超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，涉及超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)。本發(fā)明首先采用超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、試樣、空蝕介質(zhì)和金屬容器組成超聲波空蝕系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)試樣的超聲頻率振動，從而誘導(dǎo)空蝕介質(zhì)的空化和潰滅，實(shí)現(xiàn)試樣表面的空蝕破壞。同時(shí)，采用直流電源、可變電阻和變壓器構(gòu)成供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)試樣和金屬容器間的電壓調(diào)節(jié)。在此過程中，通過渦流傳感器、比較器、運(yùn)算放大器和換向開關(guān)組成換向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)試樣和金屬容器間電流的同步換向。通過超聲波空蝕系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和換向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)。
【專利說明】
超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體是超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法;適用于材料表面在超聲波作用下空泡形成和潰滅過程的調(diào)控。【背景技術(shù)】
[0002]空蝕嚴(yán)重影響著栗閥等過流部件、缸套活塞環(huán)摩擦副、高速軸承等的性能與服役壽命。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究空蝕現(xiàn)象的技術(shù)很多，但目前常用的主要包括旋轉(zhuǎn)圓盤型、文丘里管型和振動型三種實(shí)驗(yàn)裝置。旋轉(zhuǎn)圓盤型裝置和文丘里管型裝置在介質(zhì)流動過程中通過特定的組件來產(chǎn)生空化和空蝕，空蝕效率較低；而振動型空蝕實(shí)驗(yàn)裝置通過磁致伸縮或壓電陶瓷等裝置在介質(zhì)中形成的高頻振動來形成空化和空蝕，空蝕效率較高。上述各種方法在空蝕過程中都可以通過改變速度、振幅等參數(shù)來研究各參數(shù)對空蝕效果的影響規(guī)律。但是，由于影響空蝕效果的因素很多，上述各種測試方法都不能對電場的影響原理進(jìn)行研究。通過對空蝕介質(zhì)施加電壓，可以改變介質(zhì)的表面能和其它性質(zhì)，從而改變空蝕過程中的空化和潰滅，對研究電場作用下材料表面空蝕過程具有重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)及方法，在超聲波空蝕過程中改變空蝕介質(zhì)空化和潰滅狀態(tài)實(shí)現(xiàn)電場調(diào)控。
[0004]本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括超聲波空蝕系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和換向系統(tǒng)；
[0005]所述的超聲波空蝕系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和金屬容器；金屬容器內(nèi)設(shè)有空蝕介質(zhì);超聲波發(fā)生器連接一換能器，換能器上安裝一變幅桿;變幅桿上安裝有試樣；
[0006]所述的供電系統(tǒng)包括直流電源，直流電源的輸出端連接變壓器的原邊;變壓器的副邊分別連接在變幅桿和金屬容器上;變壓器的原邊串聯(lián)有可變電阻；
[0007]所述的換向系統(tǒng)由渦流傳感器、比較器、運(yùn)算放大器和換向開關(guān)依次連接而成；
[0008]換向開關(guān)連接在直流電源和變壓器原邊之間。
[0009]—種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)方法，采用上述超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體步驟如下:
[0010](1)采用超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、試樣、空蝕介質(zhì)和金屬容器組成的超聲波空蝕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本的超聲波空蝕過程；
[0011](2)采用直流電源、可變電阻和變壓器構(gòu)成的供電系統(tǒng)，向試樣和金屬容器間供應(yīng)高電壓，電壓的大小通過可變電阻來調(diào)節(jié)；
[0012](3)通過渦流傳感器、比較器、運(yùn)算放大器和換向開關(guān)組成的換向系統(tǒng)，換能器振動過程中與渦流傳感器間距離連續(xù)變化，變化的距離通過渦流傳感器轉(zhuǎn)變成電信號通過比較器和運(yùn)算放大器驅(qū)動換向開關(guān)的換向；
[0013](4)換向開關(guān)使得試樣和金屬容器之間的正負(fù)極隨變幅桿的振動而變化；
[0014](5)渦流傳感器的輸出信號隨著換能器的振動而變化，控制換向開關(guān)以超聲的頻率改變方向，從而實(shí)現(xiàn)變壓器中磁通的瞬時(shí)變化，形成試樣和金屬容器間的瞬時(shí)高壓；
[0015](6)通過可變電阻和換向開關(guān)分別調(diào)節(jié)試樣和金屬容器間的電壓大小和方向，并且與變幅桿振動的頻率和方向同步，實(shí)現(xiàn)對超聲波空蝕過程中空化和潰滅的獨(dú)立控制。
[0016]優(yōu)選的，步驟(1)中換能器將超聲波發(fā)生器輸出的30KHz的交流電轉(zhuǎn)變成頻率為 30KHz的機(jī)械振動，變幅桿將換能器的機(jī)械振動振幅放大到50wii并傳遞給試樣，試樣在裝有空蝕介質(zhì)的金屬容器內(nèi)以30KHz、50mi振幅的狀態(tài)持續(xù)振動。[〇〇17] 優(yōu)選的，步驟(2)中直流電源的電壓為12V，經(jīng)過變壓器變壓后試樣和金屬容器間的電壓在20?1000V之間可調(diào)。[〇〇18]優(yōu)選的，步驟(3)中的渦流傳感器和變幅桿之間的最大距離為10M1，渦流傳感器輸出電流經(jīng)過比較器后輸出脈沖信號。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:
[0020](1)相比現(xiàn)有的超聲波空蝕實(shí)驗(yàn)裝置，本方法提供了電場控制模式，可以豐富超聲波空蝕的研究范圍；
[0021](2)空蝕介質(zhì)在不同強(qiáng)度的電場作用下會表現(xiàn)出性能上的巨大差異，因此通過調(diào)節(jié)電壓大小可以改變空蝕介質(zhì)的表面能，從而控制超聲波空蝕的過程；
[0022](3)通過傳感器實(shí)時(shí)的將超聲振動的過程轉(zhuǎn)變成流經(jīng)空蝕介質(zhì)的電流方向，從而實(shí)現(xiàn)空化和潰滅過程的獨(dú)立控制，可以更好的研究電場對空化和潰滅過程的影響規(guī)律?！靖綀D說明】[〇〇23]圖1是本發(fā)明原理框圖。[〇〇24]圖中:1、直流電源，2、換向開關(guān)，3、變壓器，4、金屬容器，5、空蝕介質(zhì)，6、變幅桿，7、 超聲波發(fā)生器，8、換能器，9、渦流傳感器，10、比較器，11、運(yùn)算放大器，12、可變電阻，13、試樣?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括超聲波空蝕系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和換向系統(tǒng)。超聲波空蝕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試樣13的超聲頻率振動，供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試樣13和金屬容器4間的供電和電壓調(diào)節(jié)，換向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試樣13和金屬容器4間電流的同步和換向。超聲波空蝕系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器7、換能器8、變幅桿6、試樣13、空蝕介質(zhì)5和金屬容器4依次連接而成;供電系統(tǒng)由直流電源1、可變電阻12和變壓器3依次連接而成;換向系統(tǒng)由渦流傳感器9、 比較器10、運(yùn)算放大器11和換向開關(guān)2依次連接而成。
[0026]超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)方法，采用圖1中的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體步驟如下:
[0027](1)采用超聲波發(fā)生器7、換能器8、變幅桿6、試樣13、空蝕介質(zhì)5和金屬容器4組成超聲波空蝕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本的超聲波空蝕過程；[〇〇28](2)采用直流電源1、可變電阻12和變壓器3構(gòu)成供電系統(tǒng)，向試樣13和金屬容器4間供應(yīng)高電壓，電壓的大小通過可變電阻12來調(diào)節(jié)；
[0029](3)通過渦流傳感器9、比較器10、運(yùn)算放大器11和換向開2關(guān)組成換向系統(tǒng)，換能器8振動過程中與渦流傳感器9間距離連續(xù)變化，變化的距離通過渦流傳感器9轉(zhuǎn)變成電信號通過比較器10和運(yùn)算放大器11驅(qū)動換向開關(guān)2的換向；
[0030](4)換向開關(guān)2的連接方式可以使得試樣13和金屬容器4之間的正負(fù)極隨變幅桿6 的振動而變化，換向開關(guān)2具有兩種連接方式，分別是實(shí)線連接(ab和cd)和虛線連接(ad和 be)；
[0031](5)渦流傳感器9的輸出信號隨著換能器8的振動而變化，控制換向開關(guān)2以超聲的頻率改變方向，從而實(shí)現(xiàn)變壓器3中磁通的瞬時(shí)變化，形成試樣13和金屬容器4間的瞬時(shí)高壓。[〇〇32](6)通過可變電阻12和換向開關(guān)2可以分別調(diào)節(jié)試樣13和金屬容器4間的電壓大小和方向，并且與變幅桿6振動的頻率和方向同步，實(shí)現(xiàn)對超聲波空蝕過程中空化和潰滅的獨(dú)立控制，達(dá)到調(diào)控超聲波空蝕過程的目的。[〇〇33]換能器8將超聲波發(fā)生器7輸出的30KHz的交流電轉(zhuǎn)變成頻率為30KHz的機(jī)械振動， 變幅桿6將換能器8的機(jī)械振動振幅放大到50wii并傳遞給試樣13,試樣13在裝有空蝕介質(zhì)5 的金屬容器4內(nèi)以30KHz、50wii振幅的狀態(tài)持續(xù)振動，在空蝕介質(zhì)5內(nèi)形成空化和潰滅，從而導(dǎo)致試樣13的空蝕。同時(shí)，12V直流電源通過可變電阻12和變壓器3將兩極分別連接在變幅桿6和金屬容器4上，此時(shí)變幅桿6、試樣13、空蝕介質(zhì)5和金屬容器4上是沒有感應(yīng)電流流過的。隨著換能器8和變幅桿6的周期性振動，渦流傳感器9和換能器8之間的距離也做周期性變化，從渦流傳感器9輸出信號和比較器10比較后輸出周期性脈沖信號，該信號經(jīng)過運(yùn)算放大器11驅(qū)動換向開關(guān)2換向的瞬間，感應(yīng)電流流過變幅桿6、試樣13、空蝕介質(zhì)5和金屬容器4 構(gòu)成的回路，變幅桿6上升和下降時(shí)分別對應(yīng)空蝕介質(zhì)5的空化和潰滅過程，同時(shí)也在空蝕介質(zhì)5中產(chǎn)生方向不同的電流，電流的大小可以通過可變電阻12進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，可以通過超聲波空蝕系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和換向系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:包括超聲波空蝕系統(tǒng)、供電系統(tǒng) 和換向系統(tǒng)；所述的超聲波空蝕系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器(7)和金屬容器(4);金屬容器(4)內(nèi)設(shè)有空 蝕介質(zhì)(5);超聲波發(fā)生器(7)連接一換能器(8)，換能器(8)上安裝一變幅桿(6);變幅桿(6) 上安裝有試樣(13);所述的供電系統(tǒng)包括直流電源(1)，直流電源(1)的輸出端連接變壓器(3)的原邊;變壓 器(3)的副邊分別連接在變幅桿(6)和金屬容器(4)上;變壓器的原邊串聯(lián)有可變電阻(12);所述的換向系統(tǒng)由渦流傳感器(9)、比較器(10)、運(yùn)算放大器(11)和換向開關(guān)(2)依次 連接而成;換向開關(guān)(2)連接在直流電源(1)和變壓器(3)原邊之間。2.—種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1所述超聲波空蝕 過程的電控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體步驟如下:(1)采用超聲波發(fā)生器(7)、換能器(8)、變幅桿(6)、試樣(13)、空蝕介質(zhì)(5)和金屬容器 (4)組成的超聲波空蝕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本的超聲波空蝕過程；(2)采用直流電源(1)、可變電阻(12)和變壓器(3)構(gòu)成的供電系統(tǒng)，向試樣(13)和金屬 容器(4)間供應(yīng)高電壓，電壓的大小通過可變電阻(12)來調(diào)節(jié)；(3)通過渦流傳感器(9)、比較器(10)、運(yùn)算放大器(11)和換向開關(guān)(2)組成的換向系 統(tǒng)，換能器(8)振動過程中與渦流傳感器間距離連續(xù)變化，變化的距離通過渦流傳感器(9) 轉(zhuǎn)變成電信號通過比較器(10)和運(yùn)算放大器(11)驅(qū)動換向開關(guān)(2)的換向；(4)換向開關(guān)(2)使得試樣(13)和金屬容器(4)之間的正負(fù)極隨變幅桿(6)的振動而變 化；(5)渦流傳感器(9)的輸出信號隨著換能器(8)的振動而變化，控制換向開關(guān)(2)以超聲 的頻率改變方向，從而實(shí)現(xiàn)變壓器(3)中磁通的瞬時(shí)變化，形成試樣(13)和金屬容器(4)間 的瞬時(shí)高壓；(6)通過可變電阻(12)和換向開關(guān)(2)分別調(diào)節(jié)試樣(13)和金屬容器(4)間的電壓大小 和方向，并且與變幅桿(6)振動的頻率和方向同步，實(shí)現(xiàn)對超聲波空蝕過程中空化和潰滅的 獨(dú)立控制。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)方法，其特征在于:步驟(1) 中換能器(8)將超聲波發(fā)生器(7)輸出的30KHz的交流電轉(zhuǎn)變成頻率為30KHz的機(jī)械振動，變 幅桿(6)將換能器(8)的機(jī)械振動振幅放大到50wii并傳遞給試樣(13)，試樣(13)在裝有空蝕 介質(zhì)(5)的金屬容器(4)內(nèi)以30KHz、50mi振幅的狀態(tài)持續(xù)振動。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)方法，其特征在于:步驟(2) 中直流電源(1)的電壓為12V，經(jīng)過變壓器(3)變壓后試樣(13)和金屬容器(4)間的電壓在20 ?1000V之間可調(diào)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波空蝕過程的電控調(diào)節(jié)方法，其特征在于:步驟(3) 中的渦流傳感器(9)和換能器(8)之間的最大距離為lOwii，渦流傳感器(9)輸出電流經(jīng)過比 較器(10)后輸出脈沖信號。
【文檔編號】G05B19/04GK106094580SQ201610394904
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610394904.6, CN 106094580 A, CN 106094580A, CN 201610394904, CN-A-106094580, CN106094580 A, CN106094580A, CN201610394904, CN201610394904.6
【發(fā)明人】趙恩蘭, 許凌雪, 郭華鋒
【申請人】徐州工程學(xué)院