密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法及系统

摘要

本申请涉及密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法及系统，具体涉及超声波无线功率传输领域。本申请采用外电路产生频率范围为[f0‑f，f0+f]的扫频信号，由于内部电路的阻抗受外部电路的电压幅值的影响，当外电路产生频率范围为[f0‑f，f0+f]时，第一换能器将电信号转化为振动信号传递到该第二换能器中，当振动信号频率与系统最佳输能频率相同时，此时系统的输入阻抗有突变现象，进而导致与第一换能器电学连接的外电路上的交流电压幅值剧变，通过检测外电路的电压幅值变化趋势；外电路将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量；外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将电压最大值点对应的频率作为最佳输能频率。

说明书

技术领域

本申请涉及电磁波传输领域，具体涉及一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法及系统。

背景技术

武器装备等密封式金属装置具有“一次成型，长期存储，不可拆封”等特点，所以长期存储或使用后的超声无线功率传输系统的内部系统，以及输能通道等由于器件参数时间漂移将导致系统的最佳输能频率偏移系统成型时测量的最佳输能频率，并且内部系统被密封于金属装置内部此时系统最佳输能频率将很难从新确定，进而导致系统输能效率低下甚至完全失去功率传输能力。

现有技术系统输能效率进行检测是通过测量系统在不同输能频率下内部系统的电压输出来确定系统的最佳输能频率的思路。

但是，现有技术只能解决可直接测量内部输出的非密闭式系统的频率确定问题，不能解决密封式超声无线输能系统最佳输能频率漂移后的最佳输能频率再确定问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法及系统，以解决现有技术中只能解决可直接测量内部输出的非密闭式系统的频率确定问题，不能解决密封式超声无线输能系统最佳输能频率漂移后的最佳输能频率再确定问题的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法，应用于输能系统，输能系统包括：外电路、第一换能器、第二换能器和内电路，外电路和第一换能器设置在密封式金属装置外部，其中，外电路和第一换能器电连接，第二换能器和内电路设置在密封式金属装置内部，第二换能器和内电路电连接，确定方法包括：

外电路产生频率范围为[f

检测外电路的电压幅值变化趋势；

外电路将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量；

外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率。

可选地，该外电路产生频率范围为[f

外电路产生正弦电信号，将正弦电信号进行电压电流放大，并输出到第一换能器上；

第一换能器根据正压电效应将接收的放大后的正弦电信号转化为振动信号，并将振动信号传输到第二换能器上；

第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号，并将该电信号依次传递到内电路。

可选地，该外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率的步骤之前还包括：

多次获取第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号的输出电压变化趋势；

将第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势进行对比；

得到第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势之间的关系。

可选地，该外电路产生频率范围为[f

可选地，该外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率的步骤之后还包括：

将计算得到的最佳输能频率减去已确定的最佳输能频率的绝对值；

将该绝对值与预设范围进行匹配；

若绝对值不在预设范围内，再一次检测信号处理电路的电压幅值变化趋势。

第二方面，本申请提供一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统，基于第一方面任意一项的确定方法，确定系统包括：产生模块、检测模块、转化模块和计算模块；

产生模块用于产生频率范围为[f

检测模块用于检测外电路的电压幅值变化趋势；

转化模块用于将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量；

计算模块用于根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率。

可选地，该系统还包括信号传输模块；信号传输模块用于外电路产生正弦电信号，将正弦电信号进行电压电流放大，并输出到第一换能器上；第一换能器根据正压电效应将接收的放大后的正弦电信号转化为振动信号，并将振动信号传输到第二换能器上；第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号，并将该电信号依次传递到内电路。

可选地，该确定系统还包括对比模块，对比模块用于多次获取第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号的输出电压变化趋势；将第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势进行对比；得到第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势之间的关系。

可选地，该产生模块用于产生频率范围为[f

可选地，该系统还包括验证模块，验证模块用于将计算得到的最佳输能频率减去已确定的最佳输能频率的绝对值；将该绝对值与预设范围进行匹配；若绝对值不在预设范围内，再一次检测信号处理电路的电压幅值变化趋势。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行第一方面的密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在电子设备执行第一方面的密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法。

本发明的有益效果是：

本申请采用外电路产生频率范围为[f0-f，f0+f]的扫频信号，由于内部电路的阻抗受外部电路的电压幅值的影响，当外电路产生频率范围为[f0-f，f0+f]时，第一换能器将电信号转化为振动信号传递到该第二换能器中，当振动信号频率与系统最佳输能频率相同时，此时系统的输入阻抗有突变现象，进而导致与第一换能器电学连接的外电路上的交流电压幅值剧变，通过检测外电路的电压幅值变化趋势；外电路将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量；外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法的流程示意图；

图2为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法的流程示意图；

图3为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法中的阻抗器件端电压示意图；

图4为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法中的第二换能器输出电压示意图；

图5为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图；

图6为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图；

图7为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图；

图8为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

输能系统包括：单片机、信号源、驱动电路、信号处理电路、包络检波电路、模数转换器、第一换能器、第二换能器、储能器件和负载，单片机、信号源、驱动电路、信号处理电路、第一换能器设置在密封式金属装置外部，其中，单片机、信号源、驱动电路、第一换能器依次电连接，第一换能器、信号处理电路、检波电路、模数转换器和单片机依次电连接，第二换能器、储能器件和负载设置在密封式金属装置内部，第二换能器、储能器件和负载依次电连接。

图1为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法的流程示意图；如图1所示，本申请提供一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法，应用于输能系统，输能系统包括：外电路、第一换能器、第二换能器和内电路，外电路和第一换能器设置在密封式金属装置外部，其中，外电路和第一换能器电连接，第二换能器和内电路设置在密封式金属装置内部，第二换能器和内电路电连接，确定方法包括：

S101、外电路产生频率范围为[f

在实际应用中，该外电路包括：单片机、信号源、驱动电路、信号处理电路、包络检波电路、模数转换器，该单片机用于控制整个外电路，接收并分析模数转换器采集的数据，具体为，将不同频率下的模数采样值取平均以及与相应频率建立对应关系，通过比较法找出扫频范围内模数采样数据的最大值和该最大值所对应的频率，驱动电路用于将较小幅值的超声电信号进行功率放大(包括电压放大和电流放大)，以驱动外部换能器产生超声波，信号处理电路包括阻抗器件、放大电路，该阻抗器件用于反映第二换能器的电压幅值变化情况，该放大电路用于对阻抗器件的端电压进行线性放大，该包络检波用于提取线性放大后阻抗器件端电压电压的包络轮廓；该模数转换器将包络轮廓模拟量离散化，并将离散化后的数据供单片机分析，该信号源受单片机的控制产生频率范围为[f

S102、检测外电路的电压幅值变化趋势。

S103、外电路将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量。

该外电路中的模数转换器将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量。

S104、外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率。

图2为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法的流程示意图；如图2所示，可选地，该外电路产生频率范围为[f0-f，f0+f]的扫频信号的步骤之前还包括：

S201、外电路产生正弦电信号，将正弦电信号进行电压电流放大，并输出到第一换能器上。

S202、第一换能器根据正压电效应将接收的放大后的正弦电信号转化为振动信号，并将振动信号传输到第二换能器上。

S203、第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号，并将该电信号依次传递到内电路。

可选地，该外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率的步骤之前还包括：

多次获取第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号的输出电压变化趋势；

将第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势进行对比；

得到第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势之间的关系。

图3为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法中的阻抗器件端电压示意图；图4为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法中的第二换能器输出电压示意图；如图3和图4所示，其中，3中横坐标为阻抗器件端电压，纵坐标为时间，图4横坐标为第二换能器输出电压，纵坐标为时间，通过图3与图4对比，可以得到，该阻抗器件端电压与第二换能器输出电压在最大值点是相对应的，为了证明该第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势之间的关系，使用试验分别得到该第二换能器在受到激励时两端的电压变化趋势，和外电路的电压变化趋势，从如可以得到外部阻抗器件端电压幅值的峰值点与第二换能器输出电压幅值的峰值点有很好的对应关系，进而证明了该方法可可行性；需要说明的是，多次获取第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号的输出电压变化趋势，为获取外电路的电压变化趋势，并根据第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势之间的关系，得到第二换能器的输出电压变化趋势。

可选地，该外电路产生频率范围为[f

可选地，该外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率的步骤之后还包括：

将计算得到的最佳输能频率减去已确定的最佳输能频率的绝对值；

将该绝对值与预设范围进行匹配；

若绝对值不在预设范围内，再一次检测信号处理电路的电压幅值变化趋势。

为了使得本申请得到的最佳输能频率的准确性，将该最佳输能频率的可行范围作为该最佳输能频率的预设范围，将使用减法计算得到本申请求得的最佳输能频率减去已确定的最佳输能频率的绝对值，将该将该绝对值与预设范围进行匹配；若绝对值不在预设范围内，再一次检测信号处理电路的电压幅值变化趋势，若该绝对值在预设范围内，则表示计算的到的最佳输能频率是正确的；需要说明的是，本步骤为自检步骤。

可选地，本申请还提供了当系统输能效率因系统最佳输能频率漂移严重下降时，单片机控制信号源产生频率范围为[f

系统扫频步长为Δf，经过试验得到步长越小，分辨率越高，精度越高，但是花费时间越长。为了提高系统工作效率且保证频率精度，可以先以较长的步长Δf1扫描，具体过程为：设置扫频频率为f

具体的实施步骤为：

在每个频率f0+n*Δf1的输出期间A/D输出对应的采样数组Vn，

求取数组Vn的平均值

当n等于1时，则记录数组

当n大于1时，如果本次扫描频率f0+n*Δf1对应的

当完成全频带扫描时，单片机将记录下数组

当粗略确定了系统最佳输能频率fmax后，

将以[fmax-f1,fmax+f1]为新的扫频范围。

扫频信号频带宽度为2f1，f1一般等于fmax的1％。

此时为了更加精确的确定系统的最佳输能频率，

如果可接受的频率误差为F，则可设置系统新的扫频步长为F/2。

重复系统粗略最佳输能频率确定过程，确定出满足精度要求的系统最佳输能频率Fmax。

本申请采用外电路产生频率范围为[f0-f，f0+f]的扫频信号，由于内部电路的阻抗受外部电路的电压幅值的影响，当外电路产生频率范围为[f0-f，f0+f]时，第一换能器将电信号转化为振动信号传递到该第二换能器中，当第一换能器产生的电信号频率与待测装置内部的超声无线功率传输系统最佳通信频率相同时，此时系统的阻抗会有剧变现象，进而导致与第一换能器电学连接的外电路上的交流电压幅值剧变，通过检测外电路的电压幅值变化趋势；外电路将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量；外电路根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率。

图5为本申请提供的一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图；如图5所示，本申请提供一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统，基于上述任意一项的确定方法，确定系统包括：产生模块10、检测模块20、转化模块30和计算模块40；

产生模块10用于产生频率范围为[f

检测模块20用于检测外电路的电压幅值变化趋势；

转化模块30用于将电压幅值变化趋势转化为离散的数字量；

计算模块40用于根据预设算法得到离散的数字量的最大值点，并将最大值点对应的频率作为最佳输能频率。

图6为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图；如图6所示，可选地，该系统还包括信号传输模块50；信号传输模块50用于外电路产生正弦电信号，将正弦电信号进行电压电流放大，并输出到第一换能器上；第一换能器根据正压电效应将接收的放大后的正弦电信号转化为振动信号，并将振动信号传输到第二换能器上；第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号，并将该电信号依次传递到内电路。

图7为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图；如图7所示，可选地，该确定系统还包括对比模块60，对比模块60用于多次获取第二换能器根据逆压电效应将振动信号转化为对应频率的电信号的输出电压变化趋势；将第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势进行对比；得到第二换能器的输出电压变化趋势与外电路的电压变化趋势之间的关系。

可选地，该产生模块用于产生频率范围为[f

图8为本申请提供的另一种密封式金属装置的最佳输能频率的确定系统的模块示意图；如图8所示，可选地，该系统还包括验证模块70，验证模块70用于将计算得到的最佳输能频率减去已确定的最佳输能频率的绝对值；将该绝对值与预设范围进行匹配；若绝对值不在预设范围内，再一次检测信号处理电路的电压幅值变化趋势。

本申请提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行上述的密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法。

本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在电子设备执行上述的密封式金属装置的最佳输能频率的确定方法。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。