基于超声电机的动态阻抗补偿方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于超声电机的动态阻抗补偿方法。将一个数字可调电阻与一个1Ω的精密电阻并联后，与超声电机串接；超声电机旋转时，接触电阻变化，将精密电阻处的变化电压模拟信号通过A/D模数转换器变为数字信号；FPGA依据该数字信号计算得出接触电阻阻值，从而通过调整数字可调电阻的阻值实现对接触电阻的动态阻抗补偿。
【专利说明】基于超声电机的动态阻抗补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机驱动电路领域，更具体的说，是涉及超声电机的动态阻抗补偿方 法。
【背景技术】
[0002] 超声电机用于医学超声内窥系统的前端，带动超声探头进行360度旋转扫描，从 而增大超声探头的扫描视场。超声电机工作时，由于发热等原因，定子和转子之间的接触电 阻会发生变化，导致电路的输出信号不稳定，将会影响医学超声成像效果，因此需要根据具 体情况，实时地对超声电机的接触电阻进行阻抗补偿，从而使电路的输出信号稳定。
[0003] 实现上述目的的关键在于接触电阻的测量和阻抗补偿方法。
[0004] 通用的接触电阻测量方法为四线电阻式，在被测电阻两端并联接上电流源和电压 表，由电流源提供电流，电压表测出被测电阻两端的电压值，通过计算可得接触电阻阻值。 但这种方法无法实时地在线测量，而且电压的数值需要从表盘上人工读出，不够智能。
[0005] 鉴于上述情况，最好提供一种基于超声电机的动态阻抗补偿方法，能够实时在线 进行接触电阻测量，并根据测量结果进行实时阻抗补偿，使得超声电机电路在工作情况下 也能保持输出信号的稳定。
【发明内容】
[0006] 本发明就是为解决上述问题而设计的一种基于超声电机的可进行动态阻抗补偿 的电路装置，使得超声电机电路在工作情况下也能保持输出信号的稳定。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种基于超声电机的接触阻抗补偿装置，包括：
[0009] 超声电机；
[0010] 电压源，用于给所述超声电机供电；
[0011] 阻抗测量装置，用于测量超声电机的接触阻抗；
[0012] 阻抗补偿装置，包括与所述超声电机和电压源串联的可调电阻装置，用于对所述 超声电机的接触阻抗进行补偿；
[0013] 控制元件，与所述阻抗测量装置和阻抗补偿装置相连，用于阻抗计算和发送控制 信号；
[0014] 优选地，所述阻抗测量装置包括A/D转换电路，其与所述可调电阻装置相并联，用 于将所述可调电阻装置两端的电压模拟信号转换为数字信号，输入所述控制元件中进行阻 抗计算，从而进行相应的阻抗补偿操作。
[0015] 优选地，所述可调电阻装置包括数字可调电阻和与其并联的精密电阻，所述控制 元件根据所述接触阻抗的测量值实时调整所述数字可调电阻的阻值进行补偿，使得所述可 调电阻装置的阻抗和超声电机的接触阻抗之和保持不变。
[0016] 优选地，所述精密电阻的阻值为1 Ω，所述可调电阻装置的阻值小于1 Ω。
[0017] 优选地，所述控制元件包括FPGA,所述A/D转换电路能够转换毫伏级的模拟电压 信号。
[0018] 本发明还提供一种使用根据上述技术方案中任一项所述的接触阻抗补偿装置的 方法，包括：
[0019] 步骤1、系统的初始化；设置电压源的输出电压及阻抗补偿装置的初始阻抗心，控 制元件由阻抗测量装置得到超声电机的接触阻抗的初始阻抗R。，则该超声电机的回路总电 阻为r a+r。；
[0020] 步骤2、动态阻抗变化的判断；在超声电机工作过程中，控制元件根据阻抗测量装 置所测量的超声电机的接触阻抗R k判断是否需要进行阻抗补偿操作，若需要补偿则执行步 骤3,若不需要补偿则重复执行步骤2 ;
[0021] 步骤3、阻抗补偿；控制元件根据步骤2得到的当前超声电机的接触阻抗Rk与初 始阻抗R。的差值调节可调电阻装置的阻抗，使得当前的可调电阻装置的总阻抗1?\满足 R'A+Rk-RQ-RA|彡5πιΩ ;然后再重复执行步骤2。
[0022] 优选地，所述可调电阻装置包括数字可调电阻和与其并联的1Ω精密电阻，所述 可调电阻装置的数字可调电阻的初始值为160. 8Ω，所述电压源的电压为500mV。
[0023] 优选地，所述步骤2中，控制元件实时读取A/D转换电路采集到的电压值VA，并利 用其与当前可调电阻装置的总阻值R' A得到超声电机的当前接触阻抗Rk;所述控制元件判 断IR'A+Rk-R。-!^ <5πιΩ是否满足，若满足就继续重复执行步骤2,若不满足就执行步骤3。
[0024] 本发明的有益效果是可以实时的进行超声电机的动态阻抗补偿，保证了电路输出 信号的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明方法的一个动态阻抗补偿电路框图；
[0026] 图2是本发明方法的一个数字可调电路简图；
[0027] 图3是第一实施方式的A/D转换电路简图；
[0028] 图4是第二实施方式的A/D转换电路简图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的第一实施方式搭建的动态电阻补偿电路的连接方式如图1所示，500mV 电压源5、超声电机4和数字可调电阻电路3串联成一回路，由A/D转换电路2将数字可调 电阻电路3两端的端点A和端点B之间的模拟电压信号转为数字信号，并将其发送到FPGA1 中，FPGA1控制数字可调电阻电路3的阻值调节。
[0030] 本发明的数字可调电阻电路3具体电路组成如图2所示，由1Ω精密电阻32和数 字可调电阻31并联组成。数字可调电阻31的最大阻值为10kQ，内部有一个步进计数器，步 进精度为最大阻值除以99,即计数器每加1，该电阻实际阻值加10/99kQ，通过计算可知， 其和1 Ω精密电阻32并联后总电阻步进精度为10m Ω。因此，该数字可调电阻电路3可实 现电阻补偿精度为ΙΟπιΩ的阻抗补偿。在本实施方式中，经过计算，将数字可调电阻31的 初始值设为160. 8 Ω。数字可调电阻31内置一个EEPR0M，通过编程设置，将初始值160. 8 Ω 写入，这样每次上电时数字可调电阻31的阻值是相同的。
[0031] 本实施方式中，A/D转换电路2具体电路组成如图3所示，由单端转差分芯片21和 普通A/D转换芯片22组成。本实施例中的普通A/D转换芯片22采用的是AD公司的12位 的单芯片、20/40/65MSPS模数转换器（ADC)，芯片内置一个高性能采样保持放大器（SHA)和 基准电压源。该芯片采用多级差分流水线架构，内置输出纠错逻辑，在20/40/65MSPS数据 速率时可提供12位精度，并保持在整个工作温度范围内无失码。利用内置的宽带宽、差分 采样保持放大器（SHA)，可以选择包括单端应用在内的各种输入范围和偏移。此外，芯片的 功耗与成本都比较低，适用于通信、成像和医疗超声等应用。
[0032] 普通A/D转换芯片22有两种信号输入模式：单端输入和差分输入。采用单端输入 时，输入信号范围为0V到2V，常用于输入信号电压较高（高于IV)、信号源到模拟输入端导 线较短的情况；采用差分输入时，输入信号采用一对峰峰值为IV，相位差为180°的差分信 号，对于差分输入，每个输入信号都有自己的基准地线，因此能有效消除共模噪声，增加系 统抗干扰能力。而在本实施例中，阻抗回路中测量输出的电压信号即端点A、B之间的模拟 电压信号为单端信号，在输入到普通A/D转换芯片22之前需要将其转为差分信号，因此在 两者之间加了一个单端转差分芯片21，如图3所示，它实际相当于一个放大倍率为1的放大 器，数据输出为差分输出。
[0033] 将图1中数字可调电阻电路3两端的模拟电压经A/D转换电路2转换后输入到 FPGA1，该电压值用V A表示，当前数字可调电阻电路3电阻值用RA表示，在FPGA1中利用公 式（1)计算得到超声电机4的电阻值。
[0034]
【权利要求】
1. 一种基于超声电机的接触阻抗补偿装置，包括： 超声电机； 电压源，用于给所述超声电机供电； 阻抗测量装置，用于测量超声电机的接触阻抗； 阻抗补偿装置，包括与所述超声电机和电压源串联的可调电阻装置，用于对所述超声 电机的接触阻抗进行补偿； 控制元件，与所述阻抗测量装置和阻抗补偿装置相连，用于阻抗计算和发送控制信号。
2. 根据权利要求1所述的接触阻抗补偿装置，其特征在于，所述阻抗测量装置包括A/ D转换电路，其与所述可调电阻装置相并联，用于将所述可调电阻装置两端的电压模拟信号 转换为数字信号，输入所述控制元件中进行阻抗计算，从而进行相应的阻抗补偿操作。
3. 根据权利要求1或2所述的接触阻抗补偿装置，其特征在于，所述可调电阻装置包括 数字可调电阻和与其并联的精密电阻，所述控制元件根据所述接触阻抗的测量值实时调整 所述数字可调电阻的阻值进行补偿，使得所述可调电阻装置的阻抗和超声电机的接触阻抗 之和保持不变。
4. 根据权利要求3所述的接触阻抗补偿装置，其特征在于，所述精密电阻的阻值为 1 Ω，所述可调电阻装置的阻值小于1Ω。
5. 根据权利要求2所述的接触阻抗补偿装置，其特征在于，所述控制元件包括FPGA，所 述A/D转换电路能够转换毫伏级的模拟电压信号。
6. -种使用根据权利要求1-5中任一项所述的接触阻抗补偿装置的方法，包括： 步骤1、系统的初始化；设置电压源的输出电压，以及阻抗补偿装置的初始阻抗RA;控 制元件由阻抗测量装置得到超声电机的接触阻抗的初始阻抗R。，则该超声电机的回路总电 阻为ra+r。； 步骤2、动态阻抗变化的判断；在超声电机工作过程中，控制元件根据阻抗测量装置所 测量的超声电机的接触阻抗Rk判断是否需要进行阻抗补偿操作，若需要补偿则执行步骤3， 若不需要补偿则重复执行步骤2 ; 步骤3、阻抗补偿；控制元件根据步骤2得到的当前超声电机的接触阻抗Rk与初始 阻抗R。的差值调节可调电阻装置的阻抗，使得当前的可调电阻装置的总阻抗1?\满足 R'A+Rk-RQ-RA|彡5πιΩ ;然后再重复执行步骤2。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可调电阻装置包括数字可调电阻和 与其并联的1Ω精密电阻，所述可调电阻装置的数字可调电阻的初始值为160.8Ω，所述电 压源的电压为500mV。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，控制元件实时读取A/D转 换电路采集到的电压值1，并利用其与当前可调电阻装置的总阻值R' A得到超声电机的当 前接触阻抗Rk;所述控制元件判断IR'A+Rk-R。-!^ <5πιΩ是否满足，若满足就继续重复执 行步骤2,若不满足就执行步骤3
【文档编号】H02N2/14GK104092405SQ201410309254
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】周智峰, 白宝平, 邹慧玲, 张澍田, 舒伟, 王拥军 申请人:北京华科创智健康科技股份有限公司, 北京新松佳和电子系统股份有限公司