[发明专利]一种压电超声换能器参数测量装置和方法

权利要求书

1.一种压电超声换能器参数测量装置，包括LCD显示屏及触控屏模块电路、低波纹直流稳压电源、CPU、DDS直接数字频率合成器、高通ADC电路、恒流功率放大电路、模拟开关电路、数控低通滤波器、数控增益放大电路、校准电阻网络以及待测压低阻值夹具，其特征在于，所述低波纹直流稳压电源的输出端分别电性连接LCD显示屏及触控屏模块电路、CPU、DDS直接数字频率合成器、恒流功率放大电路、模拟开关电路、数控低通滤波器、数控增益放大电路以及高通ADC电路的输入端，所述CPU通过总线电性连接LCD显示屏及触控屏模块电路，且CPU的GPIO管脚与模拟开关电路电性连接，所述CPU的SPI管脚与DDS直接数字频率合成器电性连接，所述DDS直接数字频率合成器的输出端分别电性连接恒流功率放大电路以及高通ADC电路的输入端，所述恒流功率放大电路的输出端电性连接模拟开关电路的输入端，所述模拟开关电路的输出端分别电性连接校准电阻网络以及待测压低阻值夹具的输入端，所述校准电阻网络以及待测压低阻值夹具的输出端均电性连接数控增益放大电路，所述数控增益放大电路的输出端电性连接数控低通滤波器，所述数控低通滤波器的输出端电性连接高通ADC电路，所述高通ADC电路的输出端与CPU的BUS管脚电性连接，所述CPU的I2C管脚分别电性连接高通ADC电路、数控低通滤波器以及数控增益放大电路。

2.根据权利要求1所述的一种压电超声换能器参数测量装置和方法，其特征在于，包括以下操作方法：

S1、通电由低波纹直流稳压电源提供所需电源，CPU会检测校正参数是否有效，如果校正参数无效，会自动通过GPIO管脚控制模拟开关电路切换选通校准电阻网络进行全量程的扫频并拟合校正参数；

S2、待校正参数检测通过后，会通过连接LCD显示屏及触控屏模块电路的显示系统显示状态并监测用户输入，如果用户选择校准指令，则执行重新校准流程；如果用户输入起始频率和终止频率并给出测量指令，系统进行测量流程。

3.根据权利要求2所述的一种压电超声换能器参数测量装置和方法，其特征在于，所述系统测量流程如下：

A1、CPU通过SPI总线控制DDS直接数字频率合成器生成从用户输入的起始频率至终止频率的频率、相位可调的正弦信号进行步进扫频；

A2、正弦信号一路输入高速ADC电路采样，一路输入恒流功率放大电路进行功率放大后经模拟开关电路输出，模拟开关电路在CPU的GPIO管脚控制下，可以选通外部待测的压电超声换能器(为方便使用这里提供待测电压低阻值夹具用于夹持待测的压电超声换能器的电极)，再输入至数控增益放大电路进行信号放大，信号再由数控低通滤波器滤波；

A3、高速ADC电路采样后进入CPU，CPU对采集到的数据进行DFT处理，得到的数据再乘以由矫正电阻网络矫正拟合得到的矫正系数，便得到所测试的压电超声换能器的导纳数据，并根据导纳数据在显示系统上绘制阻抗-频率、相位-频率曲线，在B-G坐标系绘制导纳图形和再由带约束最小二乘拟合曲线得到导纳圆图像，由拟合出的导纳圆关键点参数计算出所测试压电超声换能器的参数。

4.根据权利要求3所述的一种压电超声换能器参数测量装置和方法，其特征在于，所述测试压电超声换能器的参数计算公式如下：

静态电容：

动态电阻：

动态电感：

动态电容：

品质因数：

谐振频率：

反谐振频率：

机电耦合系数：

介电损耗：tanδ＝tan(fs到fp相位的平均值)，最大导纳Gmax为f1最表B轴对应数据，最小导纳Gmin为f2最表B轴对应数据。

5.根据权利要求4所述的一种压电超声换能器参数测量装置和方法，其特征在于，所述静态电容公式中Y_b0为拟合导纳圆的圆心的纵坐标。

6.根据权利要求4所述的一种压电超声换能器参数测量装置和方法，其特征在于，所述动态电阻公式中D为拟合导纳圆的直径。