CN112618972B - 一种超声波换能器驱动方法、存储介质、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波换能器驱动方法、系统和装置。一种超声换能器驱动方法，包括步骤：采集超声换能器的激励电流数据；基于若干个连续检测到的所述激励电流数据的期望值和方差值确定所述超声换能器的当前工作状态，进而执行相应的后续操作。本发明提供的超声波换能器驱动方法，基于连续检测得到的多个激励电流数据的期望值和方差值，即可判断换能器是否接触到人体，同时还能够排除耦合剂引起的阻抗变化，使判断更为精准。

Description

一种超声波换能器驱动方法、存储介质、系统和装置

技术领域

本发明涉及电子设备，尤其涉及一种超声波换能器驱动方法、系统和装置。

背景技术

超声治疗是利用超声的机械效应、温热效应和理化效应，使人体深层组织产生“内生热”，使局部血管扩张，血流加速、代谢增强、肌张力下降、疼痛减轻、结缔组织的延展性增加，进而促进对某些疾病的康复。超声治疗设备对人体进行治疗，主要是通过超声治疗设备内部的高压脉冲信号激励超声治疗头中的超声换能器，从而产生超声波发射，达到治疗目的。

在实际使用过程中，当超声换能器未接触人体时，其超声能量无法导出，将在换能器与空气接触面形成热聚集，使超声能量在换能器表面以热的形式浪费，更容易造成换能器因温度升高而损坏。现有设备一般通过一个温度传感器深入换能器金属部件中来判断换能器的温升是否达到阈值从而启停超声发射，但是当热量能够被传感器探测到时，其在热传递过程中已经经历了一些时间，换能器的温升早已超过阈值。

同时，超声换能器作为高频高压信号承载部件，其使用寿命是有限的，如果在使用时未能接触人体而发射超声波束，将降低产品的有效使用寿命，造成产品设计寿命的隐形浪费。

申请号为CN201510239400.2的专利文献公开了一种温度测量方法、温度测量系统和温度获取装置，该测量方法包括：用至少两个不同波长的激光分别照射被测体；分别检测被测体吸收至少两个不同波长的激光能量后升温膨胀所产生的光声信号的强度；根据所检测到的光声信号的强度获取被测体的温度。此文献公开的技术方案既是使用检测光波的方法检测温度，但还是不能准确识别超声换能器是否准确接触人体。

因而现有的超声换能器工作状态的检测技术存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种超声波换能器驱动方法、系统和装置，能够快速识别出超声换能器是否接触目标，并据此执行正确的工作操作。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种超声换能器驱动方法，包括步骤：

采集超声换能器的激励电流数据；

基于若干个连续检测到的所述激励电流数据的期望值和方差值确定所述超声换能器的当前工作状态，进而执行相应的后续操作。

优选的所述的超声换能器驱动方法，所述当前工作状态包括：接触空气、仅接触耦合剂、接触目标；

所述基于若干个连续检测到的所述激励电流数据的期望值和方差值确定所述超声换能器的当前工作状态，具体为：

当所述期望值小于期望阈值时，为接触空气状态；

当所述期望值大于所述期望阈值，同时所述方差值大于方差阈值时，为仅接触耦合剂状态；

当所述期望值大于所述期望值，同时所述方差值小于所述方差阈值时，为接触目标状态。

优选的所述的超声换能器驱动方法，所述后续操作包括换能器轮查操作、换能器正常激励操作；

所述执行相应的后续操作具体为：

当所述当前工作状态为接触空气或仅接触耦合剂时，执行所述换能器轮查操作；

当所述当前工作状态为接触目标时，执行所述换能器正常激励操作。

优选的所述的超声换能器驱动方法，所述换能器轮查操作具体为：

停止超声波束输出；

间隔第一预定时间检测一次所述超声换能器的当前工作状态。

优选的所述的超声换能器驱动方法，所述第一预定时间为1-5s。

优选的所述的超声换能器驱动方法，换能器正常激励操作具体为：

启动超声波束输出；

间隔第二预定时间检测一次所述超声换能器的当前工作状态。

优选的所述的超声换能器驱动方法，所述激励电流数据的采集频率为50-100Hz。

一种计算机可读存储介质，内置计算机可执行程序，所述程序在被处理器执行时完成所述的超声换能器驱动方法。

一种使用所述的超声换能器驱动方法的超声换能器驱动系统，包括激励模块、电流采样模块、低通滤波模块、电源和控制模块；

所述激励模块，连接超声换能器，用于使能所述超声换能器工作；

所述电流采样模块串接在所述电源与所述激励模块之间，用于检测所述激励模块的激励电流数据；

所述电流采样模块通过所述低通滤波模块将所述激励电流数据传输到所述控制模块中；

所述控制模块，基于所述激励电流数据判定所述超声换能器的当前工作状态，并驱动所述激励模块执行相应的后续操作。

一种超声换能器驱动装置，使用所述的超声换能器驱动系统完成对超声换能器的驱动工作。

相较于现有技术，本发明提供的一种超声波换能器驱动方法、系统和装置，具有以下有益效果：

本发明提供的超声波换能器驱动方法，基于连续检测得到的多个激励电流数据的期望值和方差值，即可判断换能器是否接触到人体，同时还能够排除耦合剂引起的阻抗变化，使判断更为精准。

附图说明

图1是本发明提供的超声换能器驱动方法的流程图；

图2是本发明提供的超声换能器驱动方法一种实施例流程图；

图3是本发明提供的超声换能器驱动方法另一种实施例流程图；

图4是本发明提供的超声换能器驱动系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本领域技术人员应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述是本发明的示例性和说明性的具体实施例，不意图限制本发明。

本文中术语“包括”，“包含”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括步骤列表的过程或方法不仅包括那些步骤，而且可以包括未明确列出或此类过程或方法固有的其他步骤。同样，在没有更多限制的情况下，以“包含...一个”开头的一个或多个设备或子系统，元素或结构或组件也不会没有更多限制，排除存在其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件或其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件。在整个说明书中，短语“在一个实施例中”，“在另一个实施例中”的出现和类似的语言可以但不一定都指相同的实施例。

除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。

请参阅图1-图4，本发明提供一种超声换能器驱动方法，包括步骤：

采集超声换能器的激励电流数据；进一步的，所述激励电流数据为间隔一定时间采样一次，优选的所述激励电流数据的采集频率为50-100Hz，进一步优选为50Hz，即20ms采样一次，当然也可以使用其他采样周期进行采样，本发明不做限定。

基于若干个连续检测到的所述激励电流数据的期望值和方差值确定所述超声换能器的当前工作状态，进而执行相应的后续操作。进一步的，进行计算的激励电流数据的个数优选为 30-100个，进一步优选为40个。

具体的，本发明提供的驱动方法，优选判断所述超声换能器是否已经贴合目标，所述目标在本实施例中是人体皮肤表面，即判定所述超声换能器是否已经与人体皮肤接触，至于在接触了人体皮肤后，才会正常的驱动超声换能器进行工作。在本领域的常规情况下，会基于电流信号的波形进行分析，但是这样会在超声换能器的前方涂抹了耦合剂之后产生误判，因此本发明提供的判定方法是使用多个所述激励电流数据的期望值和方差值进行判定，基于的原理如下：当换能器只涂抹耦合剂但尚未接触人体时，此时进行激励，由于耦合剂为胶体，在超声波束的推动下，其形态将会发生改变，因此造成换能器实际阻抗会随着时间发生变化，进而引起电功率变化，其激励电流幅度将会随着时间发生抖动，此时方差较大。当耦合剂接触到人体后，阻抗稳定，电流幅度将会比较稳定，此时方差较小。因此可以根据电流信号的方差来判断在涂抹耦合后，换能器是否接触到人体。由于超声换能器在接触人体时，其输出阻抗发生变换，将会造成超声功率输出的变化，而超声输出功率变化正比于系统传递给换能器的电流。因此，本发明通过采样电流幅度，计算其期望值与方差值，即可判断换能器是否接触到人体，同时还能够排除耦合剂引起的阻抗变化，使判断更为精准。

相应的，本发明还提供一种使用所述的超声换能器驱动方法的超声换能器驱动系统，包括激励模块、电流采样模块、低通滤波模块、电源和控制模块；

所述激励模块，连接超声换能器，用于使能所述超声换能器工作；具体的，所述激励模块由本领域常用的激励电路构成，本发明不做限定，需要根据所述控制模块的指令对所述超声换能器使能工作。

所述电流采样模块串接在所述电源与所述激励模块之间，用于检测所述激励模块的激励电流数据；所述电流采样模块使用本领域常用的直流电检测电路，例如使用在线路中串接采样电阻，进而采集采样电阻两端电压的方式进行采集，本发明不做先限定。

所述电流采样模块通过所述低通滤波模块将所述激励电流数据传输到所述控制模块中；

所述控制模块，基于所述激励电流数据判定所述超声换能器的当前工作状态，并驱动所述激励模块执行相应的后续操作。进一步的，所述控制模块优选为MCU，具体型号不做限定。

作为优选方案，本实施例中，所述当前工作状态包括：接触空气、仅接触耦合剂、接触目标；

所述基于若干个连续检测到的所述激励电流数据的期望值和方差值确定所述超声换能器的当前工作状态，具体为：

当所述期望值小于期望阈值时，为接触空气状态；所述期望阈值根据所述超声换能器的功率的具体设定，一般情况下功率越大则所述期望阈值越大，反之越小，本发明不做限定。

当所述期望值大于所述期望阈值，同时所述方差值大于方差阈值时，为仅接触耦合剂状态；所述方差阈值根据每款超声换能器的状态进行设定，不做具体限定，以能够清楚识别是否为仅接触耦合剂状态为要。

当所述期望值大于所述期望值，同时所述方差值小于所述方差阈值时，为接触目标状态。

设备在某个时间点激励换能器一段时间，然后MCU监测该时间段内的电流幅度，以一定时间间隔采样40组数据，进行分析。首先先分析这40组数据的期望值，如果期望值低于事先设定的阈值，那么可以判断换能器处于与空气接触的状态，此时可以判断换能器未接触到人体组织。而如果当期望值高于该阈值，则继续进行方差的判断，将40组数据进行方差计算，如果方差高于某个设定的阈值，说明在电流采样的时间段内，换能器只接触到了耦合剂，由于耦合剂在超声的冲击下，形态变化，造成阻抗不稳定，引起电流的幅度在该时间段内产生较大变化，进而可以判断出该换能器虽然涂抹耦合剂单并未接触到人体。

作为优选方案，本实施例中，所述后续操作包括换能器轮查操作、换能器正常激励操作；

所述执行相应的后续操作具体为：

当所述当前工作状态为接触空气或仅接触耦合剂时，执行所述换能器轮查操作；

当所述当前工作状态为接触目标时，执行所述换能器正常激励操作。

作为优选方案，本实施例中，所述换能器轮查操作具体为：

停止超声波束输出；

间隔第一预定时间检测一次所述超声换能器的当前工作状态。进一步的，所述第一预定时间为1-5s；优选的，所述第一预定时间为1s。

作为优选方案，本实施例中，换能器正常激励操作具体为：

启动超声波束输出；

间隔第二预定时间检测一次所述超声换能器的当前工作状态。进一步的，所述第二预定时间为5-10s，优选为5s。当检测到换能器未接触到人体，设备停止超声波束输出，然后每隔 1秒检测一次，直到检测到设备换能器已经接触到人体，或者已经达到了设定的治疗时间。当此次检测判断到设备已经接触人体，系统将启动一次数秒内的超声波束输出，然后再进行电流检测。重复此过程，直到治疗时间完成。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，内置计算机可执行程序，所述程序在被处理器执行时完成所述的超声换能器驱动方法。具体的，所述计算机可读介质可以单独存在，也可以附着于其他电子设备中，只要其中的程序被执行后能够完成相应超声换能器驱动方法即可。

本发明还提供一种超声换能器驱动装置，使用所述的超声换能器驱动系统完成对超声换能器的驱动工作。由于超声换能器在接触人体时，其输出阻抗发生变换，将会造成超声功率输出的变化，而超声输出功率变化正比于系统传递给换能器的电流。因此，本发明通过采样电流幅度，计算其期望值与方差值，即可判断换能器是否接触到人体，同时还能够排除耦合剂引起的阻抗变化，使判断更为精准。硬件结构简单，只需要在原有电路中引进一个电流检测电路，即可实现上述功能，因而能够得到广泛的应用和推广。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种超声换能器驱动方法，其特征在于，包括步骤：

采集超声换能器的激励电流数据；

基于若干个连续检测到的所述激励电流数据的期望值和方差值确定所述超声换能器的当前工作状态，进而执行相应的后续操作；

所述当前工作状态包括：接触空气、仅接触耦合剂、接触目标；

所述基于若干个连续检测到的所述激励电流数据的期望值和方差值确定所述超声换能器的当前工作状态，具体为：

当所述期望值小于期望阈值时，为接触空气状态；

当所述期望值大于所述期望阈值，同时所述方差值大于方差阈值时，为仅接触耦合剂状态；

当所述期望值大于所述期望值，同时所述方差值小于所述方差阈值时，为接触目标状态。

2.根据权利要求1所述的超声换能器驱动方法，其特征在于，所述后续操作包括换能器轮查操作、换能器正常激励操作；

所述执行相应的后续操作具体为：

当所述当前工作状态为接触空气或仅接触耦合剂时，执行所述换能器轮查操作；

当所述当前工作状态为接触目标时，执行所述换能器正常激励操作。

3.根据权利要求2所述的超声换能器驱动方法，其特征在于，所述换能器轮查操作具体为：

停止超声波束输出；

间隔第一预定时间检测一次所述超声换能器的当前工作状态。

4.根据权利要求3所述的超声换能器驱动方法，其特征在于，所述第一预定时间为1-5s。

5.根据权利要求2所述的超声换能器驱动方法，其特征在于，换能器正常激励操作具体为：

启动超声波束输出；

间隔第二预定时间检测一次所述超声换能器的当前工作状态。

6.根据权利要求1所述的超声换能器驱动方法，其特征在于，所述激励电流数据的采集频率为50-100Hz。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，内置计算机可执行程序，所述程序在被处理器执行时完成权利要求1-6任一所述的超声换能器驱动方法。

8.一种使用权利要求1-6任一所述的超声换能器驱动方法的超声换能器驱动系统，其特征在于，包括激励模块、电流采样模块、低通滤波模块、电源和控制模块；

所述激励模块，连接超声换能器，用于使能所述超声换能器工作；

所述电流采样模块串接在所述电源与所述激励模块之间，用于检测所述激励模块的激励电流数据；

所述电流采样模块通过所述低通滤波模块将所述激励电流数据传输到所述控制模块中；

所述控制模块，基于所述激励电流数据判定所述超声换能器的当前工作状态，并驱动所述激励模块执行相应的后续操作。

9.一种超声换能器驱动装置，其特征在于，使用权利要求8所述的超声换能器驱动系统完成对超声换能器的驱动工作。

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