Brevet FR2031557A1 — publié le 19701120

L'invention concerne un générateur d'ultrasons comportant un circuit oscillant et un transducteur couplé à ce circuit,ainsi qu'une source de courant continu dont le courant de sortie est converti en un courant alternatif par l'intermédiaire de deux interrupteurs commandés à l'aide d'un oscillateur réglable -, ce courant alternatif étant transmis au circuit oscillant dont l'énergie de sortie est transmise au transducteur. De tels générateurs d'ultrasons sont par exemple utilisés dans des appareils de nettoyage dans lesquels le tateaducteur est relié à un réservoir partiellement rempli d'un liquide adéquat et dans lequel sont placés les articles à nettoyer. En outre, lorsqu'à! est en fonctionnement, le générateur fournit un courant à fréquence déterminée qui est transmis au transducteur, c'est-à-dire à l'organe qui transforme les oscillations électriques en oscillations mécaniques. La fréquence est déterminants," en ce qui concerne l'énergie fournie par le transducteur et cette fréquence est généralement choisie peur que cette énergie de sortie soit maximale. La fréquence pour laquelle l'énergie de sortie est maximale varie cependant avec la quantité de liquide contenue dans le réservoir. Si l'on veut maintenir ,1 'énergie de sortie maximale il faut adapter continuellement la fréquence du courant de l'oscillateur aux propriétés mécaniques que présentent le réservoir et son contenu. On peut obtenir ce résultat en ajustant constamment l'oscillateur.à la main. Dans ce cas, il peut toutefois arriver vqu'une variation de la situation optimale ne soit pas observée et que l'ajustage de la fréquence à la valeur correcte ne soit pas effectué ou que l'on choisisse un ajustage incorrect. L'invention vise à fournir un générateur du genre décrit dans le préambule avec lequel l'adaptation de la fréquence se fait automatiquement. Selon l'invention un générateur de ce genre est muni à cet effet d'un dispositif de cTifférentiation relié aux interrupteurs et à l'oscillateur réglable précités, et servant à différentielle courait alternatif, ainsi qu'un dispositif de comparaison relié au dispositif de différentiation et à une résistance parallèle incorporée au circuit du courant alternatif, ce dispositif de comparaison fournissant un signal de sortie variant avec le signe du signal différentié et appliqué à l'oscillateur réglable comme signal de commande. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 représente un générateur d'ultrasons de type connu» 70 05946 2 2031557 La fig. 2 représente une forme de réalisation d'un générateur d'ultrasons conforme à l'invention. La fig. 3 représente le courant de l'oscillateur en fonction de la fréquence du signal de commande. Le générateur à ultrason connu, représenté sur la fig. 1, comporte un transducteur (6) relié à un réservoir (7) dans lequel se trouve un liquide. Lorsque le générateur est en fonctionnement un courant est appliqué au transducteur par l'intermédiaire du transformateur (24). Avant que ce courant,prélevé sur une source de tension continue (l), soit appliqué au transformateur, il est transformé à l'aide des interrupteurs (20 - 23) en un courant alternatif. Les interrupteurs (20 - 23) sont commandés par un oscillateur réglable (13) de telle façon que le courant de la source de tension continue (1) est appliqué alternativement par les interrupteurs (20 , 21) ou (22, 23), au transformateur. Les interrupteurs (20 — 23) sont dans le cas envisagé des transistors de puissance. Un oscillateur du type représenté sur la fig. 1 présente des inconvénients. C'est ainsi qu'il faut ajuster constamment à la main la fréquence du courant de l'oscillateur afin de conserver l'énergie de sortie maximale lorsque le niveau de liquide dans le réservoir varie. De plus, les transistors ont besoin d'un certain temps pour passer de l'état conducteur à l'état bloqué, de sorte que les deux paires de transistois sont toutes deux conductrices pendant une partie de chaque période du courant de travail.Le court-circuitage bref du transformateur de sortie qui se produit ainsi a pour conséquence,d'une • part,que le courant présente des pointes et,d'autre part,qu'il se produit des pertes par commutation non négligeables dans les transistors. L'apparition de ces pointes signifie une limitation du courant maximal qui peut être coupé par le transistor. Les pertes par commutation signifient une limitation de la fréquence maximale que peut rendre le courant de travail, étant donné que l'intervalle du temps dans lequel les deux paires de transistors sont toutes deux conductrices augmente avec la fréquence. On évite ces inconvénients avec le générateur d'ultrasons conforme à l'invention. La fig. 2 en représente une forme de réalisation possible. Sur cette figure, la référence (l) désigne une source de" courant continu dont le courant de sortie est appliqué par l'intermédiaire d'une bobine d'inductance (2) à un circuit oscillant constitué par un condensateur (5) et l'enroulement primaire (4) d'un transforma- 70 05946 5 2031557 teur (3). L'inductance de la bobine (2) est dans ce cas notablement plus élevée que celle de l'enroulement primaire du transformateur de sorte que le courant est pratiquement constant. Le circuit oscillant est accordé sur la fréquence de travail. Le courant est verrouillé par 5 des interrupteurs constitués chacun par la combinaison en série d'un transistor de puissance (10) ou (11) et d'une diode (8) ou ,(?). Les diodes empêchent un courant de court-circuit de s'écouler pendant l'intervalle de temps au cours duquel les deux transistors sont à la fois conducteurs. Le courant circule alternativement par 1 ' intermédiaire des 10 interrupteurs (8), (10) et (9), (11)« Si l'on choisit judicieusement la valeur Q du circuit oscillant la tension de sortie est sinusoïdale. Au lieu de l'enroulement primaire du transformateur on peut également l insérer dans le circuit oscillant le secondaire de ce transformateur. Celui-ci transmet le courant au transducteur qui convertit les oscilla-15 tions électriques en vibrations mécaniques. Le transducteur (6) est re lié à un réservoir (7) dans lequel se trouve un liquide (19) servant à nettoyer des objets plongés dans ce liquide. Les transistors (10), (11) peuvent être verrouillés par un signal de commande de l'oscillateur réglable (13)• Conformément à l'in-20 ventiory on obtient un générateur d'ultrasons particulièrement avantageux du fait que ce générateur comporte un circuit de différentiation (25) relié aux transistors (10) et (il) et à l'oscillateur réglable (*13)> ce dispositif servant à différentier le courant alternatif précité, ainsi qu'un dispositif de comparaison 25 (26) relié à une résistance parallèle (12) située dans le circuit de courant alternatif, ce dispositif de comparaison fournissant un signal de sortie variant avec le signe du signal différèntié et ce signal de sortie étant appliqué comme signal de commande à l'oscillateur réglable (13)« Dans cette forme de réalisation, le dispositif de différenti-30 ation (25) est constitué par un générateur de signal de mesure (15) et par un modulateur (14) dans lequel le signal de sortie de l'oscillateur réglable (13) est modulé par le signal de sortie du générateur (15). Le signal de modulation fourni par ce générateur a une fréquence notablement inférieure à la fréquence du signal de sortie de l'oscilla-35 teur réglable (13). Si la fréquence de ce signal de sortie est par ex emple de 20 kHz, on peut choisir pour la fréquence du signal de modulation, par exemple, 50 Hz. Le signal de sortie du générateur de signal de mesure est également appliqué comme signal de référence au dispositif de comparaison (25). Ce dispositif de comparaison est constitué, 40 dans le cas envisagé, par un détecteur de phase (18) dont un des cir- 70 05946 4 2031557 cuits d'entrée est connecté par l'intermédiaire d'un amplificateur (17) et d'un filtre passe-bas (16) au noeud de la résistance (12) et de la source de courant continu (1). Dans ce détecteur de phase, le signal de modulation sélectionné à l'aide du filtre passe-bas (16) est comparé 5 après amplification dans l'amplificateur (17) au signal de modulation prélevé sur le générateur de signal de mesure (15)» ce détecteur de phase fournissant un signal de sortie variant avec le signe du signal différentié et étant appliqué comme signal de commande à l'oscillateur réglable (13)• 10 Pour.la suite de l'exposé on se référera au graphique de la fig. 3 qui représente le courant de travail I en fonction de la fréquence. Lorsque la puissance du côté primaire du transformateur est mesurée, cette puissance peut être présentée par P = . 1^, dans laquelle est constant et est égal à la tension de la source de courant 15 continu et 1^ est la valeur moyenne du courant continu dans l'enroulement primaire (4)» Par suite de la modulation dans le. modulateur (14)» du signal de sortie de l'oscillateur réglable, le courant de travail comporte une composante de courant alternatif dont l'amplitude et la phase dépendent du point de la courbe I (f) déterminé par la 20 fréquence. Lorsque le dispositif travaille au point de la courbe qui correspond à la fréquence fQ la dérivée du courant obtenue après la différentiation est égale 0 et 1 'oh ri1 obtient pas de composante de courarit alternatif. Le courant a sa valeur maximale et la puissance maximale est donc fournie à cette fréquence. 25 Lorsque par suite d'une variation du niveau du liquide dans le réservoir, le dispositif travaille à un point qui correspond à la fréquence f^, la modulation par le signal de modulation + fa pour conséquence que l'on obtient un courant alternatif i^. Ce courant alternatif a une phase négative par rapport à la phase du signal de modula-30 tion. De plus , lorsque la fréquence a la valeur f^, la modulation par le signal de modulation + f provoque un courant alternatif ig, dont la phase est positive par rapport à la phase du signal de modu-lationf Les courants i^ et ig ont la même fréquence que le signal de modulation fm« Le signal de courant alternatif se produisant ainsi, 35 par exemple i^ ou i^ est sélectionné à l'aide du filtre passe-bas (16), ensuite il est amplifié dans l'amplificateur (17) et appliqué au détecteur de phase (18). A ce détecteur est également appliqué le signal de modulation de fréquence f fourni par le générateur de signal de mesure (15) comme signal de référence. Selon la phase du signal sélec-40 tionné par rapport à la phase du signal de référence, le détecteur de 70 05946 5 2031557 phase fournit une tension de sortie positive ou négative qui est appliquée à l'oscillateur réglable (13) de sorte que la fréquence du signal de sortie de cet oscillateur augmente ou diminue jusqu'à ce que la coïncidence de phase soit obtenue. Lorsque l'on a la coïncidence de 5 phase la tension de sortie du détecteur de phase est égale à zéro. Le courant de travail 1^ 8 alors pris sa valeur maximale. La boucle de réglage forme un système à contre-réaction conçu de telle façon qu'il ajuste toujours la fréquence sur une valeur pour laquelle le courant est maximal. Cette valeur dépendre de la charge du trans it) ducteur qui provoque les vibrations mécaniques. Le système n'a donc pas de référence absolue, ce qui est particulièrement avantageux étant donné que la grandeur1 de la valeur maximale du courant de travail n'est pas connue 2k l'avance. La boucle de réglage cherche donc toujours à accorder l'oscillateur de telle façon qu'il fournisse l'énergie maxi-15 maie adaptée à la charge» 70 05945 6 2031557 Revendications » 1. Générateur d'ultrasonB comportant un circuit oscillant et un transducteur couplé à ce circuit,ainsi qu'une source de courant continu dont le courant de sortie est converti en un courant alternatif par l'intermédiaire de deux interrupteurs commandés à l'aide d'un oscillateur réglable, ce courant alternatif Au* transmis au circuit oscillant dont l'énergie de sortie est transmise au transducteur, ce générateur étant caractérisé en ce qu'il couper te un dispositif de différentia— tion relié aux interrupteurs et à l'oscillateur réglable précités, et servant à différentier le courant alternatif, ainsi qu'un dispositif de comparaison relié au dispositif de âifférentiation et à une résistance parallèle incorporée au circuit du courant alternatif, ce dispositif de comparaison fournissant un signal de sortie variant aveâ le signe du signal différentié et appliqué à l'oscillateur réglable comme signal de commande. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de différentiation précité est constitué par un générateur de signal de mesure et un modulateur dans lequel le signal de sortie de l'oscillateur réglable est modulé par le signal de sortie du générateur de signal de mesure, et en ce que le dispositif de comparaison précité est constitué par un détecteur de phase dont un circuit d'entrée connecté au circuit de courant alternatif contient un filtre passe—bas pour la sélection du signal de modulation et dont l'autre circuit d'entrée est connecté au générateur de signal de mesure tandis que la sortie du détecteur de phase est reliée à l'oscillateur réglable