【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体而言，涉及一种融合传感器设计优化方法及设备。
技术介绍
1、传感器的设计和应用对各个行业都具有重要意义，包括医疗、汽车、航空航天、环境监测等领域。一个好的传感器可以提高设备的性能，准确地获取数据，从而为各种应用提供可靠的支持。
2、有限元仿真作为一种工程设计工具，常用来对传感器进行模拟和分析，通过将复杂的结构分解为许多小的有限元素，然后对每个元素进行分析计算，从而得出整个结构的分析数据，并根据得到的分析数据进行传感器的设计制造。但是，由于传感器的工作环境和工况多种多样，需要进行大量的仿真分析，因此需要消耗大量的时间和计算资源。
技术实现思路
1、本专利技术解决的问题是如何有效改善传感器设计效率。
2、为解决上述问题，本专利技术提供一种融合传感器设计优化方法，包括：
3、获取融合传感器的压电元件数据、弹簧数据、匹配基座数据和超声输入电压；
4、根据所述压电元件数据、所述匹配基座数据、所述超声输入电压以及预设的超声输出电压关系得到超声输出电压，并根据所述超声输出电压、所述超声输入电压以及预设的超声输出灵敏度关系得到超声输出灵敏度；
5、根据最大的所述超声输出电压得到对应的谐振频率，根据所述谐振频率以及预设的超声谐振频率关系得到超声谐振频率；
6、根据所述压电元件数据以及预设的振动输出灵敏度关系得到振动输出灵敏度；
7、根据所述压电元件数据、所述弹簧数据、所述匹配基座数据以及预设
8、将所述振动输出灵敏度、所述振动工作频带、所述超声谐振频率和所述超声输出灵敏度作为参数，并通过预设的多目标优化遗传算法，根据所述参数生成多个参数组；
9、根据预设的权重关系和全部所述参数组得到每个所述参数组对应的权重系数，并将最大的所述权重系数对应的所述参数组确定为最优参数组。
10、可选地，所述压电元件数据包括压电元件静态电容、压电元件厚度、压电元件声阻抗、压电元件阻抗和压电元件声波数；所述匹配基座数据包括匹配层声学阻抗、背衬块声学阻抗、匹配层厚度、匹配层声波数；所述根据所述压电元件数据、所述匹配基座数据、所述超声输入电压以及预设的超声输出电压关系得到超声输出电压，包括：
11、根据所述压电元件厚度、所述压电元件声阻抗、所述压电元件声波数和所述匹配层声学阻抗，通过匹配层声学阻抗关系，得到匹配层等效输入阻抗；
12、根据所述压电元件厚度、所述压电元件声阻抗、所述压电元件声波数和所述背衬块声学阻抗，通过背衬块声学阻抗关系，得到背衬块等效输入阻抗；
13、根据所述压电元件阻抗、所述压电元件静态电容、所述匹配层等效输入阻抗和所述背衬块等效输入阻抗，通过等效输出阻抗关系，得到所述压电元件的等效输出阻抗；
14、根据所述压电元件厚度、所述压电元件声波数、所述匹配层厚度、所述匹配层声波数、所述匹配层声学阻抗和所述压电元件声阻抗，得到匹配层至压电层的总传输矩阵，根据所述总传输矩阵得到第一传输矩阵参数和第二传输矩阵参数；
15、根据所述匹配层等效输入阻抗、所述背衬块等效输入阻抗、所述第一传输矩阵参数、所述第二传输矩阵参数、所述等效输出阻抗、所述超声输入电压和超声输出电压关系，得到所述超声输出电压。
16、可选地，所述匹配层声学阻抗关系满足：
17、；
18、所述背衬块声学阻抗关系满足：
19、；
20、所述等效输出阻抗关系满足：
21、；
22、所述超声输出电压关系满足：
23、；
24、其中，us为所述超声输出电压，uf为所述超声输入电压，zp1为所述匹配层等效输入阻抗，zp2为所述背衬块等效输入阻抗，zout为所述等效输出阻抗，zf为匹配层声学阻抗，n21为所述第一传输矩阵参数，n22为所述第二传输矩阵参数，ф为所述压电元件的等效放大倍数，rs为等效电路输入阻抗，t0为所述压电元件厚度、z0为所述压电元件声阻抗、k0为所述压电元件声波数、zb所述背衬块声学阻抗，x为所述压电元件电抗。
25、可选地，所述根据所述压电元件厚度、所述压电元件声波数、所述匹配层厚度、所述匹配层声波数、所述匹配层声学阻抗和所述压电元件声阻抗，得到匹配层至压电层的总传输矩阵，包括：
26、根据所述压电元件厚度、所述压电元件声波数和所述压电元件声阻抗，构建压电元件传输矩阵；
27、根据所述匹配层厚度、所述匹配层声波数和所述匹配层声学阻抗，构建匹配层传输矩阵；
28、根据所述压电元件声阻抗、所述背衬块声学阻抗以及预设的反射系数关系，得到反射系数；
29、根据所述压电元件传输矩阵、所述匹配层传输矩阵和反射系数，构建所述总传输矩阵。
30、可选地，所述压电元件传输矩阵满足：
31、；
32、所述匹配层传输矩阵满足：
33、；
34、所述反射系数关系满足：
35、；
36、所述总传输矩阵满足：
37、；
38、其中，n为所述总传输矩阵，n0为所述压电元件传输矩阵，n1为所述匹配层传输矩阵，n11和n12为所述总传输矩阵的元素，n21为所述第一传输矩阵参数，n22为所述第二传输矩阵参数，t0为所述压电元件厚度、z0为所述压电元件声阻抗、k0为所述压电元件声波数、zb所述背衬块声学阻抗，te为所述匹配层厚度、ze为所述匹配层声学阻抗、ke为所述匹配层声波数、γ为所述反射系数。
39、可选地，所述超声输出灵敏度关系满足：
40、；
41、所述超声谐振频率关系满足：
42、；
43、其中，f1为所述超声输出灵敏度，us为所述超声输出电压，uf为所述超声输入电压，f2为所述超声谐振频率，cf为所述谐振频率。
44、可选地，所述压电元件数据包括压电元件静态电容、压电片数量、背衬块等效质量和压电元件的压电常数；所述根据所述压电元件数据以及预设的所述振动输出灵敏度关系，得到振动输出灵敏度，包括：
45、根据所述压电元件静态电容、所述压电片数量、所述背衬块等效质量、所述压电常数，通过所述振动输出灵敏度关系，得到所述振动输出灵敏度；
46、所述振动输出灵敏度关系满足：
47、；
48、其中，f3为所述振动输出灵敏度，n为所述压电片数量，mb为所述背衬块等效质量，d为所述压电常数，c0为所述压电元件静态电容。
49、可选地，所述弹簧数据包括弹簧等效刚度；所述压电元件数据包括压电元件等效刚度和压电元件等效质量；所述匹配基座数据包括匹配基座等效刚度、匹配基座等效质量和背衬块等效质量；所述根据所述压电元件数据、所述弹簧数据、所述匹配基座数据以及预设的振动工作频带关系，得到振动工作频带，包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种融合传感器设计优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述压电元件数据包括压电元件静态电容、压电元件厚度、压电元件声阻抗、压电元件阻抗和压电元件声波数；所述匹配基座数据包括匹配层声学阻抗、背衬块声学阻抗、匹配层厚度、匹配层声波数；所述根据所述压电元件数据、所述匹配基座数据、所述超声输入电压以及预设的超声输出电压关系得到超声输出电压，包括：
3.根据权利要求2所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述匹配层声学阻抗关系满足：
4.根据权利要求2所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述根据所述压电元件厚度、所述压电元件声波数、所述匹配层厚度、所述匹配层声波数、所述匹配层声学阻抗和所述压电元件声阻抗，得到匹配层至压电层的总传输矩阵，包括：
5.根据权利要求4所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述压电元件传输矩阵满足：
6.根据权利要求1所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述超声输出灵敏度关系满足：
7.根据权利要求1所述融合传感器设计优化方法
8.根据权利要求1所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述弹簧数据包括弹簧等效刚度；所述压电元件数据包括压电元件等效刚度和压电元件等效质量；所述匹配基座数据包括匹配基座等效刚度、匹配基座等效质量和背衬块等效质量；所述根据所述压电元件数据、所述弹簧数据、所述匹配基座数据以及预设的振动工作频带关系，得到振动工作频带，包括：
9.根据权利要求1所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述根据预设的权重关系和全部所述参数组得到每个所述参数组对应的权重系数，包括：
10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至9任一项所述融合传感器设计优化方法。
...【技术特征摘要】
1.一种融合传感器设计优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述压电元件数据包括压电元件静态电容、压电元件厚度、压电元件声阻抗、压电元件阻抗和压电元件声波数；所述匹配基座数据包括匹配层声学阻抗、背衬块声学阻抗、匹配层厚度、匹配层声波数；所述根据所述压电元件数据、所述匹配基座数据、所述超声输入电压以及预设的超声输出电压关系得到超声输出电压，包括：
3.根据权利要求2所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述匹配层声学阻抗关系满足：
4.根据权利要求2所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述根据所述压电元件厚度、所述压电元件声波数、所述匹配层厚度、所述匹配层声波数、所述匹配层声学阻抗和所述压电元件声阻抗，得到匹配层至压电层的总传输矩阵，包括：
5.根据权利要求4所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述压电元件传输矩阵满足：
6.根据权利要求1所述融合传感器设计优化方法，其特征在于，所述超声输出灵敏...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜炯挺，蒋科若，高垚冲，钱凯，杨帆，夏巧群，吕世斌，高明，岳龙，沈浩，邵志鹏，李子楠，权超，陶炳权，韩旭涛，张昭宇，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，
类型：发明
国别省市：
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