超声换能器驱动方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及超声换能器技术领域，尤其涉及一种超声换能器驱动方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前，超声换能器作为超声设备的关键器件，用以将电信号、光信号与超声波进行相互转换。一般情况下，超声换能器需要通过正弦波匹配其谐振频率驱动，在控制过程中，由于需要对频率进行调整，一般的正弦发生器都会使用方波转化为正弦波，从而控制超声换能器激励频率，当激励频率和超声换能器的频率相同时，超声换能器能够被驱动。

但激励源由于是方波转化为正弦波，方波因为其特征会在转化过程中给正弦波带来许多谐波的分量，而谐波过多会导致超声换能器工作不正常，甚至可能无法驱动，影响使用寿命。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种超声换能器驱动方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中在驱动超声换能器时谐波过多会导致无法正常工作，影响使用寿命的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种超声换能器驱动方法，所述方法包括以下步骤：

根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值；

将所述激励频率占比值与所述预设激励频率占比值进行比较，获得比较结果；

基于所述比较结果对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

可选地，所述将所述激励频率占比值与所述预设激励频率占比值进行比较，获得比较结果的步骤，包括：

在所述激励频率占比值高于所述预设激励频率占比值时，将所述激励频率占比值作为比较结果；

相应地，所述基于所述比较结果对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动的步骤，包括：

基于所述激励频率占比值对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

可选地，所述将所述激励频率占比值与所述预设激励频率占比值进行比较，获得比较结果的步骤，包括：

在所述激励频率占比值低于所述预设激励频率占比值时，将所述预设激励频率占比值作为比较结果；

相应地，所述基于所述比较结果对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动的步骤，包括：

基于所述预设激励频率占比值对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

可选地，所述基于所述激励频率占比值对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动的步骤，包括：

基于所述激励频率占比值对所述预设激励频率占比值进行更新；

根据更新后的预设激励频率占比值对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

可选地，所述根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值的步骤，包括：

根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始方波；

将所述初始方波转换为初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值。

可选地，所述将所述初始方波转换为初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值的步骤，包括：

将所述初始方波转换为初始正弦波；

对所述初始正弦波进行快速傅里叶变换，获得激励频率占比值。

可选地，所述将所述初始方波转换为初始正弦波的步骤之后，还包括：

获取预设放大参数，并根据所述预设放大参数对所述初始正弦波进行比例放大；

相应地，所述对所述初始正弦波进行快速傅里叶变换，获得激励频率占比值的步骤，包括：

对放大后的初始正弦波进行快速傅里叶变换，获得激励频率占比值。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种超声换能器驱动装置，所述装置包括：

占比值获取模块，用于根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值；

占比值比较模块，用于将所述激励频率占比值与所述预设激励频率占比值进行比较，获得比较结果；

超声换能器驱动模块，用于基于所述比较结果对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种超声换能器驱动设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的超声换能器驱动程序，所述超声换能器驱动程序配置为实现如上文所述的超声换能器驱动方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有超声换能器驱动程序，所述超声换能器驱动程序被处理器执行时实现如上文所述的超声换能器驱动方法的步骤。

本发明是根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值；将所述激励频率占比值与所述预设激励频率占比值进行比较，获得比较结果；基于所述比较结果对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。由于本发明是先确定初始正弦波的激励频率占比值，再将激励频率占比值与预设激励频率占比值进行比较，最后基于比较结果对初始正弦波进行调整，相比于现有的方波中携带许多谐波分量，本发明可基于正弦波的激励频率占比值对初始正弦波进行调整，减少谐波，进而可使超声换能器正常工作，增加使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的超声换能器驱动设备结构示意图；

图2为本发明超声换能器驱动方法第一实施例的流程示意图；

图3为方波与正弦波的波形图；

图4为本发明超声换能器驱动方法第二实施例的流程示意图；

图5为本发明超声换能器驱动装置第一实施例的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的超声换能器驱动设备结构示意图。

如图1所示，该超声换能器驱动设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对超声换能器驱动设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及超声换能器驱动程序。

在图1所示的超声换能器驱动设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明超声换能器驱动设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在超声换能器驱动设备中，所述超声换能器驱动设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的超声换能器驱动程序，并执行本发明实施例提供的超声换能器驱动方法。

本发明实施例提供了一种超声换能器驱动方法，参考图2，图2为本发明超声换能器驱动方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述超声换能器驱动方法包括以下步骤：

步骤S10：根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值。

需要说明的是，本实施例方法可以是应用在超声换能器进行驱动的场景中。本实施例的执行主体可以是具有数据处理、网络通信以及程序运行功能的超声换能器驱动设备，或者是其它能够实现如同或相似功能的设备。此处以上述超声换能器驱动设备(以下简称设备)对本实施例和下述各实施例进行具体说明。

可理解的是，现有的在将方波转换成正弦波时，会产生许多谐波分量，谐波过多可能导致超声换能器无法正常工作，即便能够正常工作其效率也非常低，长期在这种情况下，超声换能器也会损失较多的工作寿命，进而可通过减少谐波的方式解决，为了便于理解，可参照图3，图3为方波与正弦波的波形图，如图3所示，在方波转换为正弦波的时候，方波与正弦波之间的区域则为无效部分，这些无效部分会给整个正弦波带来谐波分量。

应理解的是，上述激励频率信息可以是在一定时间内进行激励次数的信息，在方波经过快速傅里叶变换展开后，可获得许多频率，其中包括激励频率，在确定其中的激励频率后，其它频率则为谐波频率，谐波频率可导致需要的激励频率在整个波形中的占比降低，从而导致在驱动超声换能器时，超声换能器会无法准确识别激励频率而效率变低。

还需要说明的是，上述激励频率信息中的激励频率可根据所驱动的超声换能器设置，例如可以根据超声换能器的物理特性设置激励频率，本实施例不加以限制。上述预设激励频率占比值可以是激励频率在所获取的整个频率中的占比，也可根据实际情况自行设置。

进一步地，上述步骤S10包括：根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始方波；将所述初始方波转换为初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值。

需要强调的是，在转换生成上述初始正弦波后，需要对初始正弦波进行采集，为了提升采集的准确度，本实施例可通过传感器进行采集，当然也可以采用其它方式进行采集，例如通过硬件电路或者音频拾取设备等。但如果直接通过硬件电路对波形进行缩放获得信号，由于硬件电路有一定的器件偏差，也会因为不同批次的产品(器件偏差)产生不同的激励波形信号状态，不利于激励频率控制；或者通过音频拾取设备，拾取刀具的超声波形(空气中)，反馈到采集器中获得激励波形信号，由于音频拾取特性，会在过程中拾取到其它的音频信号，而音频信号直接获得压电信号非常微弱，需要对其进行比例放大，在放大同时，会同时放大噪音信号，进而上述两种采集方式的准确度较低，而本实施例通过传感器进行采集，可提升采集的准确度。

可理解的是，上述将所述初始方波转换为初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值的步骤可包括：将所述初始方波转换为初始正弦波；对所述初始正弦波进行快速傅里叶变换，获得激励频率占比值。

应理解的是，在本实施例中，上述设备内可设置有波形转换器，通过上述波形转换器可将上述初始方波转换为初始正弦波。

需要强调的是，上述激励频率占比值为初始正弦波通过快速傅里叶变换获得，由于经过时域转换和频域转换，进而可获得激励频率占比值。

在具体实现中，初始时段，上述设备可根据激励频率信息中的激励频率和预设激励频率占比值，在保证激励频率不变的情况下，产生上述初始方波，再将初始方波转换为初始正弦波，并对上述初始正弦波进行快速傅里叶变换，可获得该初始正弦波的激励频率占比值。

步骤S20：将所述激励频率占比值与所述预设激励频率占比值进行比较，获得比较结果。

需要说明的是，由于无法完全消除谐波，进而仅可保证波形中的激励频率占比值为一个最大的范围，从而保证超声换能器的运行效率达到最高，因此通过上述比较可判断上述激励频率占比值与预设激励频率占比值之间的大小关系，获得比较结果。

步骤S30：基于所述比较结果对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

可理解的是，当上述激励频率占比值高于预设激励频率占比值时，则上述设备可在后续过程中根据激励频率信息和该激励频率占比值产生调整后的方波，再将其转换为调整后的正弦波以对目标超声换能设备进行驱动；当上述激励频率占比值低于预设激励频率占比值时，则上述设备可继续根据激励频率信息和预设激励频率占比值来驱动目标超声换能设备进行驱动。

在具体实现中，可将获得的激励频率占比值与预设激励频率占比值进行比较，在激励频率占比值高于预设激励频率占比值时，通过激励频率信息和激励频率占比值获得调整后的正弦波，进而对目标超声换能设备进行驱动。

进一步地，为了便于工作人员观察，在本实施例中，上述将所述初始方波转换为初始正弦波的步骤之后，还包括：获取预设放大参数，并根据所述预设放大参数对所述初始正弦波进行比例放大；相应地，所述对所述初始正弦波进行快速傅里叶变换，获得激励频率占比值的步骤，包括：对放大后的初始正弦波进行快速傅里叶变换，获得激励频率占比值。

应理解的是，上述预设放大参数可以是用于对初始正弦波进行比例放大的参数，具体参数可根据实际情况自行设置，本实施例不加以限制。

在具体实现中，在获得初始正弦波之后，可通过预设放大参数对其进行比例放，并根据放大结果通过直方图的形式进行展示，以便工作人员观察激励频率占比情况。

本实施例设备可根据激励频率信息中的激励频率和预设激励频率占比值，在保证激励频率不变的情况下，产生上述初始方波，再将初始方波转换为初始正弦波，并对上述初始正弦波进行快速傅里叶变换，可获得该初始正弦波的激励频率占比值；并将获得的激励频率占比值与预设激励频率占比值进行比较，在激励频率占比值高于预设激励频率占比值时，通过激励频率信息和激励频率占比值获得调整后的正弦波，进而对目标超声换能设备进行驱动。相比于现有的在驱动时谐波较多不利于换能器高效工作的缺点，本实施例可实时对产生的初始方波进行调整，减少其中的谐波，使目标超声换能器一直运行在最高效率，增加使用寿命，同时还可保证目标超声换能器运行在良性条件下。

参考图4，图4为本发明超声换能器驱动方法第二实施例的流程示意图。

进一步地，上述步骤S20包括：

步骤S211：在所述激励频率占比值高于所述预设激励频率占比值时，将所述激励频率占比值作为比较结果。

相应地，上述步骤S30包括；

步骤S311：基于所述激励频率占比值对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

在具体实现中，当上述激励频率占比值高于预设激励频率占比值时，可通过激励频率信息和激励频率占比值获得调整后的方波，再对调整后的方波进行波形转换，获得调整后的正弦波，根据调整后的正弦波驱动目标超声换能器。

进一步地，上述步骤S20还包括：

步骤S221：在所述激励频率占比值低于所述预设激励频率占比值时，将所述预设激励频率占比值作为比较结果。

相应地，上述步骤S30还包括：

步骤S321：基于所述预设激励频率占比值对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

在具体实现中，当上述预设激励频率占比值高于激励频率占比值时，可继续通过激励频率信息和预设激励频率占比值获得调整后的方波，再对调整后的方波进行波形转换，获得调整后的正弦波，通过调整后的正弦波驱动目标超声换能器。

进一步地，为了保证激励频率占比值为最高状态，在本实施例中，上述步骤S10，包括：基于所述激励频率占比值对所述预设激励频率占比值进行更新；根据更新后的预设激励频率占比值对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

需要说明的是，上述更新为在激励频率占比值高于预设激励频率占比值时，将上述预设激励频率占比值替换为上述激励频率占比值，以使后续进行比较时是将调整后的初始正弦波的激励频率占比值与替换后的预设激励频率占比值进行比较；若不高于则不进行替换，继续通过预设激励频占比值进行比较。

本实施例上述设备可用激励频率占比值与预设激励频率占比值进行比较，并将较大的值替换为预设激励频率占比值进行驱动，持续循环到激励频率占比值最大为止，可有效减少谐波的影响。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有超声换能器驱动程序，所述超声换能器驱动程序被处理器执行时实现如上文所述的超声换能器驱动方法的步骤。

此外，参照图5，图5为本发明超声换能器驱动装置第一实施例的结构框图，本发明实施例还提出一种超声换能器驱动装置，所述超声换能器驱动装置包括：

占比值获取模块501，用于根据激励频率信息和预设激励频率占比值生成初始正弦波，并根据所述初始正弦波获得激励频率占比值；

占比值比较模块502，用于将所述激励频率占比值与所述预设激励频率占比值进行比较，获得比较结果；

超声换能器驱动模块503，用于基于所述比较结果对所述初始正弦波进行调整，并根据调整后的正弦波对目标超声换能器进行驱动。

本实施例设备可根据激励频率信息中的激励频率和预设激励频率占比值，在保证激励频率不变的情况下，产生上述初始方波，再将初始方波转换为初始正弦波，并对上述初始正弦波进行快速傅里叶变换，可获得该初始正弦波的激励频率占比值；并将获得的激励频率占比值与预设激励频率占比值进行比较，在激励频率占比值高于预设激励频率占比值时，通过激励频率信息和激励频率占比值获得调整后的正弦波，进而对目标超声换能设备进行驱动。相比于现有的在驱动时谐波较多，本实施例可实时对产生的初始方波进行调整，减少其中的谐波，使目标超声换能器一直运行在最高效率，增加使用寿命，同时还可保证目标超声换能器运行在良性条件下，降低损失的寿命。

本发明超声换能器驱动装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。