CN115877088A - 一种超声换能器静态电容测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本说明书公开了一种超声换能器静态电容测试系统及方法，能够对超声换能器中多阵元的静态电容进行高效、全面、准确、有效检测。所述系统包括控制单元、信号产生电路、阵元选择电路以及检测单元。所述方法包括所述控制单元生成激励信号控制指令与阵元选择控制指令；所述信号产生电路根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号；所述阵元选择电路根据所述阵元选择控制指令从待测超声换能器的多个阵元中依次选取一个作为目标阵元接入所述信号产生电路；所述检测单元获取所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，并根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

Description

一种超声换能器静态电容测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电参数测量技术领域，具体涉及一种超声换能器静态电容测试系统及方法。

背景技术

随着科学技术水平不断发展，超声波技术在医疗、工业加工等行业中应用越来越广泛。在实际应用场景中会用到各种超声波设备，超声换能器是各种超声波设备中的重要组成部分。在超声换能器中，各超声阵元的静态电容是判断超声阵元性能的重要指标，为保证产品指令，超声换能器在投入实际应用前都需要对超声阵元的静态电容进行测试。一些相关技术中，测试超声换能器静态电容的方法一般通过LCR数字电桥每个阵元手工测试，这样的方式可能存在漏测，操作繁琐耗时，测试结果一致性难以保障。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供了一种超声换能器静态电容测试系统及方法，能够对超声换能器中多阵元的静态电容进行高效、全面、准确、有效检测。

在第一方面，本说明书实施例提供了一种超声换能器静态电容测试系统，包括：控制单元、信号产生电路、阵元选择电路以及检测单元；

所述控制单元，用于根据待测超声换能器的阵列参数生成激励信号控制指令与阵元选择控制指令，所述待测超声换能器包括多个阵元；

所述信号产生电路，用于接收所述激励信号控制指令，并根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号；

所述阵元选择电路，用于接收所述阵元选择控制指令，并根据所述阵元选择控制指令按照与所述激励信号相同的频率从多个所述阵元中依次选取一个作为目标阵元接入所述信号产生电路；

所述检测单元，用于在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，获取所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，并根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

可选的，所述信号产生电路包括电源Vcc、PMOS晶体管、NMOS晶体管、充电二极管D1、放电二极管D2以及负载电阻R；

所述PMOS晶体管的源极与所述电源Vcc连接，所述PMOS晶体管的漏极与所述充电二极管D1的正极连接；

所述NMOS晶体管的源极接地，所述NMOS晶体管的漏极与所述放电二极管D2的负极连接；

所述充电二极管D1的负极以及所述放电二极管D2的正极与所述负载电阻R的一端相连，所述负载电阻R的另一端连接所述信号产生电路的输出端；

所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的栅极与所述控制单元信号连接，用于接收所述激励信号控制指令。

可选的，所述信号产生电路用于根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号，包括：

所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的通断状态根据所述激励信号控制指令进行周期性切换；

在每个切换周期中，所述通断状态先被设置为所述PMOS晶体管连通、所述NMOS晶体管关断，之后切换为所述NMOS晶体管连通、所述PMOS晶体管关断；

在所述PMOS晶体管连通、所述NMOS晶体管关断时，所述信号产生电路由所述电源Vcc供能，所述输出端输出高电平；

在所述NMOS晶体管连通、所述PMOS晶体管关断，所述信号产生电路接地，所述输出端输出低电平。

可选的，所述阵元选择电路包括多级模拟开关，所述多级模拟开关中的每一级均设置由多个开关；

所述多级模拟开关中第一级的多个开关与所述信号产生电路的输出端连接；

所述多级模拟开关中最后一级的多个开关与所述待测超声换能器中的多个所述阵元对应连接；

所述阵元选择电路在选取所述目标阵元接入所述信号产生电路时，基于所述阵元选择控制指令控制从所述输出端到所述目标阵元间的多个开关闭合形成通路，其他开关断开。

可选的，所述阵元选择电路在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，所述激励信号对所述目标阵元进行充放电；

所述检测单元用于获取充电过程中所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，所述响应状态包括所述信号产生电路中所述输出端的电压变化情况；

所述检测单元，用于根据激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

所述检测单元，用于根据所述激励信号的幅值、所述输出端的电压变化情况，并结合电容充放电公式计算确定所述目标阵元的所述静态电容；

其中，所述激励信号的幅值取所述电源Vcc的电压值，所述电容充放电公式为：

其中，V_TX表示所述输出端的电压，V_cc表示所述电源Vcc的电压值，t表示充电时间，R表示所述负载电阻的阻值，C表示所述目标阵元的所述静态电容。

可选的，所述检测单元包括示波器，所述示波器包括监测接口，所述监测接口与所述信号产生电路的所述输出端相连接，用于获取并记录所述输出端的电压变化情况。

可选的，所述负载电阻R的阻值设置为1kΩ，所述检测单元还用于确定所述输出端的电压V_tX为0.632V_cc的充电时间t_o，并根据充电时间t_o计算确定所述目标阵元的静态电容。

在第二方面，本说明书实施例还提供了一种超声换能器静态电容测试方法，所述测试方法应用于如第一方面所述的系统，所述方法包括：

所述控制单元根据所述待测超声换能器的阵列参数生成激励信号控制指令与阵元选择控制指令，并将所述激励信号控制指令发送至所述信号产生电路，将所述阵元选择控制指令发送至所述阵元选择电路；

所述信号产生电路根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号；

所述阵元选择电路根据所述阵元选择控制指令按照与所述激励信号相同的频率从所述待测超声换能器的多个阵元中依次选取一个作为目标阵元接入所述信号产生电路；

在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，所述检测单元获取所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，并根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

可选的，所述响应状态包括所述信号产生电路中输出端的电压变化情况；

所述检测单元根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

根据所述激励信号的幅值、所述输出端的电压变化情况，结合电容充放电公式计算确定所述目标阵元的所述静态电容；

其中，所述电容充放电公式为：

其中，V_TX表示所述输出端的电压，V_cc表示所述激励信号的幅值，t表示充电时间，R表示负载电阻，C表示所述目标阵元的所述静态电容。

可选的，所述负载电阻的阻值设置为1kΩ；

所述检测单元根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

确定所述输出端的电压V_TX为0.632V_cc的充电时间t_o，并根据充电时间t_o计算确定所述目标阵元的静态电容。

从上面可以看出，本说明书实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统及方法，具有如下有益技术效果：

基于所述控制单元生成的所述激励信号控制指令与所述阵元选择控制指令，分别控制所述信号产生电路与所述阵元选择电路以同样的频率生成激励信号和选择目标阵元，可以使所述信号产生电路依次对所述待测超声换能器中的多个阵元进行激励，同时利用所述检测单元对阵元的响应状态进行监测并计算确定对应阵元的静态电容。这样的方式，所述超声换能器静态电容测试系统自动地对所述待测超声换能器中多个阵元的静态电容进行测试，可以避免人为操作因素造成的漏检、错检，测试过程高效、全面、准确，并且可以保证测试结果的一致性。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统结构示意图；

图2示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统中信号产生电路结构示意图；

图3示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统中阵元选择电路结构示意图；

图4示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试方法示意图；

图5示出了本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着科学技术水平不断发展，超声波技术在医疗、工业加工等行业中应用越来越广泛。在实际应用场景中会用到各种超声波设备，超声换能器是各种超声波设备中的重要组成部分。在超声换能器中，各超声阵元的静态电容是判断超声阵元性能的重要指标，为保证产品指令，超声换能器在投入实际应用前都需要对超声阵元的静态电容进行测试。

一些相关技术中，测试超声换能器静态电容的方法一般通过LCR数字电桥每个阵元手工测试。而阵列式超声换能器中包括多个阵元，最少的也一般有64个阵元，多的甚至超过3000多个。如果全部采用手工测试非常耗时，每个超声换能器电容测试耗时少则10多分钟，多则几个小时。所以实际工作情况中，会采用抽检法抽样进行测试，这样的方式存在漏测的情况。并且由于是手工测试，测试结果的有效性在很大程度上依赖工作工作人员的操作，存在不确定性，测试结果一致性难以保障。

针对上述问题，本申请技术方案的目标在于提出一种超声换能器静态电容测试系统和方法，将待测超声换能器接入系统中，自动对多个阵元进行充放电以检测确定超声换能器中多个阵元的静态电容。

基于上述目的，在一方面本说明书实施例提供了一种超声换能器静态电容测试系统。

如图1所示，本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统，包括控制单元、信号产生电路、阵元选择电路以及检测单元；

所述控制单元，用于根据待测超声换能器的阵列参数生成激励信号控制指令与阵元选择控制指令，所述待测超声换能器包括多个阵元。

所述阵列参数可以包括所述待测超声换能器中的静态电容规格参数、容差参数、阵元数以及测试频率等参数。

所述控制单元可以选用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array,FPGA)、微控制器(Micro-Control-Unit,MCU)或微处理器(Advanced RISC Machines,ARM)等。所述控制单元包括数据接口，所述数据接口用于接收所述阵列参数。

所述控制单元可以根据所述阵列参数针对所述待测超声换能器生成激励信号控制指令以及阵元选择控制指令。所述控制单元还包括指令输出接口，所述数据接口用于接收所述阵列参数，所述指令输出接口用于分别将所述激励信号控制指令、所述阵元选择控制指令发送至所述信号产生电路与所述阵元选择电路。

所述信号产生电路，用于接收所述激励信号控制指令，并根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号。所述激励信号的信号频率可以根据所述激励信号控制指令确定，所述激励信号控制指令所确定的信号频率则可以根据所述阵列参数进行设定。

所述阵元选择电路，用于接收所述阵元选择控制指令，并根据所述阵元选择控制指令按照与所述激励信号相同的频率从多个所述阵元中依次选取一个作为目标阵元接入所述信号产生电路。

所述阵元选择电路与所述待测超声换能器中的多个阵元相连接，根据所述阵元选择控制指令可以按照与所述激励信号相同的频率依次选择一个阵元作为目标阵元接入所述信号产生电路。这样的方式，可以在所述激励信号的每个信号周期都选择一个目标阵元与所述信号产生电路连接，从而使的所述信号产生电路在一个信号周期内利用所述激励信号对所述目标阵元进行激励。

所述检测单元，用于在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，获取所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，并根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

可以理解的是，所述激励信号对所述目标阵元进行激励，会对所述目标阵元的静态电容进行充电。所述控制单元可以控制所述检测单元获取并监控所述目标阵元的静态电容充电过程的响应状态，从而根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

在确定所述目标阵元的静态电容之后，还可以将所述静态电容与所述容差参数进行对比，以确定所述目标阵元是否满足容差要求。

所述超声换能器静态电容测试系统中，基于所述控制单元生成的所述激励信号控制指令与所述阵元选择控制指令，分别控制所述信号产生电路与所述阵元选择电路以同样的频率生成激励信号和选择目标阵元，可以使所述信号产生电路依次对所述待测超声换能器中的多个阵元进行激励，同时利用所述检测单元对阵元的响应状态进行监测并计算确定对应阵元的静态电容。这样的方式，所述超声换能器静态电容测试系统自动地对所述待测超声换能器中多个阵元的静态电容进行测试，可以避免人为操作因素造成的漏检、错检，并大大提高对多个阵元静态电容的测试效率，测试结果全面、准确，并且可以保证测试结果的一致性。

如图2所示，在本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统中，所述信号产生电路包括电源Vcc、PMOS晶体管、NMOS晶体管、充电二极管D1、放电二极管D2以及负载电阻R；

所述PMOS晶体管的源极与所述电源Vcc连接，所述PMOS晶体管的漏极与所述充电二极管D1的正极连接。

所述NMOS晶体管的源极接地，所述NMOS晶体管的漏极与所述放电二极管D2的负极连接。

所述充电二极管D1的负极以及所述放电二极管D2的正极与所述负载电阻R的一端相连，所述负载电阻R的另一端连接所述信号产生电路的输出端TX。

所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的栅极与所述控制单元信号连接，用于接收所述激励信号控制指令。通过控制接入所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的栅极的所述激励信号控制指令的电平高低，可以控制所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的通断状态。

在所述信号产生电路中，所述电源Vcc为电路供能，电压幅值可以根据实际需求进行灵活设定。所述充电二极管D1、所述放电二极管D2用于控制电路中电流流向。当所述PMOS晶体管连通时，电流可以从所述PMOS晶体管的漏极流经所述充电二极管D1，并通过所述负载电阻R从所述输出端TX输出。当所述NMOS晶体管连通时，从所述输出端TX输入的外部电流，可以通过所述负载电阻R在流经所述放电二极管D2输入所述NMOS晶体管的漏极，最终通过所述NMOS晶体管的源极接地，这种情况所述输出端TX输出低电平(接地)。

因此，通过控制所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的通断状态，可以控制所述信号产生电路的输出端对外输出高电平或低电平。进一步的，利用所述激励信号控制指令对所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的通断状态进行控制，就可以控制输出高、低电平的频率，从而可以控制所述信号产生电路输出符合要求的激励信号。

在此基础上，一些可选实施例中，所述激励信号控制指令可以通知所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的通断状态进行周期性切换。

在每个切换周期中，所述通断状态先被设置为所述PMOS晶体管连通、所述NMOS晶体管关断，之后切换为所述NMOS晶体管连通、所述PMOS晶体管关断。

在所述PMOS晶体管连通、所述NMOS晶体管关断时，所述信号产生电路由所述电源Vcc供能，所述输出端输出高电平；

在所述NMOS晶体管连通、所述PMOS晶体管关断，所述信号产生电路接地，所述输出端输出低电平。

这样，基于所述激励信号控制指令就可以控制所述信号产生电路周期性输出高、低电平，即产生一定脉宽的方波脉冲作为周期性的所述激励信号。

根据所述激励信号控制指令可以确定所述激励信号的信号频率，还可以基于所述激励信号控制指令控制在每个信号周期中所述PMOS晶体管连通时间占比，即所述激励信号对所述目标阵元的充电时间占比。

所述阵元选择电路选择目标阵元接入所述信号产生电路，则所述信号产生电路可以利用所述激励信号对所接入所述目标阵元的静态电容进行充放电。

在本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统中，所述阵元选择电路包括多级模拟开关，所述多级模拟开关中的每一级均设置由多个开关。

所述多级模拟开关中第一级的多个开关与所述信号产生电路的输出端连接。所述多级模拟开关中最后一级的多个开关与所述待测超声换能器中的多个所述阵元对应连接；

所述阵元选择电路在选取所述目标阵元接入所述信号产生电路时，基于所述阵元选择控制指令控制从所述输出端到所述目标阵元间的多个开关闭合形成通路，其他开关断开。利用所述通路可以将所述目标阵元接入所述信号产生电路，从而使所述信号产生电路的激励信号对所述目标阵元的静态电容进行充放电。

如图3所示，示出了两级模拟开关，其中第一级包括16个开关，这16个开关与所述信号产生电路的输出端TX连接，每个开关又分别与第二级中的一组开关连接。在第二级中每组开关分别包括16个开关，共256个开关，第二级中的256个开关可以分别与待测超声换能器中的至多256个阵元连接。通过控制两级模拟开关中多个开关的通断状态，可以使所述待测超声换能器中的至多256个阵元依次接入所述信号产生电路。

在本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试系统中，在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，所述激励信号对所述目标阵元进行充放电。

所述检测单元用于获取充电过程中所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，所述响应状态包括所述信号产生电路中所述输出端的电压变化情况。

所述检测单元，用于根据激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

所述检测单元，用于根据所述激励信号的幅值、所述输出端的电压变化情况，并结合电容充放电公式计算确定所述目标阵元的所述静态电容；

其中，所述激励信号的幅值取所述电源Vcc的电压值，所述电容充放电公式为：

其中，V_TX表示所述输出端的电压，V_cc表示所述电源Vcc的电压值，t表示充电时间，R表示所述负载电阻的阻值，C表示所述目标阵元的所述静态电容。

在一些可选实施例中，所述检测单元可以包括示波器。可以利用示波器来探测所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，即利用所述示波器的监测接口来监测所述信号产生电路中所述输出端的电压变化情况。选用示波器可以探测和记录所述输出端的电压变化情况，并生成电压变化波形进行直观展示。需要说明的是，所述示波器还包括触发信号接口，用于接收触发信号TRIG。所述触发信号TRIG由所述控制单元产生，下降沿有效。在所述控制单元通过所述激励信号控制指令控制所述信号产生电路输出高电平对所述目标阵元进行充电的同时，控制所述触发信号TRIG电平下降，所述示波器检测到TRIG下降沿即开始记录所述输出端的电压值。

在一些可选实施例中，所述信号产生电路中的所述负载电阻R的阻值可以设置为1kΩ。所述检测单元还用于确定所述输出端的电压V_TX为0.632V_cc的充电时间t_o，并根据充电时间t_o计算确定所述目标阵元的静态电容。将所述负载电阻R的阻值以及所述输出端的电压V_TX为0.632V_cc的充电时间t_o代入上述充放电公式，可以计算确定所述目标阵元的静态电容。

在另一方面，本说明书实施例还提供了一种超声换能器静态电容测试方法。所述方法应用于所述超声换能器静态电容测试系统。

如图4所示，本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试方法，包括：

S401：所述控制单元根据所述待测超声换能器的阵列参数生成激励信号控制指令与阵元选择控制指令，并将所述激励信号控制指令发送至所述信号产生电路，将所述阵元选择控制指令发送至所述阵元选择电路；

S402：所述信号产生电路根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号；

S403：所述阵元选择电路根据所述阵元选择控制指令按照与所述激励信号相同的频率从所述待测超声换能器的多个阵元中依次选取一个作为目标阵元接入所述信号产生电路；

S404：在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，所述检测单元获取所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，并根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

所述超声换能器静态电容测试方法，基于所述控制单元生成的所述激励信号控制指令与所述阵元选择控制指令，分别控制所述信号产生电路与所述阵元选择电路以同样的频率生成激励信号和选择目标阵元，可以使所述信号产生电路依次对所述待测超声换能器中的多个阵元进行激励，同时利用所述检测单元对阵元的响应状态进行监测并计算确定对应阵元的静态电容。这样的方式，所述超声换能器静态电容测试系统自动地对所述待测超声换能器中多个阵元的静态电容进行测试，可以避免人为操作因素造成的漏检、错检，并大大提高对多个阵元静态电容的测试效率，测试结果全面、准确，并且可以保证测试结果的一致性。

在本说明书一个或多个可选实施例所提供的一种超声换能器静态电容测试方法中，所述响应状态包括所述信号产生电路中输出端的电压变化情况。

所述检测单元根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

根据所述激励信号的幅值、所述输出端的电压变化情况，结合电容充放电公式计算确定所述目标阵元的所述静态电容；

其中，所述电容充放电公式为：

其中，V_TX表示所述输出端的电压，V_cc表示所述激励信号的幅值，t表示充电时间，R表示负载电阻，C表示所述目标阵元的所述静态电容。

在一些可选实施例中，所述负载电阻的阻值设置为1kΩ。

所述检测单元根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

确定所述输出端的电压V_TX为0.632V_cc的充电时间t_o，并根据充电时间t_o计算确定所述目标阵元的静态电容。

需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

图5示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

上述实施例的电子设备用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的超声换能器静态电容测试方法。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的超声换能器静态电容测试方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

上述实施例阐明的系统或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声换能器静态电容测试系统，其特征在于，所述系统包括控制单元、信号产生电路、阵元选择电路以及检测单元；

所述控制单元，用于根据待测超声换能器的阵列参数生成激励信号控制指令与阵元选择控制指令，所述待测超声换能器包括多个阵元；

所述信号产生电路，用于接收所述激励信号控制指令，并根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号；

所述阵元选择电路，用于接收所述阵元选择控制指令，并根据所述阵元选择控制指令按照与所述激励信号相同的频率从多个所述阵元中依次选取一个作为目标阵元接入所述信号产生电路；

所述检测单元，用于在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，获取所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，并根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号产生电路包括电源Vcc、PMOS晶体管、NMOS晶体管、充电二极管D1、放电二极管D2以及负载电阻R；

所述PMOS晶体管的源极与所述电源Vcc连接，所述PMOS晶体管的漏极与所述充电二极管D1的正极连接；

所述NMOS晶体管的源极接地，所述NMOS晶体管的漏极与所述放电二极管D2的负极连接；

所述充电二极管D1的负极以及所述放电二极管D2的正极与所述负载电阻R的一端相连，所述负载电阻R的另一端连接所述信号产生电路的输出端；

所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的栅极与所述控制单元信号连接，用于接收所述激励信号控制指令。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号产生电路用于根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号，包括：

所述PMOS晶体管与所述NMOS晶体管的通断状态根据所述激励信号控制指令进行周期性切换；

在每个切换周期中，所述通断状态先被设置为所述PMOS晶体管连通、所述NMOS晶体管关断，之后切换为所述NMOS晶体管连通、所述PMOS晶体管关断；

在所述PMOS晶体管连通、所述NMOS晶体管关断时，所述信号产生电路由所述电源Vcc供能，所述输出端输出高电平；

在所述NMOS晶体管连通、所述PMOS晶体管关断，所述信号产生电路接地，所述输出端输出低电平。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阵元选择电路包括多级模拟开关，所述多级模拟开关中的每一级均设置由多个开关；

所述多级模拟开关中第一级的多个开关与所述信号产生电路的输出端连接；

所述多级模拟开关中最后一级的多个开关与所述待测超声换能器中的多个所述阵元对应连接；

所述阵元选择电路在选取所述目标阵元接入所述信号产生电路时，基于所述阵元选择控制指令控制从所述输出端到所述目标阵元间的多个开关闭合形成通路，其他开关断开。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述阵元选择电路在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，所述激励信号对所述目标阵元进行充放电；

所述检测单元用于获取充电过程中所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，所述响应状态包括所述信号产生电路中所述输出端的电压变化情况；

所述检测单元，用于根据激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

所述检测单元，用于根据所述激励信号的幅值、所述输出端的电压变化情况，并结合电容充放电公式计算确定所述目标阵元的所述静态电容；

其中，所述激励信号的幅值取所述电源Vcc的电压值，所述电容充放电公式为：

其中，V_TX表示所述输出端的电压，V_cc表示所述电源Vcc的电压值，t表示充电时间，R表示所述负载电阻，C表示所述目标阵元的所述静态电容。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检测单元包括示波器，所述示波器包括监测接口，所述监测接口与所述信号产生电路的所述输出端相连接，用于获取并记录所述输出端的电压变化情况。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述负载电阻R的阻值设置为1kΩ，所述检测单元还用于确定所述输出端的电压V_TX为0.632V_cc的充电时间t_o，并根据充电时间t_o计算确定所述目标阵元的静态电容。

8.一种超声换能器静态电容测试方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至7任意一项所述的系统，所述方法包括：

所述控制单元根据所述待测超声换能器的阵列参数生成激励信号控制指令与阵元选择控制指令，并将所述激励信号控制指令发送至所述信号产生电路，将所述阵元选择控制指令发送至所述阵元选择电路；

所述信号产生电路根据所述激励信号控制指令生成周期性的激励信号；

所述阵元选择电路根据所述阵元选择控制指令按照与所述激励信号相同的频率从所述待测超声换能器的多个阵元中依次选取一个作为目标阵元接入所述信号产生电路；

在将所述目标阵元接入所述信号产生电路后，所述检测单元获取所述目标阵元针对所述激励信号的响应状态，并根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述响应状态包括所述信号产生电路中输出端的电压变化情况；

所述检测单元根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

根据所述激励信号的幅值、所述输出端的电压变化情况，结合电容充放电公式计算确定所述目标阵元的所述静态电容；

其中，所述电容充放电公式为：

其中，V_TX表示所述输出端的电压，V_cc表示所述激励信号的幅值，t表示充电时间，R表示负载电阻，C表示所述目标阵元的所述静态电容。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述负载电阻的阻值设置为1kΩ；

所述检测单元根据所述激励信号与所述响应状态计算确定所述目标阵元的静态电容，包括：

确定所述输出端的电压V_TX为0.632_cc的充电时间t_o，并根据充电时间t_o计算确定所述目标阵元的静态电容。

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