一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法

本发明涉及振动测试技术及振动信号分析领域，具体涉及一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法。

背景技术：

1、超声手术刀工作时，刀头轴向上产生的振动的能量效率是保证设备工作质量的关键因素。振动能量效率低，会导致超声手术刀的剪切和凝闭达不到预期的理想效果，严重时会给病患留下手术风险。超声手术刀的振动及其狭小的可测量空间，决定了其无法使用传感器对其进行接触式振动信号采集。

2、目前还没有组织或个人针对超声刀头振动能量效率展开研究，亦没有有效的技术手段进行超声刀头振动能量效率评价。

技术实现思路

1、本发明旨在以超声刀的振动能量效率为评价指标，提供一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法，包括以下步骤：

4、步骤a、根据超声刀头振动频率给定值fn设定采样参数，基于设定的采样参数，采用激光测振仪，采集当前超声刀工作时刀头轴向振动信号；

5、步骤b、对采集到的振动信号进行功率谱分析，并在此过程中将该功率谱图的纵坐标转换成分贝值，以得到功率谱图；

6、步骤c、在步骤b得到的功率谱图中选定超声刀头振动频率fn给定值附近的最大频率峰值，记录该峰值的横纵坐标值(fnmax,pnmax)；

7、步骤d、在步骤b得到的功率谱图中画一条纵坐标为pnmax-3db的直线，获得半功率值对应的两个频率值f1和f2；

8、步骤e、基于效率公式得到超声刀工作时振动能量效率评价指标公式，利用该公式即可计算出当前超声刀振动能量效率评价值；

9、

10、式中qc表示超声刀振动能量效率，fn表示超声刀头振动频率给定值，fmax为选定超声刀头振动频率给定值附近的最大频率峰值的横坐标，f2、f1为半功率值对应的两个频率值；

11、步骤f、在超声刀工作时的不同时间段，多次执行步骤a～e，得到多个超声刀振动能量效率评价值，观察该值变化以完成对超声刀头工作时振动能量效率评价。

12、进一步的，所述步骤a还对收集到的振动信号进行均方根值计算，获得采集信号的有效值xrms，通过该值排除采集到的无效声刀头轴向振动信号。

13、进一步的，所述步骤b中振动信号进行功率谱分析的方法包括各种能够实现功率谱分析功能的方法，分析方法包括但不限于周期图法、相关函数法等。

14、本发明提供的一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法，是利用激光测振仪进行非接触式振动信号采集、然后对采集到的振动信号计算其功率谱，通过功率谱分析得到超声刀工作时振动能量效率评价指标公式。在超声刀工作时的不同时间范围内，多次执行步骤a～e，得到多个超声刀振动能量效率评价值，通过观察该值变化实现了对超声刀头工作时振动能量效率评价。

15、与现有技术相比，本发明将振动能量效率作为评价指标，由于振动能量效率可以有效屏蔽原时域信号的测量误差和人为误差，因此其评价准确性更高。

技术特征：

1.一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法，其特征在于：所述步骤a还对收集到的振动信号进行均方根值计算，获得采集信号的有效值xrms，通过该值排除采集到的无效声刀头轴向振动信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法，其特征在于：所述步骤b中振动信号进行功率谱分析的方法为周期图法或相关函数法。

技术总结
本发明属于振动测试技术及振动信号分析领域，具体为一种基于激光测振的超声刀头振动能量效率评价方法。该方法根据超声刀头振动频率给定值f<subgt;n</subgt;设定采样参数，基于设定的采样参数，采用激光测振仪，采集当前超声刀工作时刀头轴向振动信号；对收集到的振动信号进行功率谱分析，获得功率谱图；在功率谱图中选定超声刀头振动频率f<subgt;n</subgt;给定值附近的最大频率峰值，并记录该峰值的横纵坐标值(f<subgt;nmax</subgt;,P<subgt;nmax</subgt;)；在功率谱图中画一条纵坐标为P<subgt;nmax</subgt;‑3dB的直线，获得半功率值对应的两个频率值f<subgt;1</subgt;和f<subgt;2</subgt;；计算超声刀振动能量效率评价指标在超声刀工作时的不同时间范围内，多次执行步骤a～e，得到多个超声刀振动能量效率评价值，通过观察该值变化实现了对超声刀头工作时振动能量效率评价。

技术研发人员：王科盛,李泽楷,徐培嘉,王威,孙京昇,刘培,李双双,刘洋,彭旭光,唐佳炜,张海龙
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14