jakości przetwornika i zakwalifikowanie go jako spełniający wymagania. Wynika to z faktu, że źródło zasilania przetwornika, zwane generatorem ultradźwiękowym [6-7], jest współcześnie realizowane jako rezonansowy falownik napięcia, który wymaga odpowiednio dopasowanej charakterystyki impedancji obciążenia tak, aby mógł stabilizować zadany punkt pracy (np. wartość mocy czynnej). Głównie czyni to poprzez regulację nadążną częstotliwości, a w mniejszym stopniu amplitudy napięcia zasilającego przetwornik ultradźwiękowy. W zależności [...]

 Strona 1  Następna strona »