[发明专利]一种改进谐振控制的电磁超声换能器及其控制方法

权利要求书

1.一种改进谐振控制的电磁超声换能器，包括高频功率振荡信号输出电路、带偏置磁场的线圈、回波信号检测电路以及主控制器，其特征在于：

所述高频功率振荡信号输出电路由高频逆变驱动电路、阻抗匹配网络和静态匹配电容组成，所述高频逆变驱动电路用于产生矩形功率脉冲，所述矩形功率脉冲依次经过经阻抗匹配网络、静态匹配电容和带偏置磁场的线圈，所述阻抗匹配网络和静态匹配电容用于调整矩形功率脉冲的电压幅值，所述带偏置磁场的线圈用于在待测物体内激发出超声波和接收从待测物体中反射的超声波回波信号；

所述回波信号检测电路包括高压隔离电路和回波信号滤波电路；

所述带偏置磁场的线圈接收超声波回波信号并将回波信号输入高压隔离电路，再经过回波信号滤波电路滤波后输入到主控制器中；

所述主控控制器用于采集滤波后的超声回波信号，提取回波信号的包络幅值，并根据包络幅值调整高频逆变驱动频率以及向高频逆变驱动电路反馈调整后的高频逆变驱动频率。

2.根据权利要求1所述改进谐振控制的电磁超声换能器，其特征在于：所述阻抗匹配网络为电容-电感-电容型无源网络。

3.一种权利要求1或2中所述改进谐振控制的电磁超声换能器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、高频逆变驱动电路的驱动信号频率f以初始频率f₀产生矩形功率脉冲，经过阻抗匹配网络和静态匹配电容后激励带偏置磁场的线圈，在待测物体中激发出超声波，该超声波遇到缺陷或者断面后反射超声波回波；

步骤2、所述超声波回波作用于带偏置磁场的线圈使线圈两端的电压变化，线圈两端的电压信号输入高压隔离电路，再经过回波信号滤波电路后输入主控制器，主控制器采集此时的回波信号，并通过软件匹配追踪去躁和包络幅值提取算法得到第i-1次的回波信号包络幅值绝对值，记为Z(i-1)；

步骤3、主控制器以步距a增大驱动信号频率f的值到f_i，以频率f_i激励线圈；

步骤4、主控制器采集此时的回波信号包络幅值绝对值，记为Z(i)；

步骤5、主控制器通过软件判断当前回波包络幅值Z(i)与前一次回波包络幅值Z(i-1)的差值是否大于预设常数阈值ε，若是，则将i加1，然后跳转到步骤3；若否，则继续执行步骤6，其中阈值ε是为了避免算法产生平顶效应；

步骤6、主控制器通过软件判断当前回波包络幅值Z(i)与前一次回波包络幅值Z(i-1)的差值是否小于预设常数阈值-ε，若是，则将i减1，然后跳转到步骤7；若否，则继续执行步骤8；

步骤7、主控制器以步距a减小驱动频率f的值到f_i，以频率f_i激励线圈，然后跳转到步骤4；

步骤8、主控制器将i加1，以步距4a增加驱动频率f的值到f_i，以频率f_i激励线圈；

步骤9、主控制器采集此时的回波信号包络幅值绝对值，记为Z(i+4)；

步骤10、主控制器将i减1，以步距4a减小驱动频率f的值到f_i，以频率f_i激励线圈；

步骤11、主控制器采集此时的回波信号包络幅值绝对值，记为Z(i-4)；

步骤12、主控制器通过软件判断Z(i+4)减去Z(i)的差值和Z(i-4)减去Z(i)的差值是否小于预设常数阈值-ε，若是，则继续执行步骤13；若否，则跳转到步骤3；

步骤13、取回波信号包络幅值绝对值Z(i)对应的频率f，以频率f激励线圈。

4.根据权利要求3所述的改进谐振控制的电磁超声换能器的控制方法，其特征在于：所述步距a的取值范围为0a1。

5.根据权利要求3所述的改进谐振控制的电磁超声换能器的控制方法，其特征在于：所述预设常数阈值ε的取值范围为0ε10。