CN109193968B - 基于自适应相位调节的超声波充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种基于自适应相位调节的超声波充电系统及方法，所述系统包括第一超声波装置和第二超声波装置，本公开中，第一超声波装置将第二超声波装置发射的多个第一超声波信号转换为第一电信号，为所述待充电装置充电，并发射与第一电信号的变化对应的第二超声波信号，以使得第二超声波装置根据第二超声波信号调整多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，进而使调整后的多个第一超声波信号在第一超声波装置处聚焦。实现基于第一超声波装置的反馈自动将第二超声波装置发射的多个第一超声波信号实时聚焦至第一超声波装置，无需人工调整，从而极大的提高了提高超声波充电的效率及功率。

Description

基于自适应相位调节的超声波充电系统及方法

技术领域

本公开涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种基于自适应相位调节的超声波充电系统及方法。

背景技术

植入式电子系统是一种埋置在生物体或人体内的电子设备，主要用来测量生命体内的生理、生化参数以及诊断、治疗生命体的某些疾病，实现在生命体无拘束自然状态下的、体内参数的直接测量和控制功能，也可用来代替功能业已丧失的器官。常见的植入式电子设备包括脑起搏器、心脏起搏器、胃肠电激励器、喉起搏器等。

在解决植入式电子系统充电的问题时，常规的手段大都是通过在人体外部施加电磁波，使植入式电子系统上的接收装置因电磁感应原理而收集电能。但是，实验研究证明，电磁波会对人体会产生伤害。长期使用电磁波对植入式电子系统进行充电的会大大增加人体致癌的风险。

超声波有着很好的生物相容性，在医疗领域早已有着很多的应用，如利用超声波击碎胆结石、B超等，在无线充电领域更是有着非常高的应用价值。超声波换能器是一种能实现将机械能和电能相互转换的器件。在人体外使用超声波换能器来发射超声波，超声波传播到植入人体内的器件上的超声波换能器时候，超声波换能器受迫振动，进而会产生电能，从而实现能量收集。然而，超声波在传播过程中损耗较大，为解决超声波充电效率问题，通常会使发射的超声波聚焦到植入人体内的器件上的超声波换能器，以提高超声波充电的效率。但是，相关技术中，超声波聚焦的位置必须是固定的，一旦发射超声波的超声波换能器和接收超声波的超声波换能器的相对位置发生变化，则无法实现超声波聚焦。因此，如何提高超声波充电的效率及功率仍是一个技术挑战。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种基于自适应相位调节的超声波充电系统及方法，能够解决提高超声波充电的效率及功率的问题。

根据本公开的一方面，提供了一种基于自适应相位调节的超声波充电系统，包括：第一超声波装置和第二超声波装置；

所述第一超声波装置，与待充电装置电连接，能够将第二超声波装置发射的多个第一超声波信号转换为第一电信号，为所述待充电装置充电，所述第一超声波装置还用于根据所述第一电信号的变化，发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号；

所述第二超声波装置包括多个超声波换能器，每个超声波换成器能够发射第一超声波信号，所述第二超声波装置用于根据所述第二超声波信号，调整所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦。

在一种可能的实现方式中，所述第一超声波装置包括：第一计算模块、第一发射模块和第一接收模块；

其中，第一接收模块用于将所述多个第一超声波信号转换为第一电信号，以为所述待充电装置充电；

所述第一计算模块，用于确定所述第一电信号的变化，并根据所述第一电信号的变化，控制所述第一发射模块发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号。

在一种可能的实现方式中，所述第二超声波装置还包括：第二计算模块和第二接收模块；

所述第二接收模块用于将所述第二超声波信号转换为第二电信号，发送给第二计算模块；

所述第二计算模块，用于根据第二电信号控制所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器调整发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号聚焦到所述第一接收模块。

在一种可能的实现方式中，

若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变大，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第一脉冲信号；

若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变小，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第二脉冲信号；

若所述第一电信号的变化小于或等于变化阈值，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第三脉冲信号。

在一种可能的实现方式中，所述第二超声波装置还包括柔性基底；

所述柔性基底，用于承载所述第二超声波装置，且能够与携带者的皮肤表面贴合，以使所述第二超声波装置贴合在所述皮肤表面上。

在一种可能的实现方式中，所述多个超声波换能器排布为阵列形式，所述多个超声波换能器的排布方式包括圆周式排布、单条状排布、多条状排布中的任一种。

根据本公开的另一方面，提供了一种基于自适应相位调节的超声波充电方法，包括：

第一超声波装置将第二超声波装置发射的多个第一超声波信号转换为第一电信号，并根据所述第一电信号的变化发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号；

所述第二超声波装置包括多个超声波换能器，每个超声波换成器能够发射第一超声波信号，所述第二超声波装置根据所述第二超声波信号，调整所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦。

在一种可能的实现方式中，若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变大，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第一脉冲信号；

若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变小，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第二脉冲信号；

若所述第一电信号的变化小于或等于变化阈值，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第三脉冲信号。

本公开中，由于第一电信号的变化可以实时反映由多个第一超声波信号转换得到电能的变化，即反映了多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，因此，本公开的第二超声波装置根据第一超声波装置反馈的第二超声波信号可以有效的获得多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，并能够基于第二超声波信号调整多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦，由此实现第二超声波装置基于第一超声波装置的反馈自动将发射的多个第一超声波信号实时调整聚焦至第一超声波装置，无需人工调整，从而极大的提高了提高超声波充电的效率及功率。

此外，由于超声波具有良好的生物相容性，本公开的超声波充电系统的充电和通信均使用超声波，有效避免了电磁波对人体的伤害，实现对待充电装置的安全、高效的充电。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种基于自适应相位调节的超声波充电系统的示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种第一超声波装置的示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种第二超声波装置的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的多个第一超声波信号在第一超声波装置处能量抵消的示意图。

图5是一应用示例中第二电信号包含的脉冲信号的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种基于自适应相位调节的超声波发射方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1是根据一示例性实施例示出的一种基于自适应相位调节的超声波充电系统的示意图。如图1所示，该系统可以包括：第二超声波装置12和第一超声波装置11。

在本公开中，通常来讲，超声波换能器(Ultrasonic transducer)可以将输入的电能转换为机械能(即超声波)再传递出去的，并可以将接收到超声波转换为电能。

所述第一超声波装置11可以设置于携带者体内的待充电装置10中，能够将第二超声波装置12发射的多个第一超声波信号转换为第一电信号，为所述待充电装置10充电，所述第一超声波装置11还用于根据所述第一电信号的变化，发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号。

所述第二超声波装置12，包括多个超声波换能器(图中未示出)，每个超声波换成器能够发射第一超声波信号，所述第二超声波装置12用于根据所述第二超声波信号，调整所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置11处聚焦。

在本公开中，待充电装置可以是能够植入于生物体内的电子仪器，例如，待充电装置可以包括脑起搏器、心脏起搏器、胃肠电激励器、喉起搏器中的任意一种，在此不做限定。

作为本实施例的一个示例，如图1所示，第一超声波装置11可以与待充电装置10电性连接，并可以与待充电装置10一同植入携带者的体内。在需要对待充电装置10进行充电时，可以通过医用耦合剂将第二超声波装置12贴敷在携带者皮肤上对应于第一超声波装置11的位置，并控制第二超声波装置12中多个超声波换能器发射多个第一超声波信号。第一超声波装置11可以将接收到的多个第一超声波信号转换为第一电信号，进而对待充电装置10进行充电。

在充电的过程中，第一超声波装置11还可以根据第一电信号的变化，发射与第一电信号的变化对应的第二超声波信号。例如，第一电信号可以为电流，第一电信号的变化可以包括电流的变大或变小，第一超声波装置11可在确定电流变大时，发射表示电流变大的第二超声波信号，并可在确定电流变小时，发射表示电流变小的第二超声波信号。

第二超声波装置12可以在发射多个第一超声波信号的同时，接收第二超声波信号，并可以根据所述第二超声波信号对应的第一电信号的不同变化，调整多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的各个第一超声波信号在到达第一超声波装置11处时相位相同，进而相互叠加形成超声波聚焦，使得第一超声波装置11接收到的超声波能量达到较大的水平。

本公开中，由于第一电信号的变化可以实时反映由多个第一超声波信号转换得到电能的变化，即反映了多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，因此，本公开的第二超声波装置根据第一超声波装置反馈的第二超声波信号可以有效的获得多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，并能够基于第二超声波信号调整多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦，由此实现第二超声波装置基于第一超声波装置的反馈自动将发射的多个第一超声波信号实时调整聚焦至第一超声波装置，无需人工调整，从而极大的提高了提高超声波充电的效率及功率。

此外，由于超声波具有良好的生物相容性，本公开的超声波充电系统的充电和通信均使用超声波，有效避免了电磁波对人体的伤害，实现对待充电装置的安全、高效的充电。

作为本实施例的一个示例，图2是根据一示例性实施例示出的一种第一超声波装置的示意图。如图2所示，第一超声波装置可以包括：第一计算模块21、第一发射模块22和第一接收模块23。其中，所述第一接收模块23可以用于将所述多个第一超声波信号转换为第一电信号，以为所述待充电装置(图中未示出)充电。所述第一计算模块21可以用于确定所述第一电信号的变化，并根据所述第一电信号的变化，控制所述第一发射模块22发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号。

在本示例中，第一发射模块22和第一接收模块23均可以为超声波换能器。如图2所示，第一发射模块22可以包括1个超声波换能器，用于根据第一电信号的变化发射第一电信号对应的第二超声波信号，第一接收模块23可以包括1个超声波换能器，用于将接收到的多个第一超声波信号转换为第一电信号。第一发射模块22与第一接收模块23可以工作在不同的超声波频段，以避免信号冲突。这样，第一超声波装置11可以无需整合不同类型的超声波元件即可实现超声波的发送和接收，有利于降低系统的复杂程度。

在本示例中，第一计算模块21可以为单片机、CPU、MPU、FPGA等任何能进行通信、控制的部件，第一计算模块21可以通过专用硬件电路实现，也可以通过通用部件结合可执行逻辑指令实现，以执行组件的通信、控制过程。

图3是根据一示例性实施例示出的一种第二超声波装置的示意图。如图3所示，第二超声波装置还可以包括：第二计算模块31和第二接收模块33。所述第二接收模块33可以用于将所述第二超声波信号转换为第二电信号，发送给第二计算模块31。所述第二计算模块31可以用于根据第二电信号控制所述多个超声波换能器32中的部分或全部超声波换能器32调整发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号聚焦到所述第一接收模块23。

在本示例中，如图3所示，第二超声波装置可以包括4个超声波换能器32，每个超声波换能器32均能发射第一超声波信号。第二接收模块33可以包括1个超声波换能器，用于接收第二超声波信号，并将第二超声波信号转换为第二电信号发送给第二计算模块31。

在本示例中，第二计算模块31可以为单片机、CPU、MPU、FPGA等任何能进行通信、控制的部件，第二计算模块31可以通过专用硬件电路实现，也可以通过通用部件结合可执行逻辑指令实现，以执行组件的通信、控制过程。

在本示例中，第一电信号可以表示电压或电流，第一电信号的变化可以表示为电压或电流随时间的变化。例如，第一电信号的变化可以表示为电流在目标时刻的值与该目标时刻的前一时刻的值之间的差值，若第一计算模块21检测到差值为正，则第一计算模块21判断第一电信号变大；若第一计算模块21检测到差值为负，则第一计算模块21判断第一电信号变小。

在一种可能的实现方式中，第一发射模块22与第二接收模块33可以工作在第一超声波频段，多个超声波换能器32与第一接收模块23可以工作在第二超声波频段，第一超声波频段可以不同于第二超声波频段，以避免信号冲突。这样，第一超声波装置和第二超声波装置可以无需整合不同类型的超声波元件即可实现超声波的发送和接收，有利于降低本公开的基于自适应相位调节的超声波充电系统的复杂程度。

在一种可能的实现方式中，若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变大，则所述第二超声波信号转换后的第二电信号可以包括第一脉冲信号。变化阈值可以是表示不同聚焦情况下第一电信号的变化的临界值。

图5是一应用示例中第二电信号包含的脉冲信号的示意图。如图5所示，第一脉冲信号可以为一个周期内包含一个脉冲的数字电信号。例如，若第一电信号为电压信号，变化阈值为1毫伏，且第一电信号增加了3毫伏，则设置所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第一脉冲信号。

在一种可能的实现方式中，若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变小，则所述第二超声波信号转换后的第二电信号可以包括第二脉冲信号。如图5所示，第二脉冲信号可以为一个周期内包含二个脉冲的数字电信号。例如，若第一电信号为电压信号，变化阈值为1毫伏，且第一电信号的变化为-5毫伏，则设置所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第二脉冲信号。

在一种可能的实现方式中，若所述第一电信号的变化小于或等于变化阈值，则所述第二超声波信号转换后的第二电信号可以包括第三脉冲信号。如图5所示，第三脉冲信号可以为一个周期内包含三个脉冲的数字电信号。例如，若第一电信号为电压信号，变化阈值为1毫伏，且第一电信号的变化为0.5毫伏，则设置所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第三脉冲信号。

在一种可能的实现方式中，针对第二超声波信号，可以设定一个反馈信息的时间周期，如3毫秒，也就是第一发射模块可以每秒发射333次第二超声波信号。在反馈信息的时间周期内，第一计算模块可以在脉冲信号峰值时间间隔内，持续给第一发射模块施加电激励使之持续发出超声波，在脉冲信号谷值时间间隔内，不给第一发射模块施加电激励，该时间段内无超声波产生，这样，可以使第一发射模块在反馈信息的时间周期内发射的第二超声波信号包含特定个数的脉冲，进而使得由该第二超声波信号转换后的第二信号包含特定个数的脉冲。

例如，当第一计算模块确定交流电的变化为增大，且交流电的变化大于变化阈值时，可以控制第一发射模块在接下来的3毫秒内发射的第二超声波信号带有1个脉冲。即，第一计算模块在接下来的3毫秒的反馈信息的时间周期内，在0～0.5毫秒内激励第一发射模块使之发出超声波，在0.5～3毫秒内不激励第一发射模块，使得该时段无超声波发出。通过这样的方式发射的第二超声波信号经第二接收模块转换得到第二电信号可以包含1个脉冲，即第一脉冲信号。

例如，第一计算模块可以在确定交流电的变化为减小时，且交流电的变化大于变化阈值时，控制第一发射模块在发射周期内发射的第二超声波信号带有2个脉冲，即，第一计算模块在接下来的3毫秒的反馈信息的时间周期内，在0～0.5毫秒、1～1.5毫秒内激励第一发射模块使之发出超声波，在0.5～1毫秒、1.5～3内不激励第一发射模块，使得该时段无超声波发出。通过这样的方式发射的第二超声波信号经第二接收模块转换得到第二电信号可以包含2个脉冲，即第二脉冲信号。

例如，第一计算模块可以在确定交流电的变化小于或等于变化阈值时，控制第一发射模块在发射周期内发射的第二超声波信号带有3个脉冲信息，即，第一计算模块在接下来的3毫秒的反馈信息的时间周期内，在0～0.5毫秒、1～1.5毫秒、2～2.5毫秒内激励第一发射模块使之发出超声波，在0.5～1毫秒、1.5～2毫秒、2.5～3毫秒内不激励第一发射模块，使得该时段无超声波发出。通过这样的方式发射的第二超声波信号经第二接收模块转换得到第二电信号可以包含3个脉冲，即第三脉冲信号。

本公开通过简单的信息编码方式使得第一超声波装置能够通过发射第二超声波信号向第二超声波装置进行针对第一电信号变化的反馈，简单高效，无需复杂的电路设计，并且避免使用电磁波通信，更加安全。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据需要选择合适的波形和脉冲个数标识第一电信号的不同变化，只要起到区分第一电信号的不同变化的效果即可，本公开在此不做限定。

图4是根据一示例性实施例示出的多个第一超声波信号在第一超声波装置处能量抵消的示意图。如图4所示，若各第一超声波信号同时被发出，由于第二超声波发射模块中的超声波换能器相对于第一超声波装置的空间位置不同，各第一超声波信号会先后到达第一超声波装置。由波的叠加原理可知，通常来讲，部分第一超声波信号在接收位置会产生波峰和波谷振动抵消的现象，使得叠加后的第一超声波信号能量减小。若各个第一超声波信号的波峰或波谷能同时到达第一超声波装置，则各个第一超声波信号波峰与波谷相互叠加进而产生共振，使得叠加后的第一超声波信号能量增大。为使得各第一超声波信号的波峰或波谷能同时到达接收位置，则各超声波换能器需要被按一定的时间差发出第一超声波信号，即调整多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，其中，该时间差可以表示为施加在各超声波换能器上的交流电的相位差。

基于上述原理，第二计算模块可以根据第二电信号生成不同相位的激励电流以分别控制多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器调整发射的对应的第一超声波信号的相位，进而使调整后多个第一超声波信号聚焦到第一接收模块。

例如，第二计算模块在调整多个超声波换能器中的一个超声波换能器发射超声波信号的相位后，若接收到的第二超声波信号包括第一脉冲信息或第二脉冲信息，表明第一超声波装置接收到的超声波能量还在不断增大或减小，则可以根据反馈的结果继续调整超声波换能器发射超声波信号的相位延迟。若第二计算模块在调整超声波换能器发射超声波信号的相位延迟后，判断接收到的第二超声波信号包括第三脉冲信息时，表明第一超声波装置接收到的超声波能量的变化趋于收敛，则可以停止调整该超声波换能器发射超声波信号的相位延迟，并开始以相同的方式调整多个超声波换能器中的另一个超声波换能器，直至第二超声波装置中的全部超声波换能器被调整完毕。

需要说明的是，本公开中，第二计算模块可以根据功耗等需要每次针对多个超声波换能器中的任意一个，或者任意一部分超声波换能器进行相位延迟的调节，本公开在此不做限定。

本公开中，由于第一电信号的变化可以实时反映由多个第一超声波信号转换得到电能的变化，即反映了多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，因此，本公开的第二超声波装置根据第一超声波装置反馈的第二超声波信号可以有效的获得多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，并能够基于第二超声波信号调整多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦，由此实现第二超声波装置基于第一超声波装置的反馈自动将发射的多个第一超声波信号实时调整聚焦至第一超声波装置，无需人工调整，从而极大的提高了提高超声波充电的效率及功率。

此外，由于超声波具有良好的生物相容性，本公开的超声波充电系统的充电和通信均使用超声波，有效避免了电磁波对人体的伤害，实现对待充电装置的安全、高效的充电。

作为本实施例的一个示例，如图3所示，所述第二超声波装置还可以包括柔性基底34。所述柔性基底34，可以用于承载所述第二超声波装置，且能够与所述携带者的皮肤表面贴合，以使所述第二超声波装置贴合在所述皮肤表面上。

在本示例中，柔性基底34可以由柔性材料制成，柔性基底34还可以包括生物胶区域，设置在柔性基底的一侧，用于与携带者的皮肤表面贴合，以使第二超声波装置贴合在皮肤表面上，生物胶区域的平面形状可以为整体连续型平面形状。这样，第二超声波装置中的所有器件都集成在柔性基底上，使用的时候可以像创可贴一样贴合于待充电装置相对应的人体皮肤表面，特别是例如手臂、额头等曲率特别大的表面，使携带者更易于接收，进一步提高充电效率。

作为本实施例的一个示例，所述多个超声波换能器排布为阵列形式，所述多个超声波换能器的排布方式包括圆周式排布、单条状排布、多条状排布中的任一种。需要说明的是，本领域技术人员可以根据需要选择合适的阵列排布形式，在此不做限定。

在一种应用示例中，以待充电装置为心脏起搏器，携带者为人体为例进行说明。

基于自适应相位调节的超声波充电系统可以包括第一超声波装置和第二超声波装置，第一超声波装置可以包括第一发射模块、第一接收模块和第一计算模块。第一超声波装置可以安装在心脏起搏器中，随心脏起搏器一同植入人体体内。第二超声波装置可以包括多个超声波换能器、第二接收模块、第二计算模块和柔性基底，其中，柔性基底可由聚亚酰胺(PI，polyimide)等柔性电路材料制成，其厚度小于2毫米，其最小弯曲半径可达2毫米，其弯曲刚度与人皮肤的弯曲刚度相近。多个超声波换能器、第二接收模块和第二计算模块可以设置在柔性基底的一面上，柔性基底的另一面可以设有生物胶，能够很好的贴合在人体皮肤的表面。

如图2所示，第一超声波装置中，第一发射模块22可以包括1个超声波换能器，用于发射第二超声波信号；第一接收模块23可以包括1个超声波换能器，用于接收多个第一超声波信号。如图3所示，第二超声波装置中，4个超声波换能器32可以组成超声波发射阵列，用于发射多个第一超声波信号，第二接收模块33可以包括1个超声波换能器，用于接收第二超声波信号。其中，超声波换能器可以由压电陶瓷(PZT，piezoelectric ceramictransducer)制成。

第一超声波信号的频率可以不同于第二超声波信号的频率，以避免信号冲突。超声波换能器能够接收高频交流电激励，进而产生超声波信号，并且，超声波换能器还可以接收超声波信号，进而产生交流电信号。

第二超声波装置发射多个第一超声波信号，并使第一超声波装置接收该多个第一超声波信号用于将该第一超声波信号转换为电能进而为心脏起搏器充电。第一超声波装置发射第二超声波信号，用于发出反应心脏起搏器的充电的信息，例如电能变化或者充电效率。第二超声波装置接收第二超声波信号用于获取反应心脏起搏器的充电的信息。这样，无需整合不同类型的超声波发射、接收装置，降低了超声波充电装置的结构复杂程度。

在需要对心脏起搏器进行充电时，可以将第二超声波装置的柔性基底的生物胶一面贴敷在人体皮肤表面相对于心脏起搏器的位置，并通过第二计算模块给多个超声波换能器中的每个超声波换能器阵列施加高频交流电，使得每个超声波换能器发射第一超声波信号。

在人体内的第一超声波装置中，第一接收模块接收多个第一超声波信号并将之转换为第一交流电。第一计算模块可以对第一交流电进行滤波和整流处理后形成直流电，该直流电可以被心脏起搏器所使用。与此同时，第一计算模块还可以读取第一交流电，确定第一交流电的变化(例如，第一交流电变大、第一交流电变小以及第一交流电的变化与变化阈值之间的关系等)，并产生与第一交流电的变化对应的电压信号施加给第一发射模块，使得第一发射模块发射第一交流电变化对应的第二超声波信号。

针对第二超声波信号，可以设定一个反馈信息的时间周期，如3毫秒，也就是第一发射模块可以每秒发射333次第二超声波信号。在反馈信息的时间周期内，第一计算模块可以在脉冲信号峰值时间间隔内，持续给第一发射模块施加电激励使之持续发出超声波，在脉冲信号谷值时间间隔内，不给第一发射模块施加电激励，该时间段内无超声波产生，这样，可以使第一发射模块在反馈信息的时间周期内发射的第二超声波信号包含特定个数的脉冲，进而使得由该第二超声波信号转换后的第二信号包含特定个数的脉冲。

例如，当第一计算模块确定交流电的变化为增大，且交流电的变化大于变化阈值时，可以控制第一发射模块在接下来的3毫秒内发射的第二超声波信号带有1个脉冲。即，第一计算模块在接下来的3毫秒的反馈信息的时间周期内，在0～0.5毫秒内施加电压激励第一发射模块使之发出超声波，在0.5～3毫秒内不激励第一发射模块，使得该时段无超声波发出。通过这样的方式发射的第二超声波信号经第二接收模块转换得到第二电信号可以包含1个脉冲，即第一脉冲信号。

例如，第一计算模块可以在确定交流电的变化为减小时，且交流电的变化大于变化阈值时，控制第一发射模块在发射周期内发射的第二超声波信号带有2个脉冲，即，第一计算模块在接下来的3毫秒的反馈信息的时间周期内，在0～0.5毫秒、1～1.5毫秒内施加电压激励第一发射模块使之发出超声波，在0.5～1毫秒、1.5～3内不激励第一发射模块，使得该时段无超声波发出。通过这样的方式发射的第二超声波信号经第二接收模块转换得到第二电信号可以包含2个脉冲，即第二脉冲信号。

例如，第一计算模块可以在确定交流电的变化小于或等于变化阈值时，控制第一发射模块在发射周期内发射的第二超声波信号带有3个脉冲信息，即，第一计算模块在接下来的3毫秒的反馈信息的时间周期内，在0～0.5毫秒、1～1.5毫秒、2～2.5毫秒内施加电压激励第一发射模块使之发出超声波，在0.5～1毫秒、1.5～2毫秒、2.5～3毫秒内不激励第一发射模块，使得该时段无超声波发出。通过这样的方式发射的第二超声波信号经第二接收模块转换得到第二电信号可以包含3个脉冲，即第三脉冲信号。

该第二超声波信号携带特定的脉冲信息可以标识第一超声波装置中接收能量的增大或减小情况，也即超声波聚焦情况。第二接收模块接收第二超声波信号并产生第二交流电，第二计算模块读取该第二交流电可以解码得到如图5所示的数字脉冲电信号(第二电信号的示例)。

第二计算模块可以根据得到的数字脉冲信号每次针对多个超声波换能器中的一个超声波换能器进行相位延迟的调节，例如，第二计算模块在调节某一个超声波换能器的相位延迟后，在得到的数字脉冲电信号为第一脉冲信号或第二脉冲信号对应的数字脉冲电信号时，即反馈结果标识接收到的能量还在增加或减少，第二计算模块可以继续调节该超声波换能器，直到第二计算模块得到的数字脉冲电信号为第三脉冲信号对应的数字脉冲电信号时，即反馈结果表示第一超声波装置接收到的能量值变化不大后，第二计算模块可以停止调节该超声波换能器，并依照相同的方式，开始调节多个超声波换能器中下一个超声波换能器的相位延迟。以此不断重复，直至调整完多个超声波换能器中的最后一个超声波换能器。

第一超声波装置可以不断通过超声波通信给第二超声波装置提供关于能量变化的反馈信息，这个通信过程在每秒可以进行上千次或上万次，因此，第二超声波装置能在很短的时间内根据第一超声波装置的超声波反馈就找到一组较佳的相位差组合，使得第一超声波装置接收到的超声波能量达到一个极大值或达到近似于极大值的状态，由此实现了第二超声波装置自动将发射的多个第一超声波信号的实时聚焦至第一超声波装置，在此过程中，即便第一超声波装置与第二超声波装置之间发生相对位移，超声波充电系统也能始终自动调整并保持着超声波聚焦，无需人工调整。从而极大的提高了提高超声波充电的效率及功率。此外，由于超声波具有良好的生物相容性，本公开的超声波充电系统的充电和通信均使用超声波，有效避免了电磁波对人体的伤害，实现对待充电装置的安全、高效的充电。

图6是根据一示例性实施例示出的一种基于自适应相位调节的超声波发射方法的流程图。如图6所示，该方法可以包括：

步骤100，第一超声波装置将第二超声波装置发射的多个第一超声波信号转换为第一电信号，并根据所述第一电信号的变化发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号；

步骤101，所述第二超声波装置，包括多个超声波换能器，每个超声波换成器能够发射第一超声波信号，所述第二超声波装置，所述第二超声波装置根据所述第二超声波信号，调整所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦。

本公开中，由于第一电信号的变化可以实时反映由多个第一超声波信号转换得到电能的变化，即反映了多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，因此，本公开的第二超声波装置根据第一超声波装置反馈的第二超声波信号可以有效的获得多个第一超声波信号在第一超声波装置的实时聚焦情况，并能够基于第二超声波信号调整多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦，由此实现第二超声波装置基于第一超声波装置的反馈自动将发射的多个第一超声波信号实时调整聚焦至第一超声波装置，无需人工调整，从而极大的提高了提高超声波充电的效率及功率。

此外，由于超声波具有良好的生物相容性，本公开的超声波充电系统的充电和通信均使用超声波，有效避免了电磁波对人体的伤害，实现对待充电装置的安全、高效的充电。

在一种可能的实现方式中，若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变大，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第一脉冲信号；

若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变小，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第二脉冲信号；

若所述第一电信号的变化小于或等于变化阈值，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第三脉冲信号。

关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在有关该装置的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种基于自适应相位调节的超声波充电系统，其特征在于，包括：第一超声波装置和第二超声波装置；

所述第一超声波装置，与待充电装置电连接，能够将第二超声波装置发射的多个第一超声波信号转换为第一电信号，为所述待充电装置充电，所述第一超声波装置还用于根据所述第一电信号的变化，发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号；所述第二超声波信号包含特定个数的脉冲，所述第二超声信号携带的特定的脉冲信息标识第一超声波装置中接收能量的增大或减小情况；

所述第二超声波装置包括多个超声波换能器，每个超声波换成器能够发射第一超声波信号，所述第二超声波装置用于根据所述第二超声波信号，调整所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦。

2.根据权利要求1所述的基于自适应相位调节的超声波充电系统，其特征在于，所述第一超声波装置包括：第一计算模块、第一发射模块和第一接收模块；

其中，第一接收模块用于将所述多个第一超声波信号转换为第一电信号，以为所述待充电装置充电；

所述第一计算模块，用于确定所述第一电信号的变化，并根据所述第一电信号的变化，控制所述第一发射模块发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号。

3.根据权利要求2所述的基于自适应相位调节的超声波充电系统，其特征在于，所述第二超声波装置还包括：第二计算模块和第二接收模块；

所述第二接收模块用于将所述第二超声波信号转换为第二电信号，发送给第二计算模块；

所述第二计算模块，用于根据第二电信号控制所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器调整发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号聚焦到所述第一接收模块。

4.根据权利要求3所述的基于自适应相位调节的超声波充电系统，其特征在于，

若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变大，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第一脉冲信号；

若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变小，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第二脉冲信号；

若所述第一电信号的变化小于或等于变化阈值，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第三脉冲信号。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于自适应相位调节的超声波充电系统，其特征在于，所述第二超声波装置还包括柔性基底；

所述柔性基底，用于承载所述第二超声波装置，且能够与携带者的皮肤表面贴合，以使所述第二超声波装置贴合在所述皮肤表面上。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于自适应相位调节的超声波充电系统，其特征在于，所述多个超声波换能器排布为阵列形式，所述多个超声波换能器的排布方式包括圆周式排布、单条状排布、多条状排布中的任一种。

7.一种基于自适应相位调节的超声波充电方法，其特征在于，包括：

第一超声波装置将第二超声波装置发射的多个第一超声波信号转换为第一电信号，并根据所述第一电信号的变化发射与所述第一电信号的变化对应的第二超声波信号；

所述第二超声波信号包含特定个数的脉冲，所述第二超声信号携带的特定的脉冲信息标识第一超声波装置中接收能量的增大或减小情况；

所述第二超声波装置包括多个超声波换能器，每个超声波换成器能够发射第一超声波信号，所述第二超声波装置根据所述第二超声波信号，调整所述多个超声波换能器中的部分或全部超声波换能器发射的对应的第一超声波信号的相位延迟，以使调整后的多个第一超声波信号在所述第一超声波装置处聚焦。

8.根据权利要求7 所述的基于自适应相位调节的超声波充电方法，其特征在于，若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变大，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第一脉冲信号；

若所述第一电信号的变化大于变化阈值、且第一电信号变小，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第二脉冲信号；

若所述第一电信号的变化小于或等于变化阈值，则将所述第二超声波信号转换后的第二电信号包括第三脉冲信号。