一种多介质自适应超声气溶胶发生系统及控制方法与流程

本技术涉及气溶胶发生装置，特别是涉及一种多介质自适应超声气溶胶发生系统及控制方法。

背景技术：

1、在激光传输特性仿真测试、光电对抗效果评估等场景中，研究人员需要在同一封闭测试腔体内，按顺序产生多种具有不同光学特性的气溶胶介质，以模拟不同大气环境下的光电传输衰减特性。常用的气溶胶介质包括折射率约1.33的去离子水、折射率约1.40的甘油水溶液以及折射率约1.47的白矿油，这些介质的黏度差异可达数十倍，光学特性差异显著。

2、相关技术中，为实现特定介质气溶胶的稳定发生，通常采用多种控制手段并行的方式：一方面，通过阻抗匹配使压电换能器工作于谐振频率附近，以获得最佳雾化效率；另一方面，通过光散射式浓度传感器监测气溶胶浓度，并利用pid控制回路调节换能器驱动功率或液体供给速率，将浓度稳定在目标值附近；同时，对于粒径要求，则通过调节气压或换能器功率等单一参数进行开环控制。上述各控制手段均基于被控对象的物理特性建立了自身的反馈或调节环路，彼此独立运行。

3、当需要将同一台气溶胶发生装置从产生一种介质切换为产生另一种折射率、黏度差异显著的介质时，该方式的局限变得突出：换能器的谐振频率、阻抗特性与新介质的物理属性不匹配，导致原有的阻抗匹配环路可能锁定到错误的谐振峰或反复失谐，雾化效率急剧下降；浓度传感器的光电响应信号与颗粒折射率密切相关，原有针对前一种介质标定的传感器校准系数不再适用，导致闭环pid回路实际控制的是一个被错误估计的浓度值，控制效果不可控甚至发散；原有的粒径调节手段也因未考虑介质黏度与表面张力的变化，使得相同控制参数下产生的雾滴粒径大幅偏离预期。上述各控制环路的失效并非由单一原因引起，其根源在于：换能器频率搜索、浓度信号换算、粒径开环调节等所有控制子单元的基准和系数，均隐含地绑定于特定介质的物理特性上，在缺乏统一、同步的跨维度参数更新机制的情况下，各自为政的独立控制回路在新介质条件下不仅无法协同工作，反而可能因相互耦合而加剧系统的失稳。由此导致的结果是，在需要对同一台设备进行介质切换的测试流程中，需要人工干预且存在较长的过渡时间，且切换后的初期雾化成分往往因残留液膜污染而不纯。这一系列问题使得相关多介质测试流程效率低下、数据可靠性差，难以满足自动化、高效率的测试需求。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种多介质自适应超声气溶胶发生系统及控制方法，解决了多介质测试场景中因控制维度失配导致的系统失稳、精度下降与效率低下的问题，实现了在单一硬件平台上无需人工干预即可自动完成介质切换与参数适配，使切换后系统能够迅速以稳定状态输出符合预期粒径和浓度要求的气溶胶，从而保障多介质连续测试流程的可靠性与高效率。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种多介质自适应超声气溶胶发生系统，包括：

4、雾化腔体模块，所述雾化腔体模块具有用于容纳液态介质的腔体、安装于所述腔体底部的压电换能器以及设置于所述腔体顶部的出雾口；

5、折射率在线检测模块，所述折射率在线检测模块设置于液态介质进入所述雾化腔体模块之前的供液管路上，用于实时检测流经所述供液管路的液态介质的折射率，并输出折射率信号；

6、介质识别与参数映射模块，所述介质识别与参数映射模块与所述折射率在线检测模块通信连接，用于存储多种标准液态介质的折射率区间与介质配置包之间的对应关系，并根据所述折射率信号匹配所述对应关系，以输出与当前液态介质对应的介质配置包；所述介质配置包至少包括换能器驱动电压、频率偏置、功率调制深度及浓度传感器修正系数、折射率、粒径控制系数；

7、自适应换能器驱动模块，所述自适应换能器驱动模块分别与所述介质识别与参数映射模块及所述压电换能器连接，用于接收所述换能器驱动电压、所述频率偏置和所述功率调制深度，以所述频率偏置约束谐振频率搜索范围，并以所述换能器驱动电压和所述功率调制深度驱动所述压电换能器工作；

8、浓度自适应闭环控制模块，所述浓度自适应闭环控制模块分别与所述介质识别与参数映射模块及设置于所述出雾口下游的光散射式浓度传感器连接，用于接收所述浓度传感器修正系数以及所述光散射式浓度传感器输出的原始浓度信号，利用所述浓度传感器修正系数对所述原始浓度信号进行修正以得到修正后浓度值，并根据所述修正后浓度值与获取的目标浓度值的比较结果生成调节信号输出至所述自适应换能器驱动模块；

9、介质切换清洁序列模块，所述介质切换清洁序列模块与所述折射率在线检测模块和所述雾化腔体模块连接，用于监测所述折射率信号的变化量，当所述变化量超过预设阈值时触发清洁序列，以控制所述系统针对新液态介质执行气溶胶发生；所述清洁序列至少包括排空操作、高频振荡操作和折射率确认操作。

10、第二方面，本技术提供了一种多介质自适应超声气溶胶发生控制方法，包括：

11、利用设置于供液管路上的折射率在线检测模块实时检测流经所述供液管路的液态介质的折射率，输出折射率信号；

12、介质识别与参数映射模块获取所述折射率信号，根据所述折射率信号匹配预存的多种标准液态介质的折射率区间与介质配置包之间的对应关系，输出与当前液态介质对应的介质配置包；所述介质配置包至少包括换能器驱动电压、频率偏置、功率调制深度及浓度传感器修正系数、折射率、粒径控制系数；

13、自适应换能器驱动模块接收所述换能器驱动电压、所述频率偏置和所述功率调制深度，以所述频率偏置约束谐振频率搜索范围，并以所述换能器驱动电压和所述功率调制深度驱动雾化腔体模块底部的压电换能器工作，使所述雾化腔体模块内的液态介质雾化；

14、浓度自适应闭环控制模块获取设置于出雾口下游的光散射式浓度传感器输出的原始浓度信号，获取来自所述介质识别与参数映射模块的所述浓度传感器修正系数，并获取外部输入的目标浓度值，利用所述浓度传感器修正系数对所述原始浓度信号进行修正以得到修正后浓度值，根据所述修正后浓度值与所述目标浓度值的比较结果生成调节信号，将所述调节信号输出至所述自适应换能器驱动模块以调节所述压电换能器的驱动功率或液体供给速率；

15、介质切换清洁序列模块监测所述折射率信号的变化量，当所述变化量超过预设阈值时触发清洁序列，以针对新液态介质执行气溶胶发生；所述清洁序列至少包括排空操作、高频振荡操作和折射率确认操作。

16、根据本技术提供的具体实施例，本技术具有了以下技术效果：

17、本技术提供了一种多介质自适应超声气溶胶发生系统及控制方法，通过折射率在线检测模块实时输出流经供液管路的液态介质的折射率信号，介质识别与参数映射模块根据该折射率信号匹配预存的折射率区间与介质配置包之间的对应关系，输出与当前液态介质对应的包含换能器驱动电压、频率偏置、功率调制深度及浓度传感器修正系数、折射率、粒径控制系数的介质配置包，解决了相关技术中各控制子单元的基准和系数隐含绑定于特定介质物理特性、在介质切换后因缺乏统一更新机制而导致各独立控制回路无法协同工作甚至相互耦合加剧系统失稳的问题，实现了以折射率为统一先验参数、在介质切换瞬间同步更新换能器驱动参数与传感器修正系数的多维度参数协同自适应。

18、通过自适应换能器驱动模块以所述频率偏置约束谐振频率搜索范围，并以所述换能器驱动电压和所述功率调制深度驱动压电换能器工作，解决了相关技术中阻抗匹配环路因新介质声阻抗参数改变而锁定至错误谐振峰或反复失谐导致雾化效率急剧下降的问题，实现了换能器在新介质条件下的快速、准确谐振锁定。

19、通过浓度自适应闭环控制模块接收所述浓度传感器修正系数以及光散射式浓度传感器输出的原始浓度信号，利用所述浓度传感器修正系数对所述原始浓度信号进行修正以得到修正后浓度值，并根据所述修正后浓度值与目标浓度值的比较结果生成调节信号输出至所述自适应换能器驱动模块，解决了相关技术中光散射传感器因不同介质折射率差异导致同一传感器输出对浓度估算产生显著偏差、闭环pid回路实际控制被错误估计的浓度值致使控制效果不可控或发散的问题，实现了跨介质条件下浓度闭环控制精度的稳定保持。

20、通过介质切换清洁序列模块监测所述折射率信号的变化量，当所述变化量超过预设阈值时触发包含排空操作、高频振荡操作和折射率确认操作的清洁序列，以控制所述系统针对新液态介质执行气溶胶发生，解决了相关技术中介质切换时残留液膜对后续介质形成污染导致雾化初期气溶胶成分不纯以及切换需人工干预、过渡时间长的问题，实现了介质切换过程的自动化执行与切换后雾化纯度的快速恢复。