超声波空蚀过程的电控调节系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波空蚀过程的电控调节系统及方法，涉及超声波空蚀过程的电控调节。本发明首先采用超声波发生器、换能器、变幅杆、试样、空蚀介质和金属容器组成超声波空蚀系统，实现试样的超声频率振动，从而诱导空蚀介质的空化和溃灭，实现试样表面的空蚀破坏。同时，采用直流电源、可变电阻和变压器构成供电系统，实现试样和金属容器间的电压调节。在此过程中，通过涡流传感器、比较器、运算放大器和换向开关组成换向系统，实现试样和金属容器间电流的同步换向。通过超声波空蚀系统、供电系统和换向系统的协调工作，实现超声波空蚀过程的电控调节。
【专利说明】
超声波空蚀过程的电控调节系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及超声波空蚀过程的电控调节技术领域，具体是超声波空蚀过程的电控调节系统及方法;适用于材料表面在超声波作用下空泡形成和溃灭过程的调控。【背景技术】
[0002]空蚀严重影响着栗阀等过流部件、缸套活塞环摩擦副、高速轴承等的性能与服役寿命。在实验室内研究空蚀现象的技术很多，但目前常用的主要包括旋转圆盘型、文丘里管型和振动型三种实验装置。旋转圆盘型装置和文丘里管型装置在介质流动过程中通过特定的组件来产生空化和空蚀，空蚀效率较低；而振动型空蚀实验装置通过磁致伸缩或压电陶瓷等装置在介质中形成的高频振动来形成空化和空蚀，空蚀效率较高。上述各种方法在空蚀过程中都可以通过改变速度、振幅等参数来研究各参数对空蚀效果的影响规律。但是，由于影响空蚀效果的因素很多，上述各种测试方法都不能对电场的影响原理进行研究。通过对空蚀介质施加电压，可以改变介质的表面能和其它性质，从而改变空蚀过程中的空化和溃灭，对研究电场作用下材料表面空蚀过程具有重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种超声波空蚀过程的电控调节系统及方法，在超声波空蚀过程中改变空蚀介质空化和溃灭状态实现电场调控。
[0004]本发明是以如下技术方案实现的:一种超声波空蚀过程的电控调节系统，包括超声波空蚀系统、供电系统和换向系统；
[0005]所述的超声波空蚀系统包括超声波发生器和金属容器；金属容器内设有空蚀介质;超声波发生器连接一换能器，换能器上安装一变幅杆;变幅杆上安装有试样；
[0006]所述的供电系统包括直流电源，直流电源的输出端连接变压器的原边;变压器的副边分别连接在变幅杆和金属容器上;变压器的原边串联有可变电阻；
[0007]所述的换向系统由涡流传感器、比较器、运算放大器和换向开关依次连接而成；
[0008]换向开关连接在直流电源和变压器原边之间。
[0009]—种超声波空蚀过程的电控调节方法，采用上述超声波空蚀过程的电控调节系统，具体步骤如下:
[0010](1)采用超声波发生器、换能器、变幅杆、试样、空蚀介质和金属容器组成的超声波空蚀系统实现基本的超声波空蚀过程；
[0011](2)采用直流电源、可变电阻和变压器构成的供电系统，向试样和金属容器间供应高电压，电压的大小通过可变电阻来调节；
[0012](3)通过涡流传感器、比较器、运算放大器和换向开关组成的换向系统，换能器振动过程中与涡流传感器间距离连续变化，变化的距离通过涡流传感器转变成电信号通过比较器和运算放大器驱动换向开关的换向；
[0013](4)换向开关使得试样和金属容器之间的正负极随变幅杆的振动而变化；
[0014](5)涡流传感器的输出信号随着换能器的振动而变化，控制换向开关以超声的频率改变方向，从而实现变压器中磁通的瞬时变化，形成试样和金属容器间的瞬时高压；
[0015](6)通过可变电阻和换向开关分别调节试样和金属容器间的电压大小和方向，并且与变幅杆振动的频率和方向同步，实现对超声波空蚀过程中空化和溃灭的独立控制。
[0016]优选的，步骤(1)中换能器将超声波发生器输出的30KHz的交流电转变成频率为 30KHz的机械振动，变幅杆将换能器的机械振动振幅放大到50wii并传递给试样，试样在装有空蚀介质的金属容器内以30KHz、50mi振幅的状态持续振动。[〇〇17] 优选的，步骤(2)中直流电源的电压为12V，经过变压器变压后试样和金属容器间的电压在20?1000V之间可调。[〇〇18]优选的，步骤(3)中的涡流传感器和变幅杆之间的最大距离为10M1，涡流传感器输出电流经过比较器后输出脉冲信号。
[0019]本发明的有益效果如下:
[0020](1)相比现有的超声波空蚀实验装置，本方法提供了电场控制模式，可以丰富超声波空蚀的研究范围；
[0021](2)空蚀介质在不同强度的电场作用下会表现出性能上的巨大差异，因此通过调节电压大小可以改变空蚀介质的表面能，从而控制超声波空蚀的过程；
[0022](3)通过传感器实时的将超声振动的过程转变成流经空蚀介质的电流方向，从而实现空化和溃灭过程的独立控制，可以更好的研究电场对空化和溃灭过程的影响规律。【附图说明】[〇〇23]图1是本发明原理框图。[〇〇24]图中:1、直流电源，2、换向开关，3、变压器，4、金属容器，5、空蚀介质，6、变幅杆，7、 超声波发生器，8、换能器，9、涡流传感器，10、比较器，11、运算放大器，12、可变电阻，13、试样。【具体实施方式】
[0025]如图1所示，一种超声波空蚀过程的电控调节系统包括超声波空蚀系统、供电系统和换向系统。超声波空蚀系统实现试样13的超声频率振动，供电系统实现试样13和金属容器4间的供电和电压调节，换向系统实现试样13和金属容器4间电流的同步和换向。超声波空蚀系统由超声波发生器7、换能器8、变幅杆6、试样13、空蚀介质5和金属容器4依次连接而成;供电系统由直流电源1、可变电阻12和变压器3依次连接而成;换向系统由涡流传感器9、 比较器10、运算放大器11和换向开关2依次连接而成。
[0026]超声波空蚀过程的电控调节方法，采用图1中的调节系统，具体步骤如下:
[0027](1)采用超声波发生器7、换能器8、变幅杆6、试样13、空蚀介质5和金属容器4组成超声波空蚀系统实现基本的超声波空蚀过程；[〇〇28](2)采用直流电源1、可变电阻12和变压器3构成供电系统，向试样13和金属容器4间供应高电压，电压的大小通过可变电阻12来调节；
[0029](3)通过涡流传感器9、比较器10、运算放大器11和换向开2关组成换向系统，换能器8振动过程中与涡流传感器9间距离连续变化，变化的距离通过涡流传感器9转变成电信号通过比较器10和运算放大器11驱动换向开关2的换向；
[0030](4)换向开关2的连接方式可以使得试样13和金属容器4之间的正负极随变幅杆6 的振动而变化，换向开关2具有两种连接方式，分别是实线连接(ab和cd)和虚线连接(ad和 be)；
[0031](5)涡流传感器9的输出信号随着换能器8的振动而变化，控制换向开关2以超声的频率改变方向，从而实现变压器3中磁通的瞬时变化，形成试样13和金属容器4间的瞬时高压。[〇〇32](6)通过可变电阻12和换向开关2可以分别调节试样13和金属容器4间的电压大小和方向，并且与变幅杆6振动的频率和方向同步，实现对超声波空蚀过程中空化和溃灭的独立控制，达到调控超声波空蚀过程的目的。[〇〇33]换能器8将超声波发生器7输出的30KHz的交流电转变成频率为30KHz的机械振动， 变幅杆6将换能器8的机械振动振幅放大到50wii并传递给试样13,试样13在装有空蚀介质5 的金属容器4内以30KHz、50wii振幅的状态持续振动，在空蚀介质5内形成空化和溃灭，从而导致试样13的空蚀。同时，12V直流电源通过可变电阻12和变压器3将两极分别连接在变幅杆6和金属容器4上，此时变幅杆6、试样13、空蚀介质5和金属容器4上是没有感应电流流过的。随着换能器8和变幅杆6的周期性振动，涡流传感器9和换能器8之间的距离也做周期性变化，从涡流传感器9输出信号和比较器10比较后输出周期性脉冲信号，该信号经过运算放大器11驱动换向开关2换向的瞬间，感应电流流过变幅杆6、试样13、空蚀介质5和金属容器4 构成的回路，变幅杆6上升和下降时分别对应空蚀介质5的空化和溃灭过程，同时也在空蚀介质5中产生方向不同的电流，电流的大小可以通过可变电阻12进行调节。因此，可以通过超声波空蚀系统、供电系统和换向系统的协调工作，实现超声波空蚀过程的电控调节。
【主权项】
1.一种超声波空蚀过程的电控调节系统，其特征在于:包括超声波空蚀系统、供电系统 和换向系统；所述的超声波空蚀系统包括超声波发生器(7)和金属容器(4);金属容器(4)内设有空 蚀介质(5);超声波发生器(7)连接一换能器(8)，换能器(8)上安装一变幅杆(6);变幅杆(6) 上安装有试样(13);所述的供电系统包括直流电源(1)，直流电源(1)的输出端连接变压器(3)的原边;变压 器(3)的副边分别连接在变幅杆(6)和金属容器(4)上;变压器的原边串联有可变电阻(12);所述的换向系统由涡流传感器(9)、比较器(10)、运算放大器(11)和换向开关(2)依次 连接而成;换向开关(2)连接在直流电源(1)和变压器(3)原边之间。2.—种超声波空蚀过程的电控调节方法，其特征在于:采用权利要求1所述超声波空蚀 过程的电控调节系统，具体步骤如下:(1)采用超声波发生器(7)、换能器(8)、变幅杆(6)、试样(13)、空蚀介质(5)和金属容器 (4)组成的超声波空蚀系统实现基本的超声波空蚀过程；(2)采用直流电源(1)、可变电阻(12)和变压器(3)构成的供电系统，向试样(13)和金属 容器(4)间供应高电压，电压的大小通过可变电阻(12)来调节；(3)通过涡流传感器(9)、比较器(10)、运算放大器(11)和换向开关(2)组成的换向系 统，换能器(8)振动过程中与涡流传感器间距离连续变化，变化的距离通过涡流传感器(9) 转变成电信号通过比较器(10)和运算放大器(11)驱动换向开关(2)的换向；(4)换向开关(2)使得试样(13)和金属容器(4)之间的正负极随变幅杆(6)的振动而变 化；(5)涡流传感器(9)的输出信号随着换能器(8)的振动而变化，控制换向开关(2)以超声 的频率改变方向，从而实现变压器(3)中磁通的瞬时变化，形成试样(13)和金属容器(4)间 的瞬时高压；(6)通过可变电阻(12)和换向开关(2)分别调节试样(13)和金属容器(4)间的电压大小 和方向，并且与变幅杆(6)振动的频率和方向同步，实现对超声波空蚀过程中空化和溃灭的 独立控制。3.根据权利要求2所述的一种超声波空蚀过程的电控调节方法，其特征在于:步骤(1) 中换能器(8)将超声波发生器(7)输出的30KHz的交流电转变成频率为30KHz的机械振动，变 幅杆(6)将换能器(8)的机械振动振幅放大到50wii并传递给试样(13)，试样(13)在装有空蚀 介质(5)的金属容器(4)内以30KHz、50mi振幅的状态持续振动。4.根据权利要求2所述的一种超声波空蚀过程的电控调节方法，其特征在于:步骤(2) 中直流电源(1)的电压为12V，经过变压器(3)变压后试样(13)和金属容器(4)间的电压在20 ?1000V之间可调。5.根据权利要求2所述的一种超声波空蚀过程的电控调节方法，其特征在于:步骤(3) 中的涡流传感器(9)和换能器(8)之间的最大距离为lOwii，涡流传感器(9)输出电流经过比 较器(10)后输出脉冲信号。
【文档编号】G05B19/04GK106094580SQ201610394904
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月6日 公开号201610394904.6, CN 106094580 A, CN 106094580A, CN 201610394904, CN-A-106094580, CN106094580 A, CN106094580A, CN201610394904, CN201610394904.6
【发明人】赵恩兰, 许凌雪, 郭华锋
【申请人】徐州工程学院