查找换能器谐振频率点的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种查找换能器谐振频率点的方法及系统，所述方法包括：S1，获取换能器的最小工作频率和最大工作频率；S2，设置一个谐振频率点预设值，以最大工作频率和谐振频率点预设值形成上跳区间，以谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间；S3，若换能器电流相位超前电压相位，跳转到上跳区间，否则跳转到下跳区间；S4，以当前上跳区间或当前下跳区间的两个端点值与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间；S5，若当前电流相位超前电压相位，则跳转到新的上跳区间，否则跳转到新的下跳区间；重复步骤S4和步骤S5，获取电流相位和电压相位相同时换能器的频率即为谐振频率点。本发明通过跳频查找极大减少了查找次数。
【专利说明】查找换能器谐振频率点的方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及换能器【技术领域】，特别是涉及一种查找换能器谐振频率点的方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 典型的超声波换能器具有很高的品质因数，具有陡峭的谐振曲线，只有工作在其 谐振频率点才具有大的机械振幅和1?的电机转换效率。因此，超声波换能器的驱动电路应 以其谐振频率信号进行激励。
[0003] 设备谐振起来后，工作频率在一定范围内来回变大变小，由于频率变化范围由线 路事先决定好的，这样一来，工作频率在大多数时间段内都是偏离真正的谐振点，不在谐振 点工作时，往往造成功耗浪费，效率降低。
[0004] 为了获得超声波换能器的谐振频率，超声波能量驱动系统需要查找到换能器的谐 振频率点，然后以此频率的信号驱动换能器使换能器工作在谐振状态。
[0005] 目前现有的查找换能器谐振频率点的方式为扫频的方式，即线性递加递减频率输 出能量信号查找谐振频率，缺点是查找速度慢，效率不高。例如从50KHz扫频到60KHz，为了 保证查找结果的准确性，可能需要10000次的判断时间，效率不高。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种查找换能器谐振频率 点的方法及系统，用于解决现有技术中查找换能器谐振频率点速度慢、效率低的问题。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明在一方面提供一种查找换能器谐振频率 点的方法，包括：S1，获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率；S2,设置一个谐振 频率点预设值，并以最大工作频率和谐振频率点预设值形成上跳区间，以谐振频率点预设 值和最小工作频率形成下跳区间；S3,获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位 和电压相位，并判断该电流相位和该电压相位的超前滞后关系，若电流相位超前电压相位， 则跳转到上跳区间，若电流相位滞后电压相位，则跳转到下跳区间；S4,获取当前上跳区间 或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下跳区间的两个端点值与对应的 中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间；S5,使换能器以所述中间点频率运行，获取 换能器工作在当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率时的电流相位和电压相位，并判 断该电流相位和该电压相位的超前滞后关系，若电流相位超前电压相位，则跳转到上跳区 间，若电流相位滞后电压相位时，则跳转到下跳区间；S6,重复步骤S4和步骤S5,直到换能 器的电流相位和电压相位相同，获取电流相位和电压相位相同时换能器的频率即为谐振频 率点。
[0008] 优选地，在步骤S1中，所述谐振频率点预设值为最小工作频率和最大工作频率的 中间值。
[0009] 优选地，在步骤S4中，新的上跳区间由中间点频率与两个端点值中的较大值形 成；新的下跳区间由中间点频率与两个端点值中的较小值形成。
[0010] 本发明在另外一方面提供一种查找换能器谐振频率点的系统，包括：初始化单元， 获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率，设置一个谐振频率点预设值，同时以最 大工作频率和谐振频率点预设值形成上跳区间，以谐振频率点预设值和最小工作频率形成 下跳区间，并获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位；相位判断单 元，与所述初始化单元相连，判断电流相位和电压相位的超前滞后关系：若电流相位超前电 压相位，则输出第一判断结果；若电流相位滞后电压相位，则输出第二判断结果；若电流相 位等于电压相位，则输出第三判断结果；区间跳转控制单元，与所述相位判断单元相连，若 接收到所述相位判断单元输出的第一判断结果，则跳转到上跳区间，若接收到所述相位判 断单元输出的第二判断结果，则跳转到下跳区间；跳转区间生成单元，与所述区间跳转控制 单元相连，获取当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下 跳区间的两个端点值与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间；频率输出控 制单元，与所述跳转区间生成单元及所述换能器相连，用于将当前上跳区间或下跳区间的 中间点频率输入到换能器中使换能器以该中间点频率运行；相位采集单元，与所述相位判 断单元及换能器相连，获取换能器工作在当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率时的 电流相位和电压相位；谐振频率点获取单元，与所述相位判断单元相连，若接收到所述相位 判断单元输出的第三判断结果，则获取电流相位和电压相位相同时换能器的频率即为谐振 频率点。
[0011] 优选地，还包括用于向初始化单元输入最小工作频率、最大工作频率以及谐振频 率点预设值的输入单元。
[0012] 优选地,还包括用于显示所述谐振频率点获取单元获取的谐振频率点的显示单 J Li 〇
[0013] 优选地，所述初始化单元包括：获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率 的频率获取子单元；设置一个谐振频率点预设值的谐振频率点预设子单元；与所述频率获 取子单元、所述谐振频率点预设子单元相连、以最大工作频率和谐振频率点预设值形成上 跳区间、以谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间的初始跳转区间生成子单元； 用于将谐振频率点预设值输入到换能器中使换能器以该谐振频率点预设值运行的预设频 率输出子单元；获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位的初始相位 采集子单元。
[0014] 优选地，所述谐振频率点预设值为最小工作频率和最大工作频率的中间值。
[0015] 优选地，在所述跳转区间生成单元中，新的上跳区间由中间点频率与两个端点值 中的较大值形成；新的下跳区间由中间点频率与两个端点值中的较小值形成。
[0016] 如上所述，本发明的一种查找换能器谐振频率点的方法及系统，具有以下有益效 果：
[0017] 1、本发明通过调频查找的方法，极大减少了查找次数，最多可由原来的10000次 降低到14次，查找效率提高99. 9%，极大减少检测换能器谐振频率点的等待时间。
[0018] 2、本发明在大大缩减查找时间的同时，也可以减少换能器工作时间和温升，提高 谐振点查找精度。
[0019] 3、本发明可以有效减少换能器做无用功的次数，提高换能器使用率和寿命，同时 也减低了使用成本。
[0020] 4、本发明中，由于查找时间非常短，可以增加实时监测换能器工作状态的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1显示为本发明的一种查找换能器谐振频率点的方法的流程示意图。
[0022] 图2显示为本发明的一种查找换能器谐振频率点的系统的结构示意图。
[0023] 图3显示为本发明的一种查找换能器谐振频率点的系统的一种优选的结构示意 图。
[0024] 图4显示为本发明的一种查找换能器谐振频率点的系统中初始化单元的结构示 意图。
[0025] 元件标号说明
[0026] 1查找换能器谐振频率点的系统
[0027] 11初始化单元
[0028] 111频率获取子单元
[0029] 112谐振频率点预设子单元
[0030] 113初始跳转区间生成子单元
[0031] 114预设频率输出子单兀
[0032] 115初始相位采集子单元
[0033] 12相位判断单元
[0034] 13区间跳转控制单元
[0035] 14谐振频率点获取单元
[0036] 15跳转区间生成单元
[0037] 16相位采集单元
[0038] 17频率输出控制单元
[0039] I8输入单元
[0040] 19显示单元
[0041] S1 ?S6 步骤
【具体实施方式】
[0042] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0043]目前现有的查找换能器谐振频率点的方式为扫频的方式，即线性递加递减频率输 出能量信号查找谐振频率点，缺点是查找速度慢，效率不高。例如从50KHz扫频到60KHz，为 了保证查找结果的准确性，可能需要10000次的判断时间，效率不高。
[0044] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种查找换能器谐振频率 点的方法及系统，用于解决现有技术中查找换能器谐振频率点速度慢、效率低的问题。以下 将详细阐述本发明的一种查找换能器谐振频率点的方法及系统的原理及实施方式，使本领 域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种查找换能器谐振频率点的方法及系 统。
[0045] 请参阅图1，显示为本发明的一种查找换能器谐振频率点的方法的流程示意图。如 图1所示，本发明提供一种查找换能器谐振频率点的方法，包括以下步骤：
[0046] S1，获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率。
[0047] S2,设置一个谐振频率点预设值，并以最大工作频率和谐振频率点预设值形成上 跳区间，以谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间。
[0048] S3,获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位，并判断该电 流相位和该电压相位的超前滞后关系，若电流相位超前电压相位，则跳转到上跳区间，若电 流相位滞后电压相位，则跳转到下跳区间。
[0049] S4,获取当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前 下跳区间的两个端点值与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0050] S5,使换能器以所述中间点频率运行，获取换能器工作在当前上跳区间或当前下 跳区间的中间点频率时的电流相位和电压相位，并判断该电流相位和该电压相位的超前滞 后关系，若电流相位超前电压相位，则跳转到上跳区间，若电流相位滞后电压相位时，则跳 转到下跳区间。
[0051] S6,重复步骤S4和步骤S5,直到换能器的电流相位和电压相位相同，获取电流相 位和电压相位相同时换能器的频率即为谐振频率点。
[0052] 以下对上述各步骤进行详细说明。
[0053] 首先执行步骤S1，获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率。其中，换能器 允许的最小工作频率和最大工作频率根据换能器出厂时的说明书或相关技术文档的描述 可以知道。通常，一批换能器出厂时最小工作频率和最大工作频率的规格和要求基本一致。
[0054] 在获得换能器允许的最小工作频率和最大工作频率之后，接着执行步骤S2。
[0055] 在步骤S2中，设置一个谐振频率点预设值，并以最大工作频率和谐振频率点预设 值形成上跳区间，以谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间。
[0056] 在不知道谐振点频率具体为何值时，可根据经验或采集频率进行处理的方法预设 一个谐振频率点。这个谐振频率点预设值应该在换能器允许的最小工作频率和最大工作频 率之间。
[0057] 具体地，在本实施例中，在步骤S1中，所述谐振频率点预设值也可以取换能器允 许的最小工作频率和最大工作频率的中间值或者中间附近值。
[0058] 在获得换能器允许的最小工作频率、最大工作频率以及谐振频率点预设值之后， 以谐振频率点预设值为分界点，形成两个区间。具体地，以最大工作频率和谐振频率点预设 值形成上跳区间，即上跳区间的两个端点值分别为最大工作频率和谐振频率点预设值；以 谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间，即下跳区间的两个端点值分别为最小工 作频率和谐振频率点预设值。在确定好上跳区间和下跳区间以后，接着执行步骤S3。
[0059] 在步骤S3中，获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位，并 判断该电流相位和该电压相位的超前滞后关系，若电流相位超前电压相位，则跳转到上跳 区间，若电流相位滞后电压相位，则跳转到下跳区间。
[0060] 具体地，在本实施例中，使换能器以谐振频率点预设值运行，采集或测量换能器工 作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位，并判断该电流相位和该电压相位的超前 滞后关系，在电流相位超前电压相位时，负载呈容性，说明当前的换能器频率值小了，谐振 点频率比当前的换能器频率要大，所以应该进一步在上跳区间(最大工作频率和谐振频率 点预设值之间）查找。
[0061] 相反，在电压相位超前电流相位时，负载呈感性，说明当前的换能器频率值大了， 谐振点频率比当前的换能器频率要小，所以应该进一步在下跳区间（最小工作频率和谐振 频率点预设值之间）查找。显然这样的查找方法通过步骤S3就缩小了一半的查找范围。
[0062] 在判断完当前的电流相位和电压相位的大小，并跳到上跳区间或下跳区间之后， 接着执行步骤S4。
[0063] 在步骤S4中，获取当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区 间或当前下跳区间的两个端点值与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。 实际上步骤S4是继续在当前上跳区间或当前下跳区间查找谐振点频率。具体地，获取当前 上跳区间或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下跳区间的两个端点值 与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0064] 具体地，在步骤S3中，若跳到上跳区间继续查找谐振点频率，则在步骤S4中，获取 上跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间的两个端点值（即最大工作频率和谐振频率点 预设值）与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0065] 更进一步地，在步骤S3中，若跳到上跳区间继续查找谐振点频率，则在步骤S4中， 新的上跳区间由原上跳区间的中间点频率与原上跳区间的两个端点值中的较大值形成，即 新的上跳区间的两个端点值分别为最大工作频率和中间点频率；新的下跳区间由中间点频 率与两个端点值中的较小值形成，即新的下跳区间的两个端点值分别为谐振频率点预设值 和中间点频率。
[0066] 相对应地，在步骤S3中，若跳到下跳区间继续查找谐振点频率，则在步骤S4中，获 取下跳区间的中间点频率，并以当前下跳区间的两个端点值（即最小工作频率和谐振频率 点预设值）与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0067] 更进一步地，在步骤S3中，若跳到下跳区间继续查找谐振点频率，则在步骤S4中， 新的上跳区间由原上跳区间的中间点频率与原上跳区间的两个端点值中的较大值形成，即 新的上跳区间的两个端点值分别为谐振频率点预设值和中间点频率；新的下跳区间由中间 点频率与两个端点值中的较小值形成，即新的下跳区间的两个端点值分别为中间点频率和 最小工作频率。
[0068] 在确定好新的上跳区间和新的下跳区间以后，接着执行步骤S5。
[0069] 在步骤S5中，使换能器以所述中间点频率运行，获取换能器工作在当前上跳区间 或当前下跳区间的中间点频率时的电流相位和电压相位，并判断该电流相位和该电压相位 的超前滞后关系，若电流相位超前电压相位，则跳转到上跳区间，若电流相位滞后电压相位 时，则跳转到下跳区间。
[0070] 实际上，步骤S5的跳频方法相当于步骤S3。
[0071] 具体地，在本实施例中，在确定好新的上跳区间和新的下跳区间以后，测量获取换 能器工作在当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率时的电流相位和电压相位，并判断 该电流相位和该电压相位的超前滞后关系，若电流相位超前电压相位，负载呈容性，说明当 前的换能器频率值小了，谐振点频率比当前的换能器频率要大，所以应该进一步在新的上 跳区间(最大工作频率和中间点频率之间或谐振频率点预设值和中间点频率之间）查找。
[0072] 相反，在电压相位超前电流相位时，负载呈感性，说明当前的换能器频率值大了， 谐振点频率比当前的换能器频率要小，所以应该进一步在新的下跳区间（谐振频率点预设 值和中间点频率之间或中间点频率和最小工作频率）查找。显然这样的查找方法通过步骤 S5就又缩小了四分之一的查找范围。接着执行步骤S6。
[0073] 在步骤S6中，重复步骤S4和步骤S5,直到换能器的电流相位和电压相位相同，获 取电流相位和电压相位相同时换能器的频率即为谐振频率点。
[0074] 实际上，本发明的查找换能器谐振点频率的方法是通过不断获取原上跳区间或原 上下跳区间的中间点频率，分别对应形成两个新的上跳区间和新的下跳区间，再判断当前 电流相位和电压相位的大小关系，确定下一次查找的区间，每一次跳频都可以缩小上一次 区间的二分之一的查找范围。也就是说，查找谐振频率点所需的最多次数为i〇g]取整，其中 η为换能器允许的最小工作频率和最大工作频率的差值。可见，本发明通过调频查找的方 法，极大减少了查找次数，同时也可以减少换能器工作时间和温升，提高谐振点查找精度， 有效减少换能器做无用功的次数，提高换能器使用率和寿命，同时也减低了使用成本。此 夕卜，本发明中，由于查找时间非常短，可以增加实时监测换能器工作状态的功能。
[0075] 为实现上述方法，本发明还提供一种查找换能器谐振频率点的系统，如图2和图3 所示，所述查找换能器谐振频率点的系统1具体包括：初始化单元11、相位判断单元12、区 间跳转控制单元13、跳转区间生成单元15、频率输出控制单元17、相位采集单元16、谐振频 率点获取单元14、输入单元18以及显示单元19。
[0076] 所述初始化单元11用于完成以下初始化工作：获取换能器允许的最小工作频率 和最大工作频率，设置一个谐振频率点预设值，同时以最大工作频率和谐振频率点预设值 形成上跳区间，以谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间，并获取换能器工作在 谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位。
[0077] 在本实施例中，如图4所示，所述初始化单元11具体包括：频率获取子单元111、 谐振频率点预设子单元112、初始跳转区间生成子单元113、预设频率输出子单元114以及 初始相位采集子单元115。
[0078] 所述频率获取子单元111用于获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率。 其中，换能器允许的最小工作频率和最大工作频率根据换能器出厂时的说明书或相关技术 文档的描述可以知道。通常，一批换能器出厂时最小工作频率和最大工作频率的规格和要 求基本一致。
[0079] 具体地，如图3所示，可以通过所述输入单元18向初始化单元11输入最小工作频 率、最大工作频率以及谐振频率点预设值。所述输入单元18包括键盘、键入框等。
[0080] 所述输入单元18输入的内容可以通过所述显示单元19显示。
[0081] 所述谐振频率点预设子单元112用于设置一个谐振频率点预设值。在不知道谐振 点频率具体为何值时，可根据经验或采集频率进行处理的方法预设一个谐振频率点。这个 谐振频率点预设值应该在换能器允许的最小工作频率和最大工作频率之间。
[0082] 具体地，在本实施例中，所述谐振频率点预设值也可以取换能器允许的最小工作 频率和最大工作频率的中间值或者中间附近值。
[0083] 所述初始跳转区间生成子单元113与所述频率获取子单元111、所述谐振频率点 预设子单元112相连、以最大工作频率和谐振频率点预设值形成上跳区间、以谐振频率点 预设值和最小工作频率形成下跳区间。
[0084] 在获得换能器允许的最小工作频率、最大工作频率以及谐振频率点预设值之后， 以谐振频率点预设值为分界点，形成两个区间。具体地，以最大工作频率和谐振频率点预设 值形成上跳区间，即上跳区间的两个端点值分别为最大工作频率和谐振频率点预设值；以 谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间，即下跳区间的两个端点值分别为最小工 作频率和谐振频率点预设值。
[0085] 所述预设频率输出子单元114用于将谐振频率点预设值输入到换能器中使换能 器以该谐振频率点预设值运行。
[0086] 所述初始相位采集子单元115用于获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电 流相位和电压相位。
[0087] 所述相位判断单元12与所述初始化单元11相连，判断电流相位和电压相位的超 前滞后关系：若电流相位超前电压相位，则输出第一判断结果；若电流相位滞后电压相位， 则输出第二判断结果；若电流相位等于电压相位，则输出第三判断结果。
[0088] 具体地，在本实施例中，使换能器以谐振频率点预设值运行，采集或测量换能器工 作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位之后，所述相位判断单元12判断该电流 相位和该电压相位的超前滞后关系，在电流相位超前电压相位时，负载呈容性，说明当前的 换能器频率值小了，谐振点频率比当前的换能器频率要大，所以应该进一步在上跳区间（最 大工作频率和谐振频率点预设值之间）查找，输出表示应该跳转到上跳区间继续查找的第 一判断结果。
[0089] 相反，在电压相位超前电流相位时，负载呈感性，说明当前的换能器频率值大了， 谐振点频率比当前的换能器频率要小，所以应该进一步在下跳区间（最小工作频率和谐振 频率点预设值之间)查找，输出表示应该跳转到下跳区间继续查找的第二判断结果。显然这 样的查找方法就缩小了一半的查找范围。
[0090] 最好的结果是，在电压相位等于电流相位时，说明当前的换能器频率就是谐振点 频率，所以应该停止查找，输出表示应该停止继续查找的第三判断结果。
[0091] 所述区间跳转控制单元13与所述相位判断单元12相连，若接收到所述相位判断 单元12输出的第一判断结果，则跳转到上跳区间，若接收到所述相位判断单元12输出的第 二判断结果，则跳转到下跳区间。
[0092] 所述跳转区间生成单元15与所述区间跳转控制单元13相连，获取当前上跳区间 或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下跳区间的两个端点值与对应的 中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0093] 获取当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下跳 区间的两个端点值与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。实际上步骤S4 是继续在当前上跳区间或当前下跳区间查找谐振点频率。具体地，获取当前上跳区间或当 前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下跳区间的两个端点值与对应的中间 点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0094] 具体地，若跳到上跳区间继续查找谐振点频率，则获取上跳区间的中间点频率，并 以当前上跳区间的两个端点值（即最大工作频率和谐振频率点预设值）与对应的中间点频 率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0095] 更进一步地，若跳到上跳区间继续查找谐振点频率，则新的上跳区间由原上跳区 间的中间点频率与原上跳区间的两个端点值中的较大值形成，即新的上跳区间的两个端点 值分别为最大工作频率和中间点频率；新的下跳区间由中间点频率与两个端点值中的较小 值形成，即新的下跳区间的两个端点值分别为谐振频率点预设值和中间点频率。
[0096] 相对应地，若跳到下跳区间继续查找谐振点频率，则获取下跳区间的中间点频率， 并以当前下跳区间的两个端点值（即最小工作频率和谐振频率点预设值）与对应的中间点 频率形成新的上跳区间和新的下跳区间。
[0097] 更进一步地，若跳到下跳区间继续查找谐振点频率，则新的上跳区间由原上跳区 间的中间点频率与原上跳区间的两个端点值中的较大值形成，即新的上跳区间的两个端点 值分别为谐振频率点预设值和中间点频率；新的下跳区间由中间点频率与两个端点值中的 较小值形成，即新的下跳区间的两个端点值分别为中间点频率和最小工作频率。
[0098] 所述频率输出控制单元17与所述跳转区间生成单元15及所述换能器相连，用于 将当前上跳区间或下跳区间的中间点频率输入到换能器中使换能器以该中间点频率运行。 [0099] 所述相位采集单元16与所述相位判断单元12及换能器相连，获取换能器工作在 当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率时的电流相位和电压相位。并将获取的电流相 位和电压相位输送至所述相位判断单元12,以供所述相位判断单元12进行判断。
[0100] 所述谐振频率点获取单元14与所述相位判断单元12相连，若接收到所述相位判 断单元12输出的第三判断结果，则获取电流相位和电压相位相同时换能器的频率即为谐 振频率点。所述谐振频率点获取单元14获取的谐振频率点可以通过所述显示单元19进行 显不。
[0101] 实际上，本发明的查找换能器谐振点频率的系统也是通过不断获取原上跳区间或 原上下跳区间的中间点频率，分别对应形成两个新的上跳区间和新的下跳区间，再判断当 前电流相位和电压相位的大小关系，确定下一次查找的区间，每一次跳频都可以缩小上一 次区间的二分之一的查找范围。也就是说，查找谐振频率点所需的最多次数为log]取整， 其中η为换能器允许的最小工作频率和最大工作频率的差值。可见，本发明通过调频查找 的系统，极大减少了查找次数，同时也可以减少换能器工作时间和温升，提高谐振点查找精 度，有效减少换能器做无用功的次数，提高换能器使用率和寿命，同时也减低了使用成本。 此外，本发明中，由于查找时间非常短，可以增加实时监测换能器工作状态的功能。
[0102] 为使本领域技术人员进一步理解本发明的查找换能器谐振频率点的方法，下面以 具体实例进一步说明本发明中查找换能器谐振频率点的方法的原理和实施过程。
[0103] 假设某批换能器的出厂谐振频率范围为（50000ΗΖ，60000Ηζ)，即最大工作频率为 60000Hz，最小工作频率为50000Hz。
[0104] 取其中间点频率即55000Hz作为谐振频率点预设值，即上跳区间为（55000Hz? 60000Hz)，下跳区间为（50000Hz ?55000Hz)。
[0105] 此时假设监测到电流的相位超前电压，需跳到上跳区间，即进行第1次跳频，跳到 (55000Hz ?60000Hz)。
[0106] 然后取该上跳区间的中间点频率即57500Hz，形成新的下跳区间为（55000Hz? 57500Hz)，新的上跳区间为（57500Hz ?60000Hz)。
[0107] 此时假设监测到当前电压相位超前电流，应该跳到下跳区间，即进行第2次跳频， 跳到（55000Hz，57500Hz)。
[0108] 之后，重复上述两个步骤，取该下跳区间中间点频率值即56250Hz输出，形成新的 上跳区间为（56250Hz?57500Hz)，新的下跳区间为（55000Hz?56250Hz)。
[0109] 以此类推，当电压电流同相时，停止跳变，此时换能器的输出频率即为谐振频率 点。
[0110] 现有技术中，从50000Hz扫频到60000Hz，为了保证查找结果的准确性，可能需 要10000次的判断时间，但根据本发明的查找换能器谐振频率点的方法，计算可知，在 10000Hz的谐振点范围内，最多只需logf^ = 14次，即可查找到谐振点频率，查找效率提高 99. 9%，极大减少检测等待时间。
[0111] 综上所述，如上所述，本发明的一种查找换能器谐振频率点的方法及系统，达到了 以下有益效果：
[0112] 1、本发明通过调频查找的方法，极大减少了查找次数，最多可由原来的10000次 降低到14次，查找效率提高99. 9%，极大减少检测换能器谐振频率点的等待时间。
[0113] 2、本发明在大大缩减查找时间的同时，也可以减少换能器工作时间和温升，提高 谐振点查找精度。
[0114] 3、本发明可以有效减少换能器做无用功的次数，提高换能器使用率和寿命，同时 也减低了使用成本。
[0115] 4、本发明中，由于查找时间非常短，可以增加实时监测换能器工作状态的功能。
[0116] 所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0117] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1. 一种查找换能器谐振频率点的方法，其特征在于，包括： S1，获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率； 52, 设置一个谐振频率点预设值，并以最大工作频率和谐振频率点预设值形成上跳区 间，以谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间； 53, 获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位，并判断该电流相 位和该电压相位的超前滞后关系，若电流相位超前电压相位，则跳转到上跳区间，若电流相 位滞后电压相位，则跳转到下跳区间； 54, 获取当前上跳区间或当前下跳区间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下跳 区间的两个端点值与对应的中间点频率形成新的上跳区间和新的下跳区间； 55, 使换能器以所述中间点频率运行，获取换能器工作在当前上跳区间或当前下跳区 间的中间点频率时的电流相位和电压相位，并判断该电流相位和该电压相位的超前滞后关 系，若电流相位超前电压相位，则跳转到上跳区间，若电流相位滞后电压相位时，则跳转到 下跳区间； 56, 重复步骤S4和步骤S5,直到换能器的电流相位和电压相位相同，获取电流相位和 电压相位相同时换能器的频率即为谐振频率点。
2. 根据权利要求1所述的查找换能器谐振频率点的方法，其特征在于，在步骤S1中，所 述谐振频率点预设值为最小工作频率和最大工作频率的中间值。
3. 根据权利要求1所述的查找换能器谐振频率点的方法，其特征在于，在步骤S4中，新 的上跳区间由中间点频率与两个端点值中的较大值形成；新的下跳区间由中间点频率与两 个端点值中的较小值形成。
4. 一种查找换能器谐振频率点的系统，其特征在于，包括： 初始化单元，获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率，设置一个谐振频率点 预设值，同时以最大工作频率和谐振频率点预设值形成上跳区间，以谐振频率点预设值和 最小工作频率形成下跳区间，并获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压 相位； 相位判断单元，与所述初始化单元相连，判断电流相位和电压相位的超前滞后关系：若 电流相位超前电压相位，则输出第一判断结果；若电流相位滞后电压相位，则输出第二判断 结果；若电流相位等于电压相位，则输出第三判断结果； 区间跳转控制单元，与所述相位判断单元相连，若接收到所述相位判断单元输出的第 一判断结果，则跳转到上跳区间，若接收到所述相位判断单元输出的第二判断结果，则跳转 到下跳区间； 跳转区间生成单元，与所述区间跳转控制单元相连，获取当前上跳区间或当前下跳区 间的中间点频率，并以当前上跳区间或当前下跳区间的两个端点值与对应的中间点频率形 成新的上跳区间和新的下跳区间； 频率输出控制单元，与所述跳转区间生成单元及所述换能器相连，用于将当前上跳区 间或下跳区间的中间点频率输入到换能器中使换能器以该中间点频率运行； 相位采集单元，与所述相位判断单元及换能器相连，获取换能器工作在当前上跳区间 或当前下跳区间的中间点频率时的电流相位和电压相位； 谐振频率点获取单元，与所述相位判断单元相连，若接收到所述相位判断单元输出的 第三判断结果，则获取电流相位和电压相位相同时换能器的频率即为谐振频率点。
5. 根据权利要求4所述的查找换能器谐振频率点的系统，其特征在于，还包括用于向 初始化单元输入最小工作频率、最大工作频率以及谐振频率点预设值的输入单元。
6. 根据权利要求4或5所述的查找换能器谐振频率点的系统，其特征在于，还包括用于 显示所述谐振频率点获取单元获取的谐振频率点的显示单元。
7. 根据权利要求4所述的查找换能器谐振频率点的系统，其特征在于，所述初始化单 元包括： 获取换能器允许的最小工作频率和最大工作频率的频率获取子单元； 设置一个谐振频率点预设值的谐振频率点预设子单元； 与所述频率获取子单元、所述谐振频率点预设子单元相连、以最大工作频率和谐振频 率点预设值形成上跳区间、以谐振频率点预设值和最小工作频率形成下跳区间的初始跳转 区间生成子单元； 用于将谐振频率点预设值输入到换能器中使换能器以该谐振频率点预设值运行的预 设频率输出子单兀； 获取换能器工作在谐振频率点预设值时的电流相位和电压相位的初始相位采集子单 J Li 〇
8. 根据权利要求4或7所述的查找换能器谐振频率点的系统，其特征在于，所述谐振频 率点预设值为最小工作频率和最大工作频率的中间值。
9. 根据权利要求4所述的查找换能器谐振频率点的系统，其特征在于，在所述跳转区 间生成单元中，新的上跳区间由中间点频率与两个端点值中的较大值形成；新的下跳区间 由中间点频率与两个端点值中的较小值形成。
【文档编号】G01R23/12GK104142426SQ201310169366
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】张亚东, 陈启章, 姚银峰, 方云才, 汪炬 申请人:瑞奇外科器械(中国)有限公司, 华外医疗器械(上海)有限公司