CN103995483A - 一种超声波换能器的控制方法、装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声波换能器的控制方法、装置以及系统。所述一种超声波换能器的控制方法，包括：当满足触发条件后，则获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；判断所述最小值是否大于或者等于门限值；如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；并根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。本发明能够提高测量的准确性。

Description

一种超声波换能器的控制方法、装置以及系统

技术领域

本发明涉及超声传感技术领域，特别是指一种超声波换能器的控制方法、装置以及系统。

背景技术

目前，随着超声技术的发展，超声技术已被广泛的应用到各种领域，从工业检测到医疗检测，无不有超声技术的身影。

有些应用领域要求设备小型化，要求超声短距离连续测量。一些场景中，要求只有几个波长的距离，甚至更短，而超声波连续发射多个脉冲激励后的波形，经过与平行的反射面反射后返回到发射端时的能量依然很强，因此如果不能形成共振，可能会影响发射换能器的电声转换，从而造成发射波形失真。

同时，由于超声波的传输特性，即便是在某一固定环境下可以达到共振，但由于影响超声波传输的环境条件的变化，将造成失真，从而造成检测不准，甚至造成无法检测的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种超声波换能器的控制方法和装置以及系统，能够提高检测的准确率。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种超声波换能器的控制方法，包括：

当满足触发条件后，则获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；

获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；

获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；

判断所述最小值是否大于或者等于门限值；

如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；并根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

所述获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长的步骤包括：

获取所述发射换能器发射的超声波的第一当前频率；

获取所述发射换能器发射的超声波通过反射到达所述超生波换能器的接收换能器的第一路径长度；

检测得到所述发射换能器发射的超声波到达所述接收换能器的时长；

根据所述第一路径长度和所述时长，计算所述超声波的第一当前速度；

根据所述第一当前速度和所述第一当前频率，计算第一当前波长。

所述根据所述第一当前速度和所述第一当前频率，计算第一当前波长的步骤具体为根据以下公式计算:

λ＝V/F；

其中，V为第一当前速度，F为第一当前频率；λ为第一当前波长。

所述获取所述发射换能器发射的超声波通过反射到达超生波换能器的接收换能器的第一路径长度步骤具体为根据以下公式：

${\left(\frac{D}{2}\right)}^2+L^2={\left(\frac{S}{2}\right)}^2;$

其中，D为所述发射换能器和所述接收换能器之间的距离；S为所述发射换能器发射的超声波通过反射到达所述接收换能器的第一路径长度；L为所述反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离。

所述获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长的步骤包括：

获取所述发射换能器发射的超声波的第一当前频率；

获取当前温度；

根据所述当前温度，计算所述发射换能器发射的超声波的第一当前速度；

根据所述第第一当前速度以及所述第一当前频率，计算所述发射换能器发射的波形的第一当前波长。

所述根据所述当前温度，计算所述发射换能器发射的超声波的第一当前速度的步骤具体为根据以下公式计算：

v＝331.45+0.607T；

其中，v为第一当前速度；T为当前温度。

所述门限值的最大值为：使得所述发射换能器发射的波形在一次发射过程中,发射最后一个脉冲时，最后一个脉冲的波形与到达发射换能器的第一个脉冲的波形相比，延时或提前不超过1/4个周期。

所述满足触发条件的步骤具体为：

每隔固定时长；或者所述超声波换能器所处的环境因素发生变化。

所述的方法，还包括：

获取所述发射换能器发射的波形的第三当前波长；

根据所述第三当前波长，确定所述反射面与所述超生波换能器之间的理想距离，使得所述理想距离的2倍值为所述第三当前波长的整数倍；

根据所述理想距离，调整所述反射面与所述超生波换能器之间的距离。

本发明还提供一种超声波换能器的控制装置，包括：

第一获取单元，当满足触发条件后，则获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；

第二获取单元，获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；

第一计算单元，获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前距离的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；

判断单元，判断所述最小值是否大于或者等于门限值；

第一确定单元，如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；

第一调整单元，根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

所述的装置，还包括：

第三获取单元，获取所述发射换能器发射的波形的第三当前波长；

第二计算单元，根据所述第三当前波长，确定所述反射面与所述超生波换能器之间的理想距离，使得所述理想距离的2倍值为所述第三当前波长的整数倍；

第二确定单元，调整所述反射面与所述超生波换能器之间的距离。

本发明还提供一种一种超声波换能器的控制系统，包括：超声波换能器、以及超声波换能器的控制装置；

所述超声波换能器的控制装置用于，当满足触发条件后，则获取所述超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；判断所述最小值是否大于或者等于门限值；如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明中，当满足触发条件后，则判断反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离的2倍值与超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长之间的关系，如果差值大于或者等于门限值，则对所述发射换能器的理想发射频率进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长，从而解决了利用超声波传感器在进行较小距离连续检测时，由于反射波造成的对发射换能器的影响，保证了利用超声波传感器技术进行较小距离连续检测的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种超声波换能器的控制方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例所述的一种超声波换能器的控制方法第二实施例的流程示意图；

图3为本发明实施例所述的一种超声波换能器的控制装置的连接示意图；

图4为本发明实施例所述的一种超声波换能器的控制系统的连接示意图；

图5为本发明实施例所述的一种超声波换能器的控制系统的功能模块框图；

图6为本发明实施例所用超声波换能器的波束角特性图；

图7为本发明实施例所用超声波换能器的声压标准与频率关系特性图；

图8为本发明实施例所述的超声波换能器的控制方法的应用场景中的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

以下描述反射面与超生波换能器之间的距离不变，调节发射换能器的发射频率的场景。

如图1所示，为本发明所述的一种超声波换能器的控制方法，包括：

步骤11，当满足触发条件后，则获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；其中，触发条件可以为：每隔固定时长；或者所述超声波换能器所处的环境因素发生变化。环境因素可以为：造成超声波传播速度变化，从而引起的共振失调的因素，例如，温度、气压、环境中的风等。

步骤12，获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；

步骤13，获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；例如，假设第一当前波长λ＝13.26mm，第一当前距离L为13.7mm，则2L为27.4mm。为了使得L的2倍值与第一当前波长λ的整数倍值之间的差值的绝对值最小，需要取λ的2倍，则2L与2λ进行比较的差值σ约为0.5mm。

步骤14，判断所述最小值是否大于或者等于门限值；门限值的取值范围可以为从0到最大值；所述门限值可以取的最大值为：使得所述发射换能器发射的波形在一次发射过程中,发射最后一个脉冲时，最后一个脉冲的波形与到达发射换能器的第一个脉冲的波形相比，延时或提前不超过1/4个周期。

步骤15，如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；然后转到步骤16。如果为否，则结束处理。

步骤16，根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

其中，步骤11包括：

步骤111A，获取所述发射换能器发射的超声波的第一当前频率；

步骤112A，获取所述发射换能器发射的超声波通过反射到达所述超生波换能器的接收换能器的第一路径长度；步骤112具体为根据以下公式：

${\left(\frac{D}{2}\right)}^2+L^2={\left(\frac{S}{2}\right)}^2;$

其中，D为所述发射换能器和所述接收换能器之间的第一距离；S为所述发射换能器发射的超声波通过反射到达所述接收换能器的第一路径长度；L为所述反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离。

步骤113A，检测得到所述发射换能器发射的超声波到达所述接收换能器的时长；

步骤114A，根据所述第一路径长度和所述时长，计算所述超声波的第一当前速度；

步骤115A，根据所述第一当前速度和所述第一当前频率，计算第一当前波长。步骤115A具体为根据以下公式计算:

λ＝V/F；

其中，V为第一当前速度，F为第一当前频率；λ为第一当前波长。

上述为反射面与所述超生波换能器之间的距离固定不变，调节发射换能器的发射频率的场景。

可选的，步骤11包括：

步骤111B，获取所述发射换能器发射的超声波的第一当前频率；

步骤112B，获取当前温度；

步骤113B，根据所述当前温度，计算所述发射换能器发射的超声波的第一当前速度；具体为根据以下公式计算：

v＝331.45+0.607T；

其中，v为第一当前速度；T为当前温度。

步骤114B，根据所述第第一当前速度以及所述第一当前频率，计算所述发射换能器发射的波形的第一当前波长。

以下描述发射换能器的发射频率不变，调节反射面与所述超生波换能器之间的距离的场景。如图2所示，所述方法包括：

步骤21，获取所述发射换能器发射的波形的第三当前波长；其中，获取第三当前波长的距离和上述的获取第一当前波长的方法类似。

步骤22，根据所述第三当前波长，确定所述反射面与所述超生波换能器之间的理想距离，使得所述理想距离的2倍值为所述第三当前波长的整数倍；

步骤23，根据所述理想距离，调整所述反射面与所述超生波换能器之间的距离。

如图3所示，为本发明所述的一种超声波换能器的控制装置，包括：

第一获取单元61，当满足触发条件后，则获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；

第二获取单元62，获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；

第一计算单元63，获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；

判断单元64，判断所述最小值是否大于或者等于门限值；

第一确定单元65，如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；

第一调整单元66，根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

所述的装置，还包括：

第三获取单元67，获取所述发射换能器发射的波形的第三当前波长；

第二计算单元68，根据所述第三当前波长，确定所述反射面与所述超生波换能器之间的理想距离，使得所述理想距离的2倍值为所述第三当前波长的整数倍；

第二确定单元69，调整所述反射面与所述超生波换能器之间的距离。

如图4所示，为本发明所述的一种超声波换能器的控制系统，包括：超声波换能器71、超声波换能器的控制装置72；

所述超声波换能器的控制装置用于，当满足触发条件后，则获取所述超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；判断所述最小值是否大于或者等于门限值；如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

以下描述本发明的实施例。

本发明实施例中所用到的超声波换能器频率发生器、数据采集放大器、MCU处理器不是本发明实施例特有装置，可以采用通用装置，故不作详述。图5为本发明实施例的结构安装图。以下具体描述。

本发明实施例的系统，包括：

超声波换能器一对，其中一只负责发射，一只负责接收。两只换能器为固定的，且两只换能器中心位置间的距离为D。超声波换能器A为发射超声波换能器，超声波换能器B为接收超声波换能器。本发明实施例中所使用的超声波换能器可以为谱威PROWAVE的250SR180,

与换能器安装位置平行的反射面，负责反射超声换能器产生的波形。平行反射面的位置为固定的，且平行反射面与超声换能器安装平面间的距离为L。

超声波换能器频率发生器，用于产生激励超声波换能器的频率脉冲，使超声换能器产生电声转换。超声波换能器频率发生器的正负端与超声波换能器A的正负端进行连接，数据采集放大器的模拟量采集正负端与超声波换能器B的正负端进行连接。

数据采集放大器，将采集的模拟量数据放大后，转换成数字量传输给MCU处理器。具体为：采集超声波换能器的接收波形，进行放大处理后，通过模数转换把采集的数据发送给MCU处理器。

MCU处理器(等同于上述的控制装置)，用于计算数据采集放大器传送回来的数据，判断是否调整频率，如需调整频率，控制超声波换能器频率发生器调整其频率，使发射换能器发射的波形可以在平行于发射换能器发射面的平行反射面与超声波换能器的发射面间共振。具体为：处理数据采集放大器传送回来的数据，根据超声波换能器安装平面与平行反射面之间的距离L、两只换能器之间的距离D、以及发射换能器的发射频率F，计算出此时超声波的传播速度C。由当前环境下超声波的传播速度C，计算出此时发射换能器的发射的超声波的波长λ。由于换能器安装平面与反射面的距离L固定，故可以判断L的2倍值是否是波长λ的整数倍。

如L的2倍值是λ的整数倍，此时发射换能器的发射频率已与反射到发射换能器的波形重叠，加强了发射换能器的电声转换率，达到了共振的效果，不需要进行频率调整。

如L的2倍值不是λ的整数倍，当发射换能器发射的波形通过反射面反射后的波形到达发射换能器的时候，与当前发射换能器的发射波形不会重叠，由于反射波能量较大，会使发射换能器电声转换步调与反射波不在同一周期下，造成发射换能器的电声转换被反射波叠加后，有的地方加强，有的地方减弱，形成失真的发射波形。MCU处理器根据以上参数计算出此时环境条件下满足L的2倍值是λ的整数倍的频率F1，然后，MCU处理器将控制超声波换能器频率发生器产生频率为F1的超声波，使发射环能器发射的超声波在平行反射面及发射换能器间产生共振。

当影响超声波传输的外界环境因素变化时，如温度变化，由于超声波的传输特性，不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系如下：

v＝331.45+0.607T     (1)

式中，T为实际温度(℃)，v为当前环境下超声波的传播速度，单位为m/s

因此，超声波的传输速度v也将产生变化。

由波长与频率的关系：v＝fλ     (2)

其中：v为超声波的波速，f为频率，λ为波长；

当v发生变化时，f不变，则λ也会发生变化，因此，当环境温度变化时，λ变化，造成换能器安装面与平行反射面的距离L的2倍值与λ的整数倍关系失调，需要调整频率，使L的2倍值与波长λ之间的整数倍关系保持不变，才能使发射环能器发射的超声波在平行反射面及发射换能器间产生共振。

本发明的实施例以温度为例讲述利用超声波测量时，使发射端超声波换能器发射的波形与超声波换能器的电声转换达到共振。本发明也适用于其他环境因素造成的超声波传播速度的变化引起的共振失调后的自适应，例如，气压、环境中的风等都会引起超声波传播速度的变化。

图6为本发明实施例所用超声波换能器的波束角特性图。当此换能器工作时，在换能器中心位置发射出超声波。从波束方向角可以看出，垂直于发射面的能量最大，且沿着换能器中心的垂直方向向四周扩散时波束能量减弱。因此，在垂直于发射面的方向的能量最大。当换能器工作时，平行于发射面的反射面反射能量最大。

图7为本发明实施例所用超声波换能器的声压标准与频率关系特性图。当超声波换能器工作频率为25KHz时，超声波换能器转换效率最高，即为其中心频率。随着向中心频率两端扩散，超声波换能器的转换效率变小，当小到一定程度，换能器几乎不工作了。因此，根据图中所示，选取超声波换能器的可以工作的频率范围为23KHz至29KHz之间，其灵敏度在-80dB以上。

本发明实施例中使用了两只超声波换能器，其中一只用来发射，另一只用来接受发射换能器发射的波形。两只超声波换能器固定安装在一个平面上，结合其结构尺寸，本实施例中，两只超声波换能器间的中心位置距离D可以为20mm。

本发明实施例中的平行于发射换能器发射面的反射面与超声波换能器的发射面间的距离L的选取需要根据超声换能器的特性进行选取。

假设，本发明实施例中采用的超声波换能器的中心工作频率为25KHz。

根据超声波的传输特性，不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系如下：

v＝331.45+0.607T     (1)

式中，T为实际温度(℃)，v为当前环境下超声波的传播速度，单位为m/s。

假设目前温度为20℃，则此环境条件下的风速v等于343.59m/s。

由超声波换能器声压标准与频率的关系可知，超声波换能器工作在中心频率时的效率最高。因此，为了后续环境变化对超声波换能器的影响可以自适应调整，选取25KHz的频率为基础频率。此时，如果用25KHz的激励去驱动超声波换能器工作，，按照公式(2)可以得出其发射波形的波长λ等于13.7436mm。如果使超声波换能器发射的波形可以在发射超声波换能器与平行反射面间共振，平行于发射换能器发射面的反射面与超声波换能器的发射面间的距离L的2倍值应该为λ的整数倍，因此选取L等于13.7mm，也就是说，本实施例中，平行于发射换能器发射面的平行反射面应固定在与超声波换能器的发射面相距13.7mm处。

本发明实施例的详细工作过程如下：

由以上描述，假设两只超声波换能器固定安装在一个平面上，且两只超声波换能器间的中心位置距离D保持在20mm，平行于发射换能器发射面的平行反射面固定在与超声波换能器的发射面相距13.7mm处，超声波换能器A发射的超声波通过反射到达超声波换能器B的路径长度S满足三角公式：

${\left(\frac{D}{2}\right)}^2+L^2={\left(\frac{S}{2}\right)}^2---\left(3\right)$

故S等于33.92mm，当前温度为20℃，用25KHz的激励去驱动超声波换能器工作，每一次激励过程为8个激励脉冲周期。

如图8所示，为本发明实施例的工作流程图，该实施例中，两只超声波换能器固定安装在一个平面上，且两只超声波换能器间的中心位置距离D保持在20mm，平行于发射换能器发射面的反射面固定在与超声波换能器的发射面相距13.7mm处。当温度为20℃，用25KHz的激励去驱动超声波换能器工作，每一次激励过程为8个激励脉冲周期。该实施例中的MCU处理器等同于上述的控制装置。所述方法包括以下步骤：

第一步：装置上电，MCU处理器控制超声波换能器频率发生器连续发射8个频率F1为25KHz的激励脉冲。超声波换能器A受电脉冲激励作用开始起振，并发射25KHz的声波信号。

第二步：声波信号通过平行反射面反射后，一部分发射回发射端超声波换能器A，一部分反射到接收端超声波换能器B。由于超声波换能器A受到连续电脉冲的激励，持续进行25KHz声波的发射，而且随着发射脉冲个数的增加，超声波换能器A的振动幅度加大，声波信号加强。经过接近2个发射周期后，平行反射面反射回来的声波信号开始作用于超声波换能器A，由于此时的电脉冲激励和反射回来的声波信号的周期激励接近一致，故进一步加强了超声波换能器A的振动幅度。同时，反射到超声波换能器B的反射波也将会被超声波换能器B接收，超声波换能器B将声波信号转换成电信号通过数据采集放大器将整理后的数据发送到MCU处理器。

第三步：MCU处理器通过检测，得出从超声波换能器A发射后的声波传输到超声波换能器B所需时间T1约为98.72微秒。然后，MCU根据速度、时间与距离的关系公式S＝V1*T1，计算出超声波在当前环境下的传播速度V1,故可以得出V1＝S/T1，即V1＝343.598。然后，根据计算结果，利用公式(2)v＝fλ，得出λ＝V1/F1，其中，F1＝25KHz，故λ＝13.744mm。MCU处理器根据λ的计算结果与平行于发射换能器发射面的平行反射面与超声波换能器的发射面间的距离L＝13.7mm进行比较，由于λ≈L，所述2L为λ的整数倍，故不需进行频率调整。

第四步：把装置放到境温度为0℃的环境下工作。MCU处理器通过检测得出从超声波换能器A发射后的声波传输到超声波换能器B所需时间T2约为102.34微秒。根据第一步的计算方法得出V2＝331.44m/s,λ＝13.26mm，由于平行于发射换能器发射面的平行反射面与超声波换能器的发射面间的距离L＝13.7mm，则2L为27.4mm，为了使得L的2倍值与λ的整数倍值之间的差值最小，需要取λ的2倍，2L与2λ进行比较的差σ约为0.5mm。由于超声波换能器A持续不断发送8个超声波激励脉冲，且超声波换能器电声转换出的超声波为正弦周期波形，所以，当激励与反射波到达发射超声波换能器A相差1/4周期时，将严重影响超声波换能器A的电声转换，达到半个周期时将完全抵消反射波能量。假设一次发射过程中发射的激励脉冲个数为8个，因此，确定是否进行超声波频率的切换的门限值时，以在发送第8个脉冲(即一次发射过程中的最后一个脉冲)时，第二个脉冲产生的超声波经过多次震荡后与到达超声波换能器A的延时或提前不超过1/4个周期为最大门限值。一般选取门限值要低于此门限值。当然，门限值越低，共振效果越好，但需要频繁改变激励脉冲的频率。

本发明实施例中，发射频率的波长门限值κ为0.3mm。MCU处理器根据此门限值与σ比较，如果σ大于κ，则进行激励脉冲频率的调整，使λ≈L，发射端超声波换能器A的后续电声转换与到达发射端超声波换能器A的反射波共振，根据公式(2)v＝fλ，可以计算出如果共振所需的频率F2＝V2/λ＝V2/L＝24.19KHz。

第五步：根据第四步的调整，本发明的实施例又一次达到平衡。在影响超声波传输速度的因素不变，或者改变但没有导致波长改变达到波长门限值κ前，将一直保持现有频率进行发射。一旦超过了波长门限值，将重新进行第四步的处理过程。

本发明提供一种超声波测量系统中的自适应共振技术，利用超声波传感器的特点及声波的传输特性，有效地控制超声波传感器在与其平行的反射面间形成共振，并根据影响超声波传输的环境因素，实时改变换能器的发射频率，以达到换能器连续发射的波形能在与其平行的反射面间形成共振。也就是说，本发明可以在发射换能器与平行反射面的距离固定且发射换能器与平行反射面的距离较小的情况下，根据环境影响，实时改变换能器的发射频率，使其发射的波形在反射面间达到共振。

本发明的实施例具有以下有益效果：

(1)本发明实施例可以有效解决利用超声波传感器在进行较小距离连续检测时，由于反射波造成的对发射换能器的影响，保证了利用超声波传感器技术进行较小距离连续检测的准确度。

(2)可以自适应各种影响超声波传输的环境因素造成的影响，使设备可以工作在各种影响超声波传输的环境条件下，大大提高了采用此种装置的设备的测量准确度。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种超声波换能器的控制方法，其特征在于，包括：

当满足触发条件后，则获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；

获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；

获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；

判断所述最小值是否大于或者等于门限值；

如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；并根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长的步骤包括：

获取所述发射换能器发射的超声波的第一当前频率；

获取所述发射换能器发射的超声波通过反射到达所述超生波换能器的接收换能器的第一路径长度；

检测得到所述发射换能器发射的超声波到达所述接收换能器的时长；

根据所述第一路径长度和所述时长，计算所述超声波的第一当前速度；

根据所述第一当前速度和所述第一当前频率，计算第一当前波长。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一当前速度和所述第一当前频率，计算第一当前波长的步骤具体为根据以下公式计算:

λ＝V/F；

其中，V为第一当前速度，F为第一当前频率；λ为第一当前波长。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述获取所述发射换能器发射的超声波通过反射到达超生波换能器的接收换能器的第一路径长度步骤具体为根据以下公式：

${\left(\frac{D}{2}\right)}^2+L^2={\left(\frac{S}{2}\right)}^2;$

其中，D为所述发射换能器和所述接收换能器之间的距离；S为所述发射换能器发射的超声波通过反射到达所述接收换能器的第一路径长度；L为所述反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长的步骤包括：

获取所述发射换能器发射的超声波的第一当前频率；

获取当前温度；

根据所述当前温度，计算所述发射换能器发射的超声波的第一当前速度；

根据所述第第一当前速度以及所述第一当前频率，计算所述发射换能器发射的波形的第一当前波长。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前温度，计算所述发射换能器发射的超声波的第一当前速度的步骤具体为根据以下公式计算：

v＝331.45+0.607T；

其中，v为第一当前速度；T为当前温度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述门限值的最大值为：使得所述发射换能器发射的波形在一次发射过程中,发射最后一个脉冲时，最后一个脉冲的波形与到达发射换能器的第一个脉冲的波形相比，延时或提前不超过1/4个周期。

8.根据权利要求1所述的方法，所述满足触发条件的步骤具体为：

每隔固定时长；或者所述超声波换能器所处的环境因素发生变化。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述发射换能器发射的波形的第三当前波长；

根据所述第三当前波长，确定所述反射面与所述超生波换能器之间的理想距离，使得所述理想距离的2倍值为所述第三当前波长的整数倍；

根据所述理想距离，调整所述反射面与所述超生波换能器之间的距离。

10.一种超声波换能器的控制装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，当满足触发条件后，则获取超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；

第二获取单元，获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；

第一计算单元，获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前距离的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；

判断单元，判断所述最小值是否大于或者等于门限值；

第一确定单元，如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；

第一调整单元，根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：

第三获取单元，获取所述发射换能器发射的波形的第三当前波长；

第二计算单元，根据所述第三当前波长，确定所述反射面与所述超生波换能器之间的理想距离，使得所述理想距离的2倍值为所述第三当前波长的整数倍；

第二确定单元，调整所述反射面与所述超生波换能器之间的距离。

12.一种超声波换能器的控制系统，其特征在于，包括：超声波换能器、以及超声波换能器的控制装置；

所述超声波换能器的控制装置用于，当满足触发条件后，则获取所述超生波换能器的发射换能器发射的超声波的第一当前波长；获取反射面与所述超生波换能器之间的第一当前距离；获取所述第一当前距离的2倍值与所述第一当前波长的整数倍值之间的差值的绝对值的最小值；判断所述最小值是否大于或者等于门限值；如果为是，则根据所述第一当前波长确定所述发射换能器的理想发射频率；根据所述理想发射频率，对所述发射换能器进行调整，使得所述第一当前距离的2倍值为第二波长的整数倍；所述第二波长为调整后的所述发射换能器发射的超声波的波长。