换能器输出功率的处理方法、装置以及超声波设备与流程

1.本发明涉及超声波技术领域，具体而言，涉及一种换能器输出功率的处理方法、装置以及超声波设备。


背景技术：

2.随着超声波技术的快速发展，应用超声波技术的产品日益广泛，比如超声波清洗机、超声波焊接机、超声波加湿器等等。超声波驱动控制器是系统的重要组成部分，用于将市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作。为了节能和超声效果，要保证超声波换能器工作在谐振频率点，尤其是电池供电产品，以使超声输出功率在有限输入功率前提条件下达到最大，效率最佳。比如电池供电的超声波清洗机，工作在谐振点可以最大程度保证电池续航以及清洗效果最佳；则需要控制器的驱动频率与换能器谐振频率相匹配，但是换能器谐振频率与换能器自身固有频率、负载环境(水位高低、被清洗物多少、容器大小等)强相关。
3.图1是根据现有技术的一种换能器控制系统的示意图，如图1所示，多点控制单元(multi control unit，mcu)输出脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)的驱动信号给驱动模块，驱动模块根据pwm信号驱动功率模块，此处功率模块为h桥单极型集成电路；电源给功率模块供电；功率模块连接换能器，驱动换能器高频振荡；检测模块连接换能器，将换能器的工作电流和工作电压经过采样放大处理后给mcu计算输出功率的大小。mcu根据输出功率大小调整pwm驱动信号的占空比使得输出功率达到目标功率，以达到清洗效果。然而，现有技术中控制器一般要么是固定某个驱动频率，要么是在工作期间驱动频率在持续周期性变化，不能自动适应各种不同的负载环境。并且，现有的扫频技术中，一般都以目标驱动输出信号扫频，在扫频过程中若出现功率过大会导致电源过载保护。
4.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种换能器输出功率的处理方法、装置以及超声波设备，以至少解决现有技术中的驱动方式无法适用复杂的负载环境以及在扫频过程中若出现功率过大容易导致电源过载保护的技术问题。
6.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种换能器输出功率的处理方法，包括：采用预设驱动方式对换能器进行扫频，确定所述换能器在目标负载条件下的谐振点；根据所述谐振点调整所述换能器的预设驱动方式；根据调整后的所述预设驱动方式，控制所述换能器的输出功率达到目标输出功率。
7.可选地，采用预设驱动方式对换能器进行扫频确定所述换能器在目标负载条件下的谐振点，包括：在使用所述预设驱动方式对所述换能器进行扫频时，判断所述换能器在所述目标负载条件下的反馈电流值是否为最大值；若所述反馈电流值为所述最大值，则确定当前频率为所述目标负载条件下的所述谐振点；若所述反馈电流值不为所述最大值，则继
续使用所述预设驱动信号进行扫频。
8.可选地，在使用所述预设驱动方式对所述换能器进行扫频之前，还包括：确定频率范围，并设置最小间隔频率与间隔时间。
9.可选地，所述预设驱动方式包括以下至少之一：预设驱动信号占空比、预设供电电压，其中，所述预设驱动信号占空比为驱动信号的最小占空比，所述预设供电电压为第一供电电压。
10.可选地，根据所述谐振点调整所述换能器的驱动方式，包括：调整所述预设驱动信号占空比和/或所述预设供电电压。
11.可选地，根据调整后的所述预设驱动方式，控制所述换能器的输出功率达到目标输出功率，包括：在所述预设驱动方式包含所述预设驱动信号占空比的情况下，则增大所述预设驱动信号的占空比，并根据增大后的预设驱动信号占空比控制所述换能器的输出功率达到目标输出功率。
12.可选地，根据调整后的所述预设驱动方式，控制所述换能器的输出功率达到目标输出功率，包括：在所述预设驱动方式包含所述预设供电电压的情况下，则将所述第一供电电压切换为第二供电电压，并根据所述第二供电电压控制所述换能器的输出功率达到目标输出功率，其中，所述第一供电电压小于所述第二供电电压。
13.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种换能器输出功率的处理装置，包括：确定模块，用于采用预设驱动方式对换能器进行扫频，确定所述换能器在目标负载条件下的谐振点；调整模块，用于根据所述谐振点调整所述换能器的预设驱动方式；控制模块，用于根据调整后的所述预设驱动方式，控制所述换能器的输出功率达到目标输出功率。
14.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种超声波设备，所述超声波设备包括控制器、以及与所述控制器分别连接存储器、换能器，其中，所述存储器包括存储的程序，其中，所述控制器在所述程序运行时控制所述换能器执行上述中任意一项所述的换能器输出功率的处理方法。
15.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述中任意一项所述的换能器输出功率的处理方法。
16.在本发明实施例中，采用预设驱动方式对换能器进行扫频，确定换能器在目标负载条件下的谐振点；根据谐振点调整换能器的预设驱动方式；根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率，通过预设驱动方式对换能器进行扫频，找到当前换能器和负载条件下的谐振点，再在谐振点调整换能器的预设驱动方式使得换能器的输出功率达到目标输出功率，达到了自适应不同换能器和负载环境时的谐振频率，达到最佳工作效率点的目的，从而实现了有效避免在扫频过程中出现功率过大导致电源过载保护的异常的技术效果，进而解决了现有技术中的驱动方式无法适用复杂的负载环境以及在扫频过程中若出现功率过大容易导致电源过载保护的技术问题。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1是根据现有技术的一种换能器控制系统的示意图；
19.图2是根据本发明实施例的换能器输出功率的处理方法的流程图；
20.图3是根据本发明可选实施例的换能器输出功率的处理方法的流程图；
21.图4是根据本发明可选实施例的一种换能器控制系统的示意图；
22.图5是根据本发明可选实施例的另一种换能器控制系统的示意图；
23.图6是根据本发明实施例的换能器输出功率的处理装置的示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
25.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.实施例1
27.根据本发明实施例，提供了一种换能器输出功率的处理方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
28.图2是根据本发明实施例的换能器输出功率的处理方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
29.步骤s202，采用预设驱动方式对换能器进行扫频，确定换能器在目标负载条件下的谐振点；
30.在一种可选的实施方式中，上述预设驱动方式包括以下至少之一：预设驱动信号占空比、预设供电电压，其中，预设驱动信号占空比为驱动信号的最小占空比，预设供电电压为第一供电电压。
31.在本发明实施方式中，上述预设供电电压包括第一供电电压与第二供电电压，且第一供电电压小于第二供电电压。
32.步骤s204，根据谐振点调整换能器的预设驱动方式；
33.在一种可选的实施方式中，根据谐振点调整换能器的驱动方式，包括：调整预设驱动信号占空比和/或预设供电电压。
34.在本发明实施方式中，在谐振点处可以调整预设驱动信号占空比，即增大预设驱动信号的占空比；另外，在谐振点处可以调整预设供电电压，即将第一供电电压切换为第二供电电压。通过该实施方式可以在谐振点处实现换能器的驱动方式的快速调整。
35.步骤s208，根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率。
36.通过上述步骤，可以通过预设驱动方式对换能器进行扫频，找到当前换能器和负载条件下的谐振点，再在谐振点调整换能器的预设驱动方式使得换能器的输出功率达到目标输出功率，达到了自适应不同换能器和负载环境时的谐振频率，达到最佳工作效率点的目的，从而实现了有效避免在扫频过程中出现功率过大导致电源过载保护的异常的技术效果，进而解决了现有技术中的驱动方式无法适用复杂的负载环境以及在扫频过程中若出现功率过大容易导致电源过载保护的技术问题。
37.在一种可选的实施方式中，采用预设驱动方式对换能器进行扫频确定换能器在目标负载条件下的谐振点，包括：在使用预设驱动方式对换能器进行扫频时，判断换能器在目标负载条件下的反馈电流值是否为最大值；若反馈电流值为最大值，则确定当前频率为目标负载条件下的谐振点；若反馈电流值不为最大值，则继续使用预设驱动信号进行扫频。
38.在具体实施过程中，首先需要确定对换能器进行扫频的频率范围，并设置最小间隔频率与间隔时间，然后再使用预设驱动方式对换能器进行扫频，进而判断换能器在目标负载条件下的反馈电流值是否为最大值，如果反馈电流值为最大值，那么就可以确定当前频率为目标负载条件下的谐振点，反之，如果反馈电流值不为最大值，那么就继续使用预设驱动信号进行扫频，并执行上述判断流程。通过该实施方式可以根据预设驱动方式找到最合适的目标负载条件下的谐振点。
39.在一种可选的实施方式中，根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率，包括：在预设驱动方式包含预设驱动信号占空比的情况下，则增大预设驱动信号的占空比，并根据增大后的预设驱动信号占空比控制换能器的输出功率达到目标输出功率。在本发明的该实施方式中，可以通过增大预设驱动信号的占空比，并根据增大后的预设驱动信号占空比控制换能器的输出功率达到目标输出功率。
40.在一种可选的实施方式中，根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率，包括：在预设驱动方式包含预设供电电压的情况下，则将第一供电电压切换为第二供电电压，并根据第二供电电压控制换能器的输出功率达到目标输出功率，其中，第一供电电压小于第二供电电压。在本发明的该实施方式中，可以将第一供电电压切换为第二供电电压，并根据第二供电电压控制换能器的输出功率达到目标输出功率。需要说明的是，在具体实施过程中，增大预设驱动信号的占空比与将第一供电电压切换为第二供电电压可以同步进行。
41.下面对本发明一种可选的实施方式进行详细说明。
42.图3是根据本发明可选实施例的换能器输出功率的处理方法的流程图，如图3所示，每次开机启动先进入扫频模式，在扫频模式时驱动频率在设定范围内逐步改变，当检测到反馈信号最大时，则确定此刻频率为当前工作环境下的谐振频率点f0。进入正常工作模式，输出超声波驱动频率固定在扫频模式记录的谐振频率点f0，同时加大驱动信号，保证正常输出超声振荡功率。
43.图4是根据本发明可选实施例的一种换能器控制系统的示意图，如图4所示，电源一、电源二分别代表不同的输出电压，在扫频模式和正常工作模式时，分别由其中一个电源给功率模块供电；此两路电源分别受mcu控制。检测模块一、检测模块二具有不同的放大倍
数，在扫频模式和正常工作模式时，分别由其中一个检测模块采集换能器的电压、电流信号；此两路检测模块也分别受mcu控制。
44.图5是根据本发明可选实施例的另一种换能器控制系统的示意图，如图5所示，同图4类似，差异为此框图中电源为固定输出电压的电源。
45.具体工作原理和工作过程如下：
46.电池供电的超声波清洗机举例，液位高低、容器大小、被清洗物多少等因素都会影响超声波输出功率大小。
47.实施方式1：固定电源电压的具体工作过程如下
48.扫频模式：在每次开机时，进入扫频模式，mcu输出的pwm驱动信号占空比d为最小值dmin，pwm的频率f在fmin-fmax之间以程序设定的最小间隔频率、间隔时间逐渐变化。在扫频模式，检测模块一工作，因为换能器的输出功率除了与供电电压有关外还与驱动频率f和占空比d相关，f越接近谐振频率点、d越大，功率越大，换能器反馈给检测模块的电压电流就越大；扫频模式d设为dmin时，检测模块所接收到的电压电流相应最小，为了保证经过采样、放大后的信号能够满足给mcu检测大小，所以放大倍数更大的检测模块一此时工作，放大倍数小的检测模块二关闭。
49.扫频过程中，d固定为dmin，f在fmin-fmax之间扫描，mcu比较检测模块一反馈回的电压电流信号大小；当出现最大值时，则锁定当前频率为当前负载环境时的谐振频率点f0，mcu记录f0，扫频模式结束。
50.正常工作模式：pwm驱动信号f固定在f0，d由dmin逐渐增大，同时检测模块切换到检测模块二工作；mcu根据检测模块二所反馈回的电压电流信号计算换能器输出功率是否达到预设目标功率，当达到目标功率时，d停止增加；当输出功率在目标功率附近波动时，d随之减小或者增大。
51.实施方式2：电源电压变化的具体工作过程如下：
52.与实施方式1的差异为：功率模块可以由两个不同电压供电；电源一、电源二其中一个为正常工作模式时供电，另一个为扫频模式时供电；扫频模式时的供电电压比正常工作模式的电压要低；上述两个电源也可以是由一个电源输出的不同电压。在实施例1的基础上改变功率模块的供电电压也能改变换能器的输出功率，供电电压越小，输出功率越小。
53.比如扫频模式时，mcu控制电源一给功率模块供电，进入正常工作模式时切换为电源二给功率模块供电。谐振频率点f0的判断过程同实施方式1相同。
54.通过上述控制过程，在扫频模式由于采用的是小驱动信号(小占空比或者低供电电压)即以较小的功率实现了谐振点匹配，扫频期间功率能控制在较小范围内；进入正常工作模式后再加大驱动信号，功率随之逐渐上升到目标功率；可以保证整个功率可控，不会出现由于谐振点不匹配导致的功率过大引起的电源过载保护。
55.需要说明的是，控制器的驱动频率能根据不同的换能器和不同的负载环境自动做出调整，使得换能器能一直工作在最佳效率点，超声输出功率最大；在自动匹配换能器频率过程时，以小信号驱动，避免直接驱动出现功率过大导致电源(电池组)过载保护。
56.实施例2
57.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种换能器输出功率的处理装置，图6是根据本发明实施例的换能器输出功率的处理装置的示意图，如图6所示，该换能器输出功率
的处理装置包括：确定模块62、调整模块64和控制模块66。下面对该换能器输出功率的处理装置进行详细说明。
58.确定模块62，用于采用预设驱动方式对换能器进行扫频，确定换能器在目标负载条件下的谐振点；调整模块64，连接至上述确定模块62，用于根据谐振点调整换能器的预设驱动方式；控制模块66，连接至上述调整模块64，用于根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率。
59.需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，例如，对于后者，可以通过以下方式实现：上述各个模块可以位于同一处理器中；和/或，上述各个模块以任意组合的方式位于不同的处理器中。
60.在上述实施例中，该换能器输出功率的处理装置可以通过预设驱动方式对换能器进行扫频，找到当前换能器和负载条件下的谐振点，再在谐振点调整换能器的预设驱动方式使得换能器的输出功率达到目标输出功率，达到了自适应不同换能器和负载环境时的谐振频率，达到最佳工作效率点的目的，从而实现了有效避免在扫频过程中出现功率过大导致电源过载保护的异常的技术效果，进而解决了现有技术中的驱动方式无法适用复杂的负载环境以及在扫频过程中若出现功率过大容易导致电源过载保护的技术问题。
61.此处需要说明的是，上述确定模块62、调整模块64和控制模块66对应于实施例1中的步骤s202至s206，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。
62.可选地，上述确定模块62包括：判断单元，用于在使用预设驱动方式对换能器进行扫频时，判断换能器在目标负载条件下的反馈电流值是否为最大值；第一处理单元，用于若反馈电流值为最大值，则确定当前频率为目标负载条件下的谐振点；第二处理单元，用于若反馈电流值不为最大值，则继续使用预设驱动信号进行扫频。
63.可选地，上述确定模块62还包括：确定单元，用于在使用预设驱动方式对换能器进行扫频之前，确定频率范围，并设置最小间隔频率与间隔时间。
64.可选地，上述预设驱动方式包括以下至少之一：预设驱动信号占空比、预设供电电压，其中，预设驱动信号占空比为驱动信号的最小占空比，预设供电电压为第一供电电压。
65.可选地，上述调整模块64包括：调整单元，用于调整预设驱动信号占空比和/或预设供电电压。
66.可选地，上述控制模块66包括：第一控制单元，用于在预设驱动方式包含预设驱动信号占空比的情况下，则增大预设驱动信号的占空比，并根据增大后的预设驱动信号占空比控制换能器的输出功率达到目标输出功率。
67.可选地，上述控制模块66包括：第二控制单元，用于在预设驱动方式包含预设供电电压的情况下，则将第一供电电压切换为第二供电电压，并根据第二供电电压控制换能器的输出功率达到目标输出功率，其中，第一供电电压小于第二供电电压。
68.实施例3
69.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种超声波设备，该超声波设备包括控制器、以及与控制器分别连接存储器、换能器，其中，存储器包括存储的程序，其中，控制器在程序运行时控制换能器执行上述中任意一项的换能器输出功率的处理方法。
70.实施例4
71.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述中任意一项的换能器输出功率的处理方法。
72.本发明实施例提供了一种设备，该设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：采用预设驱动方式对换能器进行扫频，确定换能器在目标负载条件下的谐振点；根据谐振点调整换能器的预设驱动方式；根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率。
73.可选地，采用预设驱动方式对换能器进行扫频确定换能器在目标负载条件下的谐振点，包括：在使用预设驱动方式对换能器进行扫频时，判断换能器在目标负载条件下的反馈电流值是否为最大值；若反馈电流值为最大值，则确定当前频率为目标负载条件下的谐振点；若反馈电流值不为最大值，则继续使用预设驱动信号进行扫频。
74.可选地，在使用预设驱动方式对换能器进行扫频之前，还包括：确定频率范围，并设置最小间隔频率与间隔时间。
75.可选地，上述预设驱动方式包括以下至少之一：预设驱动信号占空比、预设供电电压，其中，预设驱动信号占空比为驱动信号的最小占空比，预设供电电压为第一供电电压。
76.可选地，根据谐振点调整换能器的驱动方式，包括：调整预设驱动信号占空比和/或预设供电电压。
77.可选地，根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率，包括：在预设驱动方式包含预设驱动信号占空比的情况下，则增大预设驱动信号的占空比，并根据增大后的预设驱动信号占空比控制换能器的输出功率达到目标输出功率。
78.可选地，根据调整后的预设驱动方式，控制换能器的输出功率达到目标输出功率，包括：在预设驱动方式包含预设供电电压的情况下，则将第一供电电压切换为第二供电电压，并根据第二供电电压控制换能器的输出功率达到目标输出功率，其中，第一供电电压小于第二供电电压。
79.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。
80.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
81.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
82.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
83.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
84.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用
时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案的全部或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中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
85.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。