一种实现超声波变频发射的系统与方法
【专利摘要】本发明提出了一种实现超声波变频发射的系统与方法，属于超声波应用领域。系统包括控制器、超声波发生器、超声波换能器，依据超声波换能器的谐振频率点，进行频率区间划分，在控制器中将每个超声波换能器与其谐振频率所属区间建立一一对应关系，当系统工作时，由控制器判断需发射的超声波频率从属于哪个频率区间，则控制超声波发生器驱动该频率区间对应的超声波换能器工作，从而实现不同的超声波发生规律，可使不同频率的超声波换能器按照不同的规律单独或混合进行发射，或者随机发射。利用该方法产生的超声波具有多种频率与多种规律，可以应用在超声波清洗、超声波驱鸟等需要实现超声波变频发射的场合。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种实现超声波变频发射的系统与方法，具体的说是涉及一种可产生 多频率多种规律的超声波的发射系统与方法。属于超声波发射领域。 一种实现超声波变频发射的系统与方法 技术背景
[0002] 随着超声波技术在人们日常生活与生产中的广泛使用，对超声波产生的要求越来 越高，许多场合需要用到变频超声波发射，但由于超声波换能器的谐振频率固定，很难实现 一套系统中实现大功率变频超声波发射。
[0003] 在很多场合单一频率的超声波已经不能满足需要，例如在超声波清洗中采用传统 的单一频率超声波会造成清洗不均匀清洗效果差；在超声波驱鸟中单一频率的超声波会使 鸟类很快产生适应能力，从而失去驱鸟效果。若采用变频超声波能够使上述问题得到很好 的解决。
[0004] 中国专利"基于数字脉冲驱动的变频超声波系统"（申请号：201310254782. 7)提 出超声波换能器为多组超声波换能单元组成的换能模组，但是没有给出多种频率及混频发 射的控制方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可实现多种频率多种规律 的变频超声波发射系统与方法，满足日常生产中各种对变频超声波有所需求的场合，产生 超声波频率可变，发生规律可控，能够满足不同场合的应用需要，使用方便。
[0006] 本发明所采用的技术方案如下： 本发明的一种实现超声波变频反射的系统与方法，包括控制器、超声波发生器、超声波 换能器；系统中超声波换能器的数量为N (N>1)个，每个换能器的谐振频率均不相同，从低 到高依次为f\、f2、…、fN ;在f\、f2、…、&个谐振频率所在的频率区间中，选取N+1个分界 点频率值，记为SpSi、…、S N，利用所述分界点频率将超声波频率范围划分成N个频率区间， 且满足[SQ，Sj、f 2e [Si，S2]、…、fNe [S^SJ ;在控制器中将每个超声波换能器与 其谐振频率所属区间建立一一对应关系，当系统工作时，由控制器判断需发射的超声波频 率从属于哪个频率区间，并控制超声波发生器驱动该频率区间对应的超声波换能器工作。
[0007] 所述的一种实现超声波变频发射的系统与方法，该系统可由一个超声波发生器驱 动N个超声波换能器，同一时刻只有一个超声波换能器工作，产生一种频率的超声波；或者 每个超声波换能器由独立的超声波发生器驱动，采用这种方式可实现同一时刻多个超声波 换能器可同时工作，发射由多种频率组成的混频超声波，使发出超声波频率更加的复杂多 变。
[0008] 所述的一种实现超声波变频发射的系统与方法，需发射的超声波频率可采用设定 规律或随机方式生成，将所需特定规律的超声波发射规律预先通过程序写入控制器中，控 制器根据预先设定规律控制每个超声波换能器每次持续工作时间。
[0009] 所述的一种实现超声波变频发射的系统与方法，每个超声波换能器在驱动时可采 用调幅方式，通过驱动信号频率不变只改变幅值大小来调整所发超声波的声强，并可以与 其他超声波换能器相互配合工作，产生多种频率、声强相结合的超声波。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是一种实现超声波变频发射的系统与方法的系统结构图。
[0011] 图2是一种实现超声波变频发射的系统与方法的频率区间划分图。
[0012] 图3是一种实现超声波变频发射的系统与方法的驱动载波示意图。
[0013] 图中：1-控制器，2-超声波发生器，3-超声波换能器。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明作进一步说明： 如图1所示，本发明的一种实现超声波变频发射的系统与方法，由控制器（1)、超声波 发生器（2)、超声波换能器（3)组成，控制器（1)控制超声波发生器（2)产生不同频率的超声 波驱动信号，驱动超声波换能器（3)工作；超声波换能器（3)的数量为N (N>1)个，每个超 声波换能器（3)的谐振频率均不相同，每种超声波换能器（3)只能发出其特定谐振频率的 超声波。
[0015] 系统有两种实现方式，一种是由一个超声波发生器（2)驱动N个超声波换能器 (3)，根据驱动超声波换能器（3)谐振频率的不同，超声波发生器（2)能够产生不同谐振频 率的驱动信号，此种方式同一时刻只有一个超声波换能器工作，只能产生一种频率的超声 波；另一种是每个超声波换能器（3)由独立的超声波发生器（2)驱动，同一时刻多个超声波 换能器可同时工作，这种方法发射混频超声波。这两种方式超声波发生器（2)产生何种频率 的超声波信号以及驱动何种谐振频率的超声波换能器（3)都是由控制器（1)进行控制的。
[0016] 如图2所示，系统中N个超声波换能器（3)的谐振频率从低到高分别为f\、 f2、…、fN，在谐振频率所组成的连续的频率区间上取N+1个分界点频率值，记为SpSi、…、 SN，利用所述分界点频率将超声波频率范围划分成N个频率区间，且满足e ['SJ、 f2 e [SpS^、…、fN e [Sn+SJ ;在控制器（1)中将每个超声波换能器（3)与其谐振频率 所属区间建立一一对应关系，当系统工作时，由控制器（1)判断需发射的超声波频率f从属 于哪个频率区间，则控制超声波发生器（2)驱动该频率区间对应的超声波换能器（3)工作。
[0017] 系统发射的超声波规律可采用预先编制好的音频文件，工作时由控制器（1)进行 实时解析和控制。预先编制好的音频文件可以是可听见的音乐或歌曲旋律，按照设定的规 律映射到上述超声波区间上，驱动与该区间对应的超声波换能器（3)发出超声波。该音频 文件也可以是鸟叫声通过算法映射到超声波频率区间。
[0018] 如图3所示，每个超声波换能器可采用调幅方式驱动，即载波方式，载波信号的频 率决定了超声波换能器发声频率，通过调节载波的幅值，可相应的改变超声波电源（2)的输 出，从而改变超声波换能器（2)的发声声强。也可在其频点上叠加形成一个较低频率的声 波，从而拓宽音律范围。
[0019] 以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种实现超声波变频发射的系统与方法，系统包括控制器、超声波发生器、超声波换 能器，其特征在于，系统中超声波换能器的数量为N (N>1)个，每个换能器的谐振频率均不 相同，从低到高依次为fpf^、…、心； 选取N+1个分界点频率值，记为SpSi、…、SN，利用所述分界点频率将超声波频率范围 划分成N个频率区间，且满足e [S^Sjj e [Si，S2]、…、fNe [S^SJ ; 在控制器中将每个超声波换能器与其谐振频率所属区间建立一一对应关系，当系统工 作时，由控制器判断需发射的超声波频率从属于哪个频率区间，则控制超声波发生器驱动 该频率区间对应的超声波换能器工作。
2. 根据权利要求1所述的一种实现超声波变频发射的系统与方法，其特征在于，可由 一个超声波发生器驱动N个超声波换能器，同一时刻只有一个超声波换能器工作；或者每 个超声波换能器由独立的超声波发生器驱动，同一时刻多个超声波换能器可同时工作，发 射混频超声波。
3. 根据权利要求1所述的一种实现超声波变频发射的系统与方法，其特征在于，需发 射的超声波频率可采用设定规律或随机方式生成，每个超声波换能器每次持续工作时间由 控制器进行控制。
4. 根据权利要求1所述的一种实现超声波变频发射的系统与方法，其特征在于，需发 射的超声波频率可采用预先编制好的音频文件，工作时由控制器进行实时解析和控制。
5. 根据权利要求1所述的一种实现超声波变频发射的系统与方法，其特征在于，每个 超声波换能器在驱动时可采用调幅方式，并与其他超声波换能器相互配合工作。
【文档编号】B06B1/02GK104117478SQ201410388796
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月10日 优先权日:2014年8月10日
【发明者】周封, 王晨光, 刘健, 王丙全, 郝婷, 崔博闻, 刘小可, 宋跃庆, 胡海涛, 谢恩哲 申请人:哈尔滨理工大学, 周封