УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА С КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОМЕХ В СТРУКТУРЕ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА ИЗЛУЧАТЕЛЯ
ULTRASONIC WASHING MACHINE WITH NOISE COMPENSATION IN STRUCTURE OF RADIATOR PIEZOELECTRIC CELL

Изобретение относится к ультразвуковым стиральным машинам.
Опыт эксплуатации ультразвуковых стиральных машин, а также теоретические предпосылки [Федосов В.А. Исследование вакуумно-воздушного способа стирки текстильных изделий и разработка стиральной машины на его основе: Автореф. дис. канд. техн. наук. - М., 1999. - 25 с.] показали, что для более качественной стирки белья необходимо использование различных режимов его обработки, управление этим процессом и обеспечение стабильности параметров процесса.
Однако используемые в современных ультразвуковых стиральных машинах системы управления ультразвуковыми излучателями не позволяют обеспечить необходимую точность выполнения технологических операций по обработке белья, что приводит к неоправданным энергетическим затратам и не дает желаемого результата и точного позиционирования задаваемых параметров.
Известна ультразвуковая стиральная машина [Корякин-Черняк С.Л. Стиральные машины от А до Я [Текст] / С.Л.Корякин-Черняк. - СПб.: Наука и Техника, 2002. - 304 с., с.136-142], содержащая источник питания, пьезокерамический излучатель и соединительный кабель. Для более эффективного воздействия на различные виды белья с учетом их степени загрязненности система управления машины использует при стирке четыре группы частот.
Известное техническое решение по своей технической сущности и достигаемому эффекту является наиболее близким к заявляемому предложению. Основным недостатком известного решения является отсутствие защиты от влияния внешних факторов на стабильность работы системы, т.е. недостаточная помехозащищенность.
Данное изобретение свободно от указанных недостатков, основано на создании ультразвуковой стиральной машины с компенсацией помех в структуре пьезоэлемента излучателя, и в уровне техники не обнаружено аналогичных по назначению стиральных машин.
В описываемой ниже стиральной машине помехозащищенность излучателя обеспечена за счет компенсации помех в структуре пьезоэлемента, что способствует стабильности работы и устойчивости системы поддержания требуемых параметров технологического режима обработки белья при стирке.
2
1
На чертеже представлена блок-схема ультразвуковой стиральной машины с компенсацией помех в структуре пьезоэлемента излучателя, которая характеризуется тем, что имеет блок питания 1, соединенный с генератором 2 и основным усилителем мощности 3, подключенным к обкладке пьезоэлемента излучателя 6, датчик обратной связи 7, при этом одна из обкладок пьезоэлемента излучателя разделена на две части 4, 5, причем на первую часть 4 разделенной обкладки сигнал поступает с выхода усилителя мощности 3, а на вторую - сигнал, компенсирующий помехи в структуре пьезоэлемента излучателя, формируемый в схеме сравнения 9, первый вход которой подключен к выходу датчика 7, а вход датчика 7 подключен к неразделенной обкладке пьезоэлемента излучателя 6, кроме того, исходный сигнал через фазовращатель 10 поступает на второй вход схемы сравнения 9, сигнал с которой, компенсирующий помехи, через корректирующее устройство 11 поступает на вход усилителя 8, выход которого подключен ко второй части 5 разделенной обкладки пьезоэлемента ультразвукового излучателя. Помехи, вызывающие смещения на части 4 обкладки, корректируются смещением в структуре пьезоэлектрика на части 5 обкладки пьезоэлектрического излучателя 6. Фазовращатель 10 служит для задержки части входного сигнала с напряжением U, поступающего на второй вход схемы сравнения 9, на время, необходимое для прохождения другой части входного сигнала по цепи: основной усилитель мощности 3, пьезоэлектрический излучатель 6, датчик обратной связи 7 - до поступления его с напряжением U на первый вход схемы сравнения 9. Датчик 7 служит для преобразования колебаний пьезоэлектрического излучателя в напряжение. Корректирующее устройство 11 с коэффициентом передачи α служит для выравнивания в рабочем диапазоне частот суммарной амплитудно-частотной характеристики цепи из усилителя 8 и пьезоэлектрического излучателя 6, а также компенсации сдвига фаз в этой цепи между напряжением сигнала на выходе схемы сравнения 9 и напряжением на выходе дополнительного усилителя мощности 8.
в
c
u
c
u
1
1
c
u
c
u
c
u
c
u
c
вх
c
1
вх
1
Работу устройства можно пояснить следующим образом. Деформация ξ, возникающая в излучателе за счет приложенного к его пластинам напряжения U(t), состоит из двух слагаемых: ξ=ξ+ξ где ξ - деформация, вызванная неискаженным сигналом, т.е. сигналом на входе усилителя мощности; ξ - деформация, вызванная сигналом искажений, возникающих в усилителе мощности и пьезоэлектрике. Напряжение сигнала U на выходе датчика обратной связи также представляет собой сумму U=β(ξ+ξ)=βξ+βξ=U+U, где U и U - напряжения, пропорциональные соответственно деформациям, вызванным неискаженным и искаженным сигналом; β - коэффициент преобразования. По своему определению напряжение U должно быть пропорционально напряжению входного сигнала U, т.е. U=kU, где k - постоянный частотно-независимый множитель.
1
1
вх
u
1
2
2
2
2
вх
2
2
1
3
2
1
1
вх
2
вх
u
Тогда из приведенных выражений получим U=kU+U. Напряжение U, содержащее в себе информацию об искажениях, поступает на один вход сумматора. Эти искажения возникают, в основном, в усилителе мощности и пьезоэлектрике, так как путем коррекции характеристики передачи датчика обратной связи его искажающее действие на сигнал несущественно. На другой вход сумматора поступает сигнал с входа усилителя мощности напряжением U, задержанный на время прохождения входного сигнала по цепи: усилитель мощности, пьезоэлектрик, датчик обратной связи. Напряжение U связано простым соотношением с входным напряжением U=kU, где k - постоянный коэффициент. В сумматоре происходит масштабирование напряжения U с масштабным множителем , инвертирование напряжения U и сложение этих двух преобразованных напряжений, т.е. фактически происходит их вычитание. Таким образом, напряжение на выходе сумматора имеет следующий вид: U=ηU-U=kU-kU-U.
3
Из этого выражения видно, что напряжение U представляет собой напряжение сигнала искажений, но с противоположенной фазой. Далее этот сигнал проходит через корректирующее звено, дополнительный усилитель и поступает на пьезоэлектрик, где и преобразуется в деформацию.
Если в цепи: корректирующее звено, дополнительный усилитель, преобразователь, датчик - сигнал изменяется мало, а набег фазы существенно меньше 90°, то деформация, вызванная напряжением искаженного сигнала при соответствующем коэффициенте усиления дополнительного усилителя, будет по фазе противоположна и мало отличаться от деформации, вызванной напряжением, поступившим с выхода усилителя мощности.
Таким образом, непосредственно в структуре пьезоэлектрического излучателя происходит подавление искажений и стабилизация частоты возбуждения пьезоэлектрика, что в свою очередь позволяет обеспечить стабильность работы и устойчивость системы поддержания требуемых параметров технологического режима обработки белья при стирке в ультразвуковых стиральных машинах и расширяет эксплуатационные возможности.