一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法技术

本发明专利技术提供一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，能够使整个系统达到匹配状态，实现系统最大功率传输或无失真传输。所述方法包括：获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流；根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息；根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息；根据确定的压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息，调节压电换能器的端口阻抗匹配电路。本发明专利技术适用于压电换能器端口阻抗匹配操作。

【技术实现步骤摘要】
一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法
本专利技术涉及电子电路
，特别是指一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法。
技术介绍
压电换能器能将电信号转换成超声波信号，其在信息处理、通讯、声呐、超声清洗等领域具有广泛应用，例如穿钢通信和加速度计等。通常情况下压电换能器的驱动电路的阻抗和压电换能器的端口阻抗不相等或共轭相等，成为端口失配。当压电换能器的驱动电路的端口阻抗与压电换能器的端口阻抗失配时会造成驱动波形失真和驱动力下降，严重影响系统的性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，以解决现有技术所存在的当压电换能器的驱动电路的端口阻抗与压电换能器的端口阻抗失配时，导致系统性能下降的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，包括：获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流；根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息；根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息；根据确定的压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息，调节压电换能器的端口阻抗匹配电路。进一步地，在获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流之前，所述方法还包括：断开压电换能器的端口阻抗匹配电路的连接，对驱动电路施加预设频率的固定幅值的激励，其中，所述端口阻抗匹配电路与所述驱动电路相连。进一步地，所述激励为正弦波激励。进一步地，获取的压电换能器的瞬时电压的幅值为：获取的压电换能器的瞬时电压的相角为：其中，V0表示对驱动电路施加的激励，Rl表示压电换能器的电阻，Xl表示压电换能器的电抗，Rs表示驱动电路的电阻，Xs表示驱动电路的电抗。进一步地，获取的压电换能器的瞬时电流的幅值为：获取的压电换能器的瞬时电流的相角为：其中，V0表示对驱动电路施加的激励，Rl表示压电换能器的电阻，Xl表示压电换能器的电抗，Rs表示驱动电路的电阻，Xs表示驱动电路的电抗。进一步地，所述根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息包括：利用遗传-粒子群算法对获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流信息进行曲线拟合，估计压电换能器的端口阻抗信息。进一步地，在利用遗传算法对种群中的个体进行评价时，适应度值的评价的公式为：其中，种群中个体的基因表示压电换能器的端口阻抗信息，Vl*是Vl的估计值，是Il的估计值，Vl表示获取的压电换能器的瞬时电压，Il表示获取的压电换能器的瞬时电流。进一步地，所述利用遗传-粒子群算法对获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流信息进行曲线拟合，估计压电换能器的端口阻抗信息包括：C1，判断个体的适应度值是否小于预设的第一阈值，若是，则停止迭代；C2，否则，判断迭代次数是否小于预设的最大迭代次数；C3，若是，则使用遗传算法更新种群；否则，使用粒子群算法更新种群，当种群的适应度值的方差小于预设的第二阈值时，则切换为遗传算法更新种群，并返回步骤C1继续执行。进一步地，根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息包括：根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的电容值和电感值。进一步地，所述根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的电容值和电感值包括：以系统达到最大功率传输为目标条件，则系统的输入阻抗Zin表示为：其中，表示驱动电路的端口阻抗信息Zs的共轭复数，Zs＝Rs+jXs，Rin表示输入电阻，Xin表示输入电抗，j表示虚数单位，ω表示角频率，C表示压电换能器的端口阻抗匹配电路的电容，L表示压电换能器的端口阻抗匹配电路的电感，Rl表示压电换能器的电阻，Xl表示压电换能器的电抗，Rs表示驱动电路的电阻，Xs表示驱动电路的电抗。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，通过获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息；根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息；根据确定的压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息，自适应调节压电换能器的端口阻抗匹配电路，使整个系统达到匹配状态，实现系统最大功率传输或无失真传输。附图说明图1为本专利技术实施例提供的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的自适应调节系统结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的自适应阻抗匹配电路示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、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。本专利技术针对现有的当压电换能器的驱动电路的端口阻抗与压电换能器的端口阻抗失配时，导致系统性能下降的问题，提供一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法。如图1所示，本专利技术实施例提供的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，包括：S101，获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流；S102，根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息；S103，根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息；S104，根据确定的压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息，调节压电换能器的端口阻抗匹配电路。本专利技术实施例所述的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流；根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息；根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息；根据确定的压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息，自适应调节压电换能器的端口阻抗匹配电路，使整个系统达到匹配状态，实现系统最大功率传输或无失真传输。本实施例中，如图2所示，实现本专利技术实施例所述的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法的装置可以称为：自适应调节装置，所述自适应调节装置主要有3个功能：估计压电换能器的端口阻抗信息、确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息及调节压电换能器的端口阻抗匹配电路。本实施例中，如图2所示，所述自适应调节装置分别与驱动电路、端口阻抗匹配电路、压电换能器电连接，所述端口阻抗匹配电路还与所述驱动电路、压电换能器电连接，从而构成完成的传输系统。本实施例中，压电换能器的端口阻抗信息Zl＝Rl+jXl，驱动电路的端口阻抗信息Zs＝Rs+jXs；其中，Rl表示压电换能器的电阻，Xl表示压电换能器的电抗，Rs表示驱动端的电阻，Xs表示驱动端的电抗，j表示虚数单位，Rs和Xs是已知的。在前述压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法的具体实施方式中，进一步地，在获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流之前，所述方法还包括：断开压电换能器的端口阻抗匹配电路的连接，对驱动电路施加预设频率的固定幅值的激励，以便测量压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，其中，所述端口阻抗匹配电路与所述驱动电路相连。本实施例中，优选地，所述激励可以为正弦波激励。本实施例中，假设，对驱动电路施加预设频率的正弦波激励V0，测量压电换能器的瞬时电压Vl和瞬时电流Il，其中，所述压电换能器的瞬时电压的幅值为：所述压电换能器的瞬时电压的相角为：所述压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，其特征在于，包括：获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流；根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息；根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息；根据确定的压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息，调节压电换能器的端口阻抗匹配电路。

【技术特征摘要】
1.一种压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，其特征在于，包括：获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流；根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息；根据估计得到的压电换能器的端口阻抗信息，确定压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息；根据确定的压电换能器的端口阻抗匹配电路的参数信息，调节压电换能器的端口阻抗匹配电路。2.根据权利要求1所述的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，其特征在于，在获取压电换能器的瞬时电压和瞬时电流之前，所述方法还包括：断开压电换能器的端口阻抗匹配电路的连接，对驱动电路施加预设频率的固定幅值的激励，其中，所述端口阻抗匹配电路与所述驱动电路相连。3.根据权利要求2所述的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，其特征在于，所述激励为正弦波激励。4.根据权利要求1所述的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，其特征在于，获取的压电换能器的瞬时电压的幅值为：获取的压电换能器的瞬时电压的相角为：其中，V0表示对驱动电路施加的激励，Rl表示压电换能器的电阻，Xl表示压电换能器的电抗，Rs表示驱动电路的电阻，Xs表示驱动电路的电抗。5.根据权利要求1所述的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，其特征在于，获取的压电换能器的瞬时电流的幅值为：获取的压电换能器的瞬时电流的相角为：其中，V0表示对驱动电路施加的激励，Rl表示压电换能器的电阻，Xl表示压电换能器的电抗，Rs表示驱动电路的电阻，Xs表示驱动电路的电抗。6.根据权利要求1所述的压电换能器端口阻抗匹配电路的自适应调节方法，其特征在于，所述根据获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流，估计压电换能器的端口阻抗信息包括：利用遗传-粒子群算法对获取的压电换能器的瞬时电压和瞬时电流信息进行曲线拟合，估计压电换能器的端口阻抗信息。7.根据权利要求6所述的压电换能器端口阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，徐正光，段勇勇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11