【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及换能器监测，尤其涉及一种超声换能器能耗评价方法、装置、平台及电子设备。
技术介绍
1、大功率超声的应用要求超声换能器具有更大的振动速度、能量效率以及更低的温升，而超声换能器作为压电器件，在高电压激励条件下，存在多种能量损耗，如机械损耗、介电损耗等，这些损耗的存在，使得换能器消耗一部分能量而引起换能器发热，降低了输出性能。因此，监测超声换能器能耗指标，对换能器输出性能的稳定性研究具有重要意义。
2、在相关技术中，为了表征超声换能器的机械损耗、介质损耗，主要采用复数形式的介电常数、弹性常数，分别将各复常数的虚部和实部之比定义为介电损耗因子、机械损耗因子，对单位体积压电陶瓷的机械损耗、介电损耗功率积分并乘以面积得到超声换能器的机械损耗及介电损耗的总功率，以获得超声换能器的能耗。但上述的方法在计算单位体积压电陶瓷的机械、介电损耗时，损耗功率分别受压电陶瓷的应力大小与电场强度的影响，并且还受换能器的驱动频率、尺寸(形状、大小、厚度)等因素影响，在影响因素较多的情况下，难以对具体的损耗进行准确计算，并且，这种复杂损耗评价方法难以实现超声换能器能量损耗的在线评价，对于比较不同换能器品质时极不方便。
技术实现思路
1、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
2、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术公开了一种超声换能器能耗评价
3、第一方面，本申请提供了一种超声换能器能耗评价方法，所述方法包括：获取待测换能器的发射端在预设时间段内的第一电压信号和第一电流信号，所述第一电压信号和所述第一电流信号为实时采集或预存数据；根据所述第一电压信号和所述第一电流信号生成所述待测换能器的阻抗频谱图，并对所述阻抗频谱图进行振幅分析，确定阻抗最大幅值或阻抗最小幅值及对应的目标频率；根据所述阻抗最大幅值或所述阻抗最小幅值确定频带宽度，并结合所述目标频率计算所述待测换能器的机械品质因数；确定所述目标频率处所述发射端对应的第二电压信号和第二电流信号，对所述第二电流信号与所述第二电流信号之间的相位角进行正切值计算，获得所述待测换能器的介电损耗角正切值；结合所述机械品质因数和所述介电损耗角正切值，对所述待测换能器的能耗指标进行评价。
4、于本专利技术一实施例中，所述频带宽度的确定，包括：基于预设的第一倍数对所述阻抗最大幅值进行计算，获得第一阻抗幅值，并从所述阻抗频谱图中确定所述第一阻抗幅值对应的两个频率点，将所述两个频率点对应的频率记为第一频率和第二频率；计算所述第一频率和所述第二频率的第一差值绝对值，获得所述频带宽度；或基于预设的第二倍数对所述阻抗最小幅值进行计算，获得第二阻抗幅值，并从所述阻抗频谱图中确定所述第二阻抗幅值对应的两个频率点，将所述两个频率点对应的频率记为第三频率和第四频率；计算所述第三频率和所述第四频率的第二差值绝对值，获得所述频带宽度。
5、于本专利技术一实施例中，所述目标频率包括所述阻抗最大幅值对应的谐振频率或所述阻抗最小幅值对应的反谐振频率；所述机械品质因数的计算公式为：
6、
7、其中，qm1表示采用谐振频率时的机械品质因数；fr表示谐振频率；δf1表示采用谐振频率时的频带宽度；或
8、
9、其中，qm2表示采用反谐振频率时的机械品质因数；fa表示反谐振频率；δf2表示采用反谐振频率时的频带宽度。
10、于本专利技术一实施例中，所述相位角的计算公式为：
11、δ＝arg(f[u(t)])-arg(f[i(t)])
12、其中，δ表示相位角；arg()表示复数辐角函数；t表示预设时间段内目标频率点对应的时间；u(t)表示t时间下的电压信号；i(t)表示t时间下的电流信号；f[]表示傅里叶变换。
13、于本专利技术一实施例中，结合所述机械品质因数和所述介电损耗角正切值，对所述待测换能器的能耗进行评价，包括：基于所述机械品质因数对所述待测换能器的机械损耗进行评分，获得第一分数，以及基于所述介电损耗角正切值对所述待测换能器的介电损耗进行评分，获得第二分数；根据预设的权重系数，对所述第一分数与所述第二分数进行加权计算，获得目标分数，其中，所述权重系数基于所述待测换能器的工作条件动态设定；根据所述目标分数和预设的能耗评价表，对所述待测换能器的能耗指标进行评价，获得评价结果。
14、于本专利技术一实施例中，根据所述第一电压信号和所述第一电流信号生成所述待测换能器的阻抗频谱图，包括：对所述第一电压信号和所述第一电流信号进行频域变换分析，以得到频域中的电压频谱和电流频谱；对各频率下所述电压频谱中的电压振幅和所述电流频谱中的电流振幅进行计算，获得各频率下的阻抗振幅，并根据各频率对应的所述阻抗振幅生成所述阻抗频谱图。
15、于本专利技术一实施例中，在所述第一电压信号和所述第一电流信号的采集之前，还包括：发射初始脉冲信号，并对所述初始脉冲信号的电压幅度进行放大，获得目标脉冲信号；判断所述待测换能器是否符合阻抗匹配条件，若符合，则将所述目标脉冲信号传递至所述待测换能器，以使所述待测换能器的发射端发射超声波。
16、第二方面，本申请提供了一种超声换能器能耗评价装置，所述装置包括：获取模块，用于获取待测换能器的发射端在预设时间段内的第一电压信号和第一电流信号，所述第一电压信号和所述第一电流信号为实时采集或预存数据；确定模块，用于根据所述第一电压信号和所述第一电流信号生成所述待测换能器的阻抗频谱图，并对所述阻抗频谱图进行振幅分析，确定阻抗最大幅值或阻抗最小幅值及对应的目标频率；第一计算模块，用于根据所述阻抗最大幅值或所述阻抗最小幅值确定频带宽度，并结合所述目标频率计算所述待测换能器的机械品质因数；第二计算模块，用于确定所述目标频率处所述发射端对应的第二电压信号和第二电流信号，对所述第二电流信号与所述第二电流信号之间的相位角进行正切值计算，获得所述待测换能器的介电损耗角正切值；评价模块，用于结合所述机械品质因数和所述介电损耗角正切值，对所述待测换能器的能耗指标进行评价。
17、第三方面，本申请提供了一种超声换能器能耗评价平台，使用如上述的超声换能器能耗评价方法，或，包括如上述的超声换能器能耗评价装置，所述平台包括：控制单元，用于向信号发射单元发送脉冲信号的发射指令；所述信号发射单元，用于响应于所述发射指令发射初始脉冲信号，并传递至功率放大单元；所述功率放大单元，用于对所述初始脉冲信号的电压幅度进行放大，获得目标脉冲信号，并将所述目标脉冲信号传递至阻抗匹配单元；所述阻抗匹配单元，用于当待测换能器与所述功率放大单元符合阻抗匹配条件时，将所述目标脉冲信号传递至超声换能器单元，以使所述待测换能器发射超声波；信号采集单元，用于采集所述待测换能器发射端在预设时间段内的电压信号和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述频带宽度的确定，包括：
3.根据权利要求2所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述目标频率包括所述阻抗最大幅值对应的谐振频率或所述阻抗最小幅值对应的反谐振频率；
4.根据权利要求1所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述相位角的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，结合所述机械品质因数和所述介电损耗角正切值，对所述待测换能器的能耗进行评价，包括：
6.根据权利要求1至5任一项所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，根据所述第一电压信号和所述第一电流信号生成所述待测换能器的阻抗频谱图，包括：
7.根据权利要求6所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，在所述第一电压信号和所述第一电流信号的采集之前，还包括：
8.一种超声换能器能耗评价装置，其特征在于，所述装置包括：
9.一种超声换能器能耗评价平台，其特征在于，使用如
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述频带宽度的确定，包括：
3.根据权利要求2所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述目标频率包括所述阻抗最大幅值对应的谐振频率或所述阻抗最小幅值对应的反谐振频率；
4.根据权利要求1所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，所述相位角的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的超声换能器能耗评价方法，其特征在于，结合所述机械品质因数和所述介电损耗角正切值，对所述待测换能器的能耗进行评价，包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：肖建，宋丹，黄文君，刘雅路，罗曼，
申请(专利权)人：重庆医科大学，
类型：发明
国别省市：
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