一种超声波信号动态调整方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种超声波信号动态调整方法、装置及系统，该超声波信号动态调整方法包括：步骤a：向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动该超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号；步骤b：从超声波换能器的接收装置接收经过该待测介质后的超声波信号；步骤c：根据接收的超声波信号的幅值确定该超声波换能器的中心频率；步骤d：根据该中心频率调整超声波频率激励信号的频率，向超声波换能器发送经调整后的超声波频率激励信号，重复执行步骤a～步骤d。通过本发明，自动识别和匹配超声激励信号的频率与超声波换能器中心频率，并可动态改变超声激励信号的频率，使超声波换能器系统工作在最佳状态。
【专利说明】一种超声波信号动态调整方法、装置及系统
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种超声波检测技术，具体地，是关于一种超声波信号动态调整方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]超声波检测技术在各个领域得到了广泛应用。在医疗器械领域，利用超声波检测检测液体管路中气泡的技术普遍应用于诸如注射泵、输液泵、血液透析机、自体血液回收机、输液系统或心肺机以及制药和工业中的计量和移液滴定装置等。
[0003]在进行超声波气泡检测的过程中，外部施加于超声波换能器的驱动信号的频率越接近换能器固有的中心频率，则发射的超声波信号越强。当驱动信号的频率偏离换能器固有的中心频率时，发射效率会降低，输出信号幅度减小。目前的超声波检测流程如下:夕卜部施加的驱动脉冲信号往往通过阻容器件构成的振荡电路产生超声波频率激励信号，超声波换能器发生端根据该超声波频率激励信号产生超声波信号，该超声波信号经过待测介质(如管路、液体、空气等介质)后，由超声波换能器接收端接收,并经过信号处理对接收的超声波信号进行处理和识别，从而通过检测接收的超声波信号的强弱来识别管路中液体或气体。
[0004]但由于阻容器件的分散性、一致性无法保证，直接导致输出效率的降低。另一方面，超声波换能器自身固有的中心频率存在差异，无法确保其一致性，同样会导致外部驱动信号的频率与超声波换能器自身固有的中心频率不能很好的匹配，导致发射效率的降低。同时在应用中同样存在发射信号过强的问题，发射信号过强，容易造成信号的失真，会影响检测结果，甚至造成误判。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的主要目的在于提供一种超声波信号动态调整方法、装置及系统，针对上述现有技术中存在的缺点，实现外接驱动信号的频率与换能器自身固有中心频率的自动匹配及调整，达到最佳的检测效果。
[0006]为了实现上述目的，本发明实施例提供一种超声波信号动态调整方法，该超声波信号动态调整方法包括:步骤a:向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动所述超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号；步骤b:从超声波换能器的接收装置接收经过所述待测介质后的超声波信号；步骤c:根据接收的超声波信号的幅值确定所述超声波换能器的中心频率；步骤d:根据所述中心频率调整超声波频率激励信号的频率，向超声波换能器发送经调整后的超声波频率激励信号，重复执行步骤a?步骤d。
[0007]在一实施例中，上述超声波信号动态调整方法还包括:根据接收的超声波信号判断所述待测介质的状态。
[0008]在一实施例中，上述根据接收的超声波信号判断所述待测介质的状态，包括:根据所述幅值的大小，检测所述待测介质中是否存在气体。[0009]在一实施例中，在向超声波换能器发送经调整后的超声波频率激励信号之前，上述步骤d还包括:判断接收到的超声波信号是否存在失真，如果是，则调整所述超声波频率激励信号的频率。
[0010]具体地，上述的向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动所述超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号，包括:向功率驱动器发送超声波频率激励信号；控制所述功率驱动器将所述超声波频率激励信号进行功率放大后发送给所述超声波换能器；驱动所述超声波换能器的发射装置根据放大后的超声波频率激励信号向待测介质发射一超声波信号。
[0011]本发明实施例还提供一种超声波信号动态调整系统，该超声波信号动态调整系统包括:信号发送单元，用于向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动所述超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号；超声波信号接收单元，用于从超声波换能器的接收装置接收经过所述待测介质后的超声波信号；中心频率确定单元，用于根据接收的超声波信号的幅值确定所述超声波换能器的中心频率；频率调整单元，用于根据所述中心频率调整超声波频率激励信号的频率。
[0012]在一实施例中，上述超声波信号动态调整系统还包括:介质状态检测单元，用于根据接收的超声波信号判断所述待测介质的状态。
[0013]在一实施例中，上述的介质状态检测单元具体用于根据所述幅值的大小，检测所述待测介质中是否存在气体。
[0014]具体地，上述信号发送单元包括:信号发送模块，用于向功率驱动器发送超声波频率激励信号；控制模块，用于控制所述功率驱动器将所述超声波频率激励信号进行功率放大后发送给所述超声波换能器；驱动模块，用于驱动所述超声波换能器的发射装置根据放大后的超声波频率激励信号向待测介质发射一超声波信号。
[0015]本发明实施例还提供一种超声波信号动态调整装置，该超声波信号动态调整装置包括:控制器、超声波换能器、功率驱动器、信号放大电路及信号变换电路，其中，所述控制器产生并向所述功率驱动器发送一超声波频率激励信号；所述功率驱动器将所述超声波频率激励信号进行功率放大后发送给所述超声波换能器；所述超声波换能器包括:发射装置及接收装置，所述发射装置根据放大后的超声波频率激励信号生成超声波信号，并将所述超声波信号发送至待测介质；所述接收装置接收经过所述待测介质后的超声波信号，并将经过所述待测介质后的超声波信号转换为电信号后发送给所述信号放大电路；所述信号放大电路将所述电信号放大后发送至所述信号变换电路；所述信号变换电路将放大后的电信号转换为直流信号后发送至所述控制器；所述控制器根据所述直流信号的幅值设置所述超声波换能器的中心频率，并根据所述中心频率调整超声波频率激励信号的频率。
[0016]本发明的有益效果在于，优化超声激励信号的频率与超声波换能器中心频率的匹配，自动识别超声超声波换能器最佳工作频率；为避免信号失真，动态改变超声激励信号的频率，使超声波换能器系统工作在最佳状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为根据本发明实施例的超声波信号动态调整方法的流程图；
[0019]图2为根据本发明实施例的MEGA88P芯片的结构示意图；
[0020]图3为根据本发明实施例的MEGA88P芯片的管脚1、2输出波形示意图；
[0021]图4为根据本发明实施例的NE5532高性能放大器的结构示意图；
[0022]图5为根据本发明实施例的超声波信号动态调整系统的结构示意图；
[0023]图6为根据本发明实施例的信号发送单元I的结构示意图；
[0024]图7为根据本发明实施例的超声波信号动态调整装置的结构示意图；
[0025]图8为根据本发明实施例的超声波气泡检测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]本发明实施例提供一种超声波信号动态调整方法、装置及系统。以下结合附图对本发明进行详细说明。
[0028]本发明实施例提供一种超声波信号动态调整方法，如图1所示，该超声波信号动态调整方法包括:
[0029]步骤101:向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号；
[0030]步骤102:从超声波换能器的接收装置接收经过待测介质后的超声波信号；
[0031]步骤103:根据接收的超声波信号的幅值确定超声波换能器的中心频率；
[0032]步骤104:根据中心频率调整超声波频率激励信号的频率，向超声波换能器发送经调整后的超声波频率激励信号，重复执行上述步骤101?步骤104。
[0033]通过以上描述可知，利用本发明实施例的超声波信号动态调整方法，可动态地调整超声波换能器的中心频率，并可根据该中心频率自动匹配和调整超声波激励信号的频率，从而使超声波换能器系统工作在最佳状态。
[0034]具体实施时，本发明实施例的超声波信号动态调整方法可应用于通过超声波信号检测传输介质中是否存在气泡或泡沫等杂质的技术中，以下对上述各步骤进行详细描述。
[0035]上述步骤101中，向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号。实际应用中，可由一控制部分通过内部定时器及中断控制功能产生超声波换能器所需的超声波频率激励信号(例如是200KHz)。该控制部分通常采用单片微型控制器(即单片机)实现整体控制功能。单片机具有较强的集成度，涵盖了中央处理单元(CPU)、内部数据存储器、程序存储器、非易失性存储器、定时计数单元、中断控制器、外部事件捕捉单元(ICP)、AD/DA变换器等功能，即简化系统的设计、降低体积和成本，同时也提高了系统的可靠性。根据综合比较，在本发明实施例中选取了 ATmel的MEGA88P芯片(如图2所示)，以实现总体功能，也可根据实际需要采用不同型号的芯片，本发明并不以此为限。该MEGA88P芯片的管脚12的一端与ICPl连接，用于脉冲输入捕捉，另一端与管脚23连接，用于模数转换；管脚9与LED灯连接，用于状态指示。上述的超声波频率激励信号可为MEGA88P芯片的管脚1、2输出的脉冲信号，如图3所示，该MEGA88P芯片的管脚I输出的超声波信号波形与管脚2输出的超声波信号波形反相，相差为180度。
[0036]控制部分将产生的超声波频率激励信号发送给超声波换能器，该超声波换能器的发射装置根据该超声波频率激励信号产生相应的超声波信号，并将该超声波信号发送至待测介质进行超声波检测。
[0037]上述步骤102中，从超声波换能器的接收装置接收经过待测介质后的超声波信号。在此之前，超声波换能器的发射装置向待测介质发射超声波信号，用以检测该待测介质中是否存在气泡或泡沫，由该超声波换能器的接收装置接收经过了该待测介质后的超声波信号，并将接收到的超声波信号再传送给上述的控制部分，通过该控制部分对接收的超声波信号进行分析，可以检测该待测介质中是否存在气泡或泡沫。
[0038]超声波换能器的接收装置能够将超声波信号转换为电信号，其向控制部分输出的电信号为毫伏级，本发明实施例的超声波信号动态调整方法还可包括:通过一放大电路实现信号放大过程。放大电路必须考虑信号带宽问题，以避免信号失真。在本发明实施例中采用AD公司NE5532高性能放大器作为放大元件(如图4所示)，辅助其它器件完成信号放大功能。
[0039]经过上述放大电路放大后的信号为交流信号，其幅度与待测介质的状态有关(液体、气体或气液比例)，为更为有效的识别判断，需要将交流信号转换为直流信号。因此，本发明实施例的超声波信号动态调整方法还可包括采用整流滤波电路完成信号由交流到直流的变换过程。而单片机中的中央处理单元(CPU)只能处理数字信号，无法识别直流模拟信号，因此需要通过模数转换器对直流模拟信号进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。在本发明实施例中，直接利用MEGA88P单片机自身的10位模数变换单元完成信号的数模转换。
[0040]在上述步骤103中，控制部分接收到由超声波换能器的接收装置反馈的超声波信号，并对该超声波信号进行识别和分析，在具体的气泡检测过程中，由控制部分连续产生不同频率的超声波频率激励信号，并对由超声波换能器的接收装置反馈的超声波信号进行幅值检测，将幅值为最大时的超声波频率激励信号的频率设定为超声波换能器固有的中心频率，并将此频率存储于MEGA88P内部的非易失性存储单元(EEPROM)中，作为换能器特性参数进行保存。
[0041]在根据反馈的超声波信号的幅值设定了超声波换能器的中心频率后，即可执行上述的步骤104，根据该中心频率调整控制部分产生的超声波频率激励信号的频率，并向超声波换能器发送经频率调整后的超声波频率激励信号，并循环执行上述步骤101?步骤104，由于超声波换能器自身固有的中心频率存在差异，通过上述各步骤可以即时动态调整超声波换能器的中心频率。
[0042]由以上描述可知，通过本发明实施例的超声波信号动态调整方法，优化超声波频率激励信号的频率与超声波换能器固有频率(中心频率)的匹配。由于超声波换能器都具有其固有的中心频率，当提供的外接激励信号频率与换能器中心频率一致时，其发射强度最大；当偏离其固有中心频率时，换能器发射强度降低，容易造成系统不能正常工作。因此，通过自动识别并匹配超声波换能器最佳工作频率，能够使超声波换能器工作在最佳状态。
[0043]在实际的应用过程中，上述步骤104还包括:检测超声波换能器反馈的超声波信号是否失真。如果检测到反馈的超声波信号幅度过高，则很容易产生信号失真。此时可适当改变超声波频率激励信号的频率，以改变超声波换能器的中心频率，适当降低发射和转换效率，可以有效减少号失真，避免造成误判。
[0044]如上文所述，本发明实施例的超声波信号动态调整方法可应用于通过超声波信号检测传输介质中是否存在气泡或泡沫等杂质的技术中，由控制部分对该超声波信号进行识另O，并做进一步判断和处理，根据超声波换能器反馈的超声波信号判断待测介质的状态，具体地，是根据该超声波信号的幅值、波形、频率等特征，识别管路中该待测介质的状态，即判断该待测介质中是否存在气体，并可通过设置输出指示灯和输出信号端子指示该待测介质的状态。
[0045]由于单片机输出管脚驱动能力较弱，只有毫安级，其输出的超声波频率激励信号可能无法驱动超声波换能器产生较强的超声波信号，因此需要对该超声波频率激励信号进行功率放大。具体步骤如下:由控制部分向一功率驱动器发送超声波频率激励信号，该功率驱动器将超声波频率激励信号进行功率放大并发送给超声波换能器，放大后的超声波频率激励信号驱动超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号。实际应用中，可采用高频三极管1815 (V1、V2)通过上述方法对超声波频率激励信号进行功率放大，其带宽为80MHz ο
[0046]综上所述，利用本发明实施例的超声波信号动态调整方法，对超声激励信号的频率与超声波换能器中心频率的匹配进行优化，实现自动识别并调整超声超声波换能器的最佳工作频率，同时，为避免信号失真，可动态改变超声激励信号的频率，使超声波换能器系统工作在最佳状态。
[0047]本发明实施例还提供一种超声波信号动态调整系统。如图5所示，该超声波信号动态调整系统包括:信号发送单元1、超声波信号接收单元2、中心频率确定单元3及频率调整单元4，以下对该超声波信号动态调整系统中各部分的结构及功能进行详细说明。
[0048]信号发送单元I用于向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动所述超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号。在实际应用中，可由控制部分通过内部定时器及中断控制功能产生超声波换能器所需的超声波频率激励信号(例如是200KHz)。该控制部分通常可采用单片微型控制器(即单片机)实现整体控制功能。单片机具有较强的集成度，涵盖了中央处理单元(CPU)、内部数据存储器、程序存储器、非易失性存储器、定时计数单元、中断控制器、外部事件捕捉单元(ICP)、AD/DA变换器等功能，即简化系统的设计、降低体积和成本，同时也提高了系统的可靠性。根据综合比较，在本发明实施例中选取了 ATmel的MEGA88P芯片(如图2所示)，以实现总体功能，也可根据实际需要采用不同型号的芯片，本发明并不以此为限。该MEGA88P芯片的管脚12的一端与ICPl连接，用于脉冲输入捕捉，另一端与管脚23连接，用于模数转换；管脚9与LED灯连接，用于状态指示。上述的超声波频率激励信号可为MEGA88P芯片的管脚1、2输出的脉冲信号，如图3所示，该MEGA88P芯片的管脚I输出的超声波信号波形与管脚2输出的超声波信号波形反相，相差为180 度。
[0049]信号发送单元I将超声波频率激励信号发送给超声波换能器，该超声波换能器的发射装置根据该超声波频率激励信号产生相应的超声波信号，并将该超声波信号发送至待测介质进行超声波检测。
[0050]超声波信号接收单元2用于从超声波换能器的接收装置接收经过待测介质后的超声波信号。在此之前，超声波换能器的发射装置向待测介质发射超声波信号，用以检测该待测介质中是否存在气泡或泡沫，由该超声波换能器的接收装置接收经过了该待测介质后的超声波信号，并将接收到的超声波信号再传送给上述的超声波信号接收单元2，再由上述控制部分对接收的超声波信号进行分析，可以检测该待测介质中是否存在气泡或泡沫。
[0051]超声波换能器的接收装置能够将超声波信号转换为电信号，其向控制部分输出的电信号为毫伏级，本发明实施例的超声波信号动态调整系统还可包括一放大电路，以对该电信号进行放大。放大电路必须考虑信号带宽问题，以避免信号失真。在本发明实施例中采用AD公司NE5532高性能放大器作为放大元件(如图4所示)，辅助其它器件完成信号放大功能。
[0052]经过上述放大电路放大后的信号为交流信号，其幅度与待测介质的状态有关(液体、气体或气液比例)，为更为有效的识别判断，需要将交流信号转换为直流信号。因此，本发明实施例的超声波信号动态调整系统还可包括整流滤波电路，以将信号由交流信号变换为直流信号。而单片机中的中央处理单元(CPU)只能处理数字信号，无法识别直流模拟信号，因此需要通过模数转换器对直流模拟信号进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。在本发明实施例中，是直接利用MEGA88P单片机自身的10位模数变换单元完成信号的模数变换。
[0053]中心频率确定单元3用于根据接收的超声波信号的幅值确定超声波换能器的中心频率。在具体的气泡检测过程中，由控制部分连续产生不同频率的超声波频率激励信号，并对由超声波换能器的接收装置反馈的超声波信号进行幅值检测，中心频率确定单元3将幅值为最大时的超声波频率激励信号的频率设定为超声波换能器固有的中心频率，并将此频率存储于MEGA88P内部的非易失性存储单元(EEPROM)中，作为换能器特性参数进行保存。
[0054]在根据反馈的超声波信号的幅值设定了超声波换能器的中心频率后，即可通过频率调整单元4根据该中心频率调整控制部分产生的超声波频率激励信号的频率，并由信号发送单元I向超声波换能器发送经频率调整后的超声波频率激励信号。
[0055]由以上描述可知，通过本发明实施例的超声波信号动态调整系统，优化超声波频率激励信号的频率与超声波换能器固有频率(中心频率)的匹配。由于超声波换能器都具有其固有的中心频率，当提供的外接激励信号频率与换能器中心频率一致时，其发射强度最大；当偏离其固有中心频率时，换能器发射强度降低，容易造成系统不能正常工作。因此，通过自动识别并匹配超声波换能器最佳工作频率，能够使超声波换能器工作在最佳状态。
[0056]上述超声波信号动态调整系统还可包括失真检测单元，用于检测超声波换能器反馈的超声波信号是否失真。如果检测到反馈的超声波信号幅度过高，则很容易产生信号失真。此时可适当改变超声波频率激励信号的频率，以改变超声波换能器的中心频率，适当降低发射和转换效率，可以有效减少信号失真，避免造成误判。
[0057]具体实施时，本发明实施例的超声波信号动态调整系统可应用于通过超声波信号检测传输介质中是否存在气泡或泡沫等杂质的技术中，该超声波信号动态调整系统还可包括:介质状态检测单元，用于根据超声波换能器反馈的超声波信号判断待测介质的状态，具体地，是根据该超声波信号的幅值、波形、频率等特征，识别管路中该待测介质的状态，即判断该待测介质中是否存在气体，并可通过设置输出指示灯和输出信号端子指示该待测介质的状态。
[0058]由于单片机输出管脚驱动能力较弱，只有毫安级，其输出的超声波频率激励信号可能无法驱动超声波换能器产生较强的超声波信号，在本发明实施例中，可通过信号发送单元I实现控制功率驱动器对超声波频率激励信号进行功率放大的功能。如图6所示，该信号发送单元I包括:信号发送模块11，用于向功率驱动器发送超声波频率激励信号；控制模块12，用于控制功率驱动器将超声波频率激励信号进行功率放大后发送给超声波换能器；驱动模块13，用于驱动超声波换能器的发射装置根据放大后的超声波频率激励信号向待测介质发射一超声波信号。实际应用中，可采用高频三极管1815 (V1、V2)对超声波频率激励信号进行功率放大，其带宽为80MHz。
[0059]综上所述，利用本发明实施例的超声波信号动态调整系统，对超声激励信号的频率与超声波换能器中心频率的匹配进行优化，实现自动识别并调整超声超声波换能器的最佳工作频率，同时，为避免信号失真，可动态改变超声激励信号的频率，使超声波换能器系统工作在最佳状态。
[0060]本发明实施例还提供一种超声波信号动态调整装置，如图7所示，该超声波信号动态调整装置10包括:控制器101、超声波换能器102、功率驱动器103、信号放大电路104及信号变换电路105，以下对该超声波信号动态调整装置中各部分的结构及功能进行详细说明。
[0061]控制器101产生一超声波频率激励信号，并将该超声波频率激励信号发送至功率驱动器103。该控制器101通过内部定时器及中断控制功能产生超声波换能器所需的超声波频率激励信号(例如是200KHZ)。该控制器101通常可采用单片微型控制器(即单片机)实现整体控制功能。单片机具有较强的集成度，涵盖了中央处理单元(CPU)、内部数据存储器、程序存储器、非易失性存储器、定时计数单元、中断控制器、外部事件捕捉单元(ICP)、AD/DA变换器等功能，即简化系统的设计、降低体积和成本，同时也提高了系统的可靠性。根据综合比较，在本发明实施例中选取了 ATmel的MEGA88P芯片(如图2所示)，以实现总体功能，也可根据实际需要采用不同型号的芯片，本发明并不以此为限。该MEGA88P芯片的管脚12的一端与ICPl连接，用于脉冲输入捕捉，另一端与管脚23连接，用于模数转换；管脚9与LED灯连接，用于状态指示。上述的超声波频率激励信号可为MEGA88P芯片的管脚1、2输出的脉冲信号，如图3所示，该MEGA88P芯片的管脚I输出的超声波信号波形与管脚2输出的超声波信号波形反相，相差为180度。
[0062]由于控制器101输出管脚驱动能力较弱，只有毫安级，其输出的超声波频率激励信号可能无法驱动超声波换能器产生较强的超声波信号，因此，在本发明实施例中，通过上述功率驱动器103对超声波频率激励信号进行功率放大，并发送给超声波换能器102。实际应用中，可采用高频三极管1815 (V1、V2)作为功率驱动器103，对超声波频率激励信号进行功率放大，其带宽为80MHz。
[0063]超声波换能器102包括:发射装置及接收装置，该发射装置根据放大后的超声波频率激励信号生成超声波信号，并将该超声波信号发送至待测介质；超声波换能器102的接收装置接收经过待测介质后的超声波信号，并将经过待测介质后的超声波信号转换为电信号后发送给信号放大电路104。
[0064]由于超声波换能器102的接收装置输出的电信号为毫伏级，因此，需要对通过放大电路104进行信号放大，放大电路104必须考虑信号带宽问题，以避免信号失真。在本发明实施例中采用AD公司NE5532高性能放大器作为放大元件(如图4所示)，辅助其它器件完成信号放大功能。信号放大电路104将电信号放大后发送至信号变换电路105。
[0065]经过上述放大电路104放大后的信号为交流信号，其幅度与待测介质的状态有关(液体、气体或气液比例)，为更为有效的识别判断，需要将交流信号转换为直流信号。本发明实施例的信号变换电路105为整流滤波电路，以将上述放大电路104放大后的信号由交流信号变换为直流信号，并将该直流信号发送给上述控制器101。而控制器101中的中央处理单元(CPU)只能处理数字信号，无法识别直流模拟信号，因此需要通过模数转换器对直流模拟信号进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。在本发明实施例中，是直接利用控制器101自身的10位模数变换单元完成信号的模数变换。
[0066]在接收到信号变换电路105传送的直流信号，并将其转换为可识别的数字信号后，控制器101根据该直流信号的幅值设置超声波换能器102的中心频率，并根据该中心频率调整超声波频率激励信号的频率。在具体的气泡检测过程中，由控制器101连续产生不同频率的超声波频率激励信号，并对由超声波换能器102的接收装置反馈的超声波信号进行幅值检测，控制器101将幅值为最大时的超声波频率激励信号的频率设定为超声波换能器固有的中心频率，并将此频率存储于MEGA88P内部的非易失性存储单元(EEPROM)中，作为换能器特性参数进行保存。
[0067]由以上描述可知，通过本发明实施例的超声波信号动态调整装置，优化超声波频率激励信号的频率与超声波换能器固有频率(中心频率)的匹配。由于超声波换能器都具有其固有的中心频率，当提供的外接激励信号频率与换能器中心频率一致时，其发射强度最大；当偏离其固有中心频率时，换能器发射强度降低，容易造成系统不能正常工作。因此，通过本发明实施例的超声波信号动态调整系统，自动识别并匹配超声波换能器最佳工作频率，能够使超声波换能器工作在最佳状态。
[0068]以下结合一应用实例对本发明实施例的超声波信号动态调整装置进行说明。
[0069]在医疗器械领域，利用超声波检测检测液体管路中气泡的技术普遍应用于诸如注射泵、输液泵、血液透析机、自体血液回收机、输液系统或心肺机以及制药和工业中的计量和移液滴定装置等。如图8所示，应用于上述各医疗器械的超声波气泡检测系统主要包括:主控板，变频器与离心电机、LCD显示触摸屏，电源装置，步进电机及驱动器，超声波换能器及打印机。
[0070]其中，该主控板的中央处理单元为W77E516，通过该主控板实现对上述变频器与离心电机、LCD显示触摸屏，电源装置，步进电机及驱动器，超声波换能器及打印机的控制功能，并接收由LCD显示触摸屏反馈回的指令。
[0071]超声波气泡检测及信号动态调整功能则由位于主控板上的单片机MEGA88实现，将检测结果通过LEDl脚传送给中央处理单元W77E516，同时指示LED显示检测状态。
[0072]上述电源装置包括变压器及整流滤波电路，用以给系统提供5V、12V、-12V和41V的直流电压。[0073]在临床应用中，通过上述的超声波气泡检测系统对医疗器械管路中是否存在气泡进行检测，并通过超声波信号动态调整技术优化超声波频率激励信号的频率与超声波换能器固有频率(中心频率)的匹配，自动识别并匹配超声波换能器最佳工作频率，以使超声波换能器工作在最佳状态。
[0074]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0075]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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】
1.一种超声波信号动态调整方法，其特征在于，所述超声波信号动态调整方法包括: 步骤a:向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动所述超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号； 步骤b:从超声波换能器的接收装置接收经过所述待测介质后的超声波信号； 步骤c:根据接收的超声波信号的幅值确定所述超声波换能器的中心频率； 步骤d:根据所述中心频率调整超声波频率激励信号的频率，向超声波换能器发送经调整后的超声波频率激励信号，重复执行步骤a~步骤d。
2.根据权利要求1所述的超声波信号动态调整方法，其特征在于，所述超声波信号动态调整方法还包括:根据接收的超声波信号判断所述待测介质的状态。
3.根据权利要求2所述的超声波信号动态调整方法，其特征在于，所述根据接收的超声波信号判断所述待测介质的状态，包括:根据所述幅值的大小，检测所述待测介质中是否存在气体。
4.根据权利要求1所述的超声波信号动态调整方法，其特征在于，在向超声波换能器发送经调整后的超声波频率激励信号之前，所述步骤d还包括: 判断接收到的超声波信号是否存在失真，如果是，则调整所述超声波频率激励信号的频率。
5.根据权利要求1所述的超声波信号动态调整方法，其特征在于，向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动所述超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号，包括: 向功率驱动器发送超声波频率激励信号； 控制所述功率驱动器将所述超声波频率激励信号进行功率放大后发送给所述超声波换能器； 驱动所述超声波换能器的发射装置根据放大后的超声波频率激励信号向待测介质发射一超声波信号。
6.一种超声波信号动态调整系统，其特征在于，所述超声波信号动态调整系统包括: 信号发送单元，用于向超声波换能器发送超声波频率激励信号，以驱动所述超声波换能器的发射装置向待测介质发射一超声波信号； 超声波信号接收单元，用于从超声波换能器的接收装置接收经过所述待测介质后的超声波信号； 中心频率确定单元，用于根据接收的超声波信号的幅值确定所述超声波换能器的中心频率； 频率调整单元，用于根据所述中心频率调整超声波频率激励信号的频率。
7.根据权利要求6所述的超声波信号动态调整系统，其特征在于，所述超声波信号动态调整系统还包括:介质状态检测单元，用于根据接收的超声波信号判断所述待测介质的状态。
8.根据权利要求7所述的超声波信号动态调整系统，其特征在于，所述的介质状态检测单元具体用于根据所述幅值的大小，检测所述待测介质中是否存在气体。
9.根据权利要求6所述的超声波信号动态调整系统，其特征在于，所述信号发送单元包括:信号发送模块，用于向功率驱动器发送超声波频率激励信号； 控制模块，用于控制所述功率驱动器将所述超声波频率激励信号进行功率放大后发送给所述超声波换能器； 驱动模块，用于驱动所述超声波换能器的发射装置根据放大后的超声波频率激励信号向待测介质发射一超声波信号。
10.一种超声波信号动态调整装置，其特征在于，所述超声波信号动态调整装置包括:控制器、超声波换能器、功率驱动器、信号放大电路及信号变换电路，其中， 所述控制器产生并向所述功率驱动器发送一超声波频率激励信号； 所述功率驱动器将所述超声波频率激励信号进行功率放大后发送给所述超声波换能器； 所述超声波换能器包括:发射装置及接收装置，所述发射装置根据放大后的超声波频率激励信号生成超声波信号，并将所述超声波信号发送至待测介质；所述接收装置接收经过所述待测介质后的超声波信号，并将经过所述待测介质后的超声波信号转换为电信号后发送给所述信号放大电路； 所述信号放大电路将所述电信号放大后发送至所述信号变换电路； 所述信号变换电路将放大后的电信号转换为直流信号后发送至所述控制器； 所述控制器根据所述直流信号的幅值设置所述超声波换能器的中心频率，并根据所述中心频率调整超声波频率激励·信号的频率。
【文档编号】G01N29/34GK103822972SQ201410057404
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】付长义 申请人:北京万东康源科技开发有限公司