CN108802529A - 一种雾化器换能片谐振点的快速确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种雾化器换能片谐振点的快速确定方法，涉及电子信息领域，初次上电使用时使用二分法确定雾化器换换能片的最佳谐振点，将对应的谐振频率存入储存器，此后上电时以该谐振频率为开关信号的工作频率，在电路使用过程中无需对换能片进行重新分析检测。本发明能够有效的针对雾化器换能片的个体差异进行识别适配，保证每个用户或者用户的每一次使用体验相同或是相似，极大的缩短了首次上电所需要的扫频时间，将测量所得的最佳频率存储在寄存器中，省去了每次上电都需要扫频的过程，不涉及硬件方面的修改，即在现有通用电路的基础上，无需对电路进行大量修改，即可轻松实现，极大地节约了生产成本。

Description

一种雾化器换能片谐振点的快速确定方法

技术领域

本发明涉及电子信息领域，尤其是一种电路中最佳频率的确定方法。

背景技术

喷雾技术的使用已有上百年历史，早期的喷雾技术多用于农业和工业生产，例如农药喷洒、园林浇灌、表面喷漆等操作。十年前的液体雾化技术主要是采用加压的方式，即在一有两端开口的密闭容器内放入液体，由其中一个开口向容器内加压或充入高压气体，待容器内的压强达到所需值后打开另一开口阀门，此开口出水口为一微孔，高压水流经过微孔时会被打散形成水雾，从而实现液体雾化的效果。这种雾化技术盛行了多年，至今在一些地区的农业生产中仍会使用这样的雾化技术，但是该方案存在人力或其他能源的大量浪费，以及由高压气体带来的安全隐患，都使得这项技术在新世纪里被迅速淘汰。

取代加压雾化的技术就是现在常用的采用压电材料制造的雾化系统，雾化器的核心组件是微孔雾化片，即本发明所述的换能片，其工作原理是在雾化片的两端加上一定频率的交流电压使得雾化片起振，高频震荡打碎水分子产生水雾并将水雾喷洒出来。

这种雾化技术是现阶段较为完善的技术，能量的转化率和水雾的均匀程度都远胜于传统的加压雾化技术，这种技术被广泛应用于美容、医疗等领域，其行业特殊性要求雾化器能够将水分子直径打碎至纳米级别，所以对雾化器的工作频率和产品一致性要求较高。从理论上说，电路中的控制信号频率与换能片的最佳工作频率一致，即应达到最佳工作状态。但是在实际的生产制造过程中，由于换能片本身的性质和生产技术的局限性，导致每一个换能片实际的最佳工作频率点不是精准的设计值，由测试数据和生产经验知是在目标值两侧的正态分布，因此并不能保证每个电路都可以在相同的开关频率上形成最佳的振荡回路。

对于上述问题，现阶段市场上销售的雾化器产品主要采用两种应对方案：较为简单的雾化补水仪选择忽略这个问题，直接将计算出的谐振频率当做开关频率写入存储器中，这样做一方面可以简化电路结构，节约设计和生产成本，另一方面是能够达到在上电时，包括首次上电时瞬间开始工作，在这方面具有良好的用户体验。另一些比较高端的雾化器产品支持动态频率更新解决方案，即每台设备可以通过上电后的扫频操作，实现根据换能片的不同而更新开关电路的频率，达到最佳谐振的目的，这样可以自适应由于换能片的个体差异导致的水雾大小不同问题，保证了产品的一致性和相同的用户体验，但是现阶段的扫频技术存在扫频时间过长的问题，上电后需要等待较长时间方可正常使用，这样严重影响了用户体验。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对现阶段扫频雾化器在生产和使用过程中出现的上述问题，本发明提出了一种新的解决方案，主要实现在初次上电使用时快速确定雾化器换换能片的谐振点，使得用户初次使用时无需等待，即可获得稳定有效的雾化效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的详细步骤如下：

步骤a)：通过查阅所选型号换能片的data sheet，同时选择200颗所选型号换能片，并测量出200颗换能片的最佳工作频率点，得到一组包含200个换能片的最佳工作频率的数据，并选取该组数据的众数作为中心点频率值F，如众数大于等于两个，则逐一增加换能片并测量所增加换能片的最佳工作频率点，直至所有测量的换能片的频率点众数只有一个为止；

步骤b)：将步骤a)中所测得的中心点频率值F存入逻辑控制模块的寄存器中，并通过驱动电路发送开关信号，信号的频率值为中心点频率值F，同时获取升压电路反馈电压值Vfb0；

步骤c)：调节逻辑控制模块工作频率为(F+1)kHz，获取升压电路反馈电压值Vfb1，若此时反馈电压值Vfb1小于反馈电压值Vfb0，则换能片的最佳谐振点在中心频率值F 之上，反之若反馈电压值Vfb1大于反馈电压值Vfb0，则换能片的谐振点在中心频率值 F之下；若所测得Vfb1与反馈电压值Vfb0相等，选取F作为谐振频率；

步骤d)：步骤c)确定的方向上由中心点向相应的方向测量，即如换能片的最佳谐振点在中心频率值F之上，则继续增加工作频率，每次增加1kHz，如换能片的谐振点在中心频率值F之下，则继续减小工作频率，每次减小1kHz；

步骤e)：反馈电压值Vfb不断下降，当逻辑控制模块测得反馈电压Vfb出现最低值，则最低值所对应的开关信号的工作频率即为雾化片的最佳工作点，即谐振频率；

步骤f)：将步骤e)确定的换能片的谐振频率存入储存器，此后上电时以该谐振频率为开关信号的工作频率，在电路使用过程中无需对换能片进行重新分析检测。

本发明的有益效果在于：

本发明能够有效的针对雾化器换能片的个体差异进行识别适配，并采取改进的算法，使得每一只雾化器都能工作在最佳谐振频率点附近(误差2‰以内)，可以保证每个用户或者用户的每一次使用体验相同或是相似。

通过引入中心频率测量法，使得所需的扫频时间减少到现有解决方案的10％以内，极大的缩短了首次上电所需要的扫频时间，使得用户在首次开机时无需过长的等待时间即可正常使用雾化器，有效的优化使用体验。

将测量所得的最佳频率存储在寄存器中，即可在之后的开机时直接调用该频率，省去了每次上电都需要扫频的过程，即除第一次上电外每次开机即可在最佳谐振频率上工作。

由于只是扫频方法上的改进，基本不涉及硬件方面的修改，即在现有通用电路的基础上，无需对电路进行大量修改，即可轻松实现，极大地节约了生产成本。

附图说明

图1为本发明的实施例的电路示意图。

图2为本发明的实施例中的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

步骤a)：通过查阅所选型号换能片的data sheet，同时选择200颗所选型号换能片，并测量出200颗换能片的最佳工作频率点，得到一组包含200个换能片的最佳工作频率的数据，并选取该组数据的众数作为中心点频率值F，如众数大于等于两个，则逐一增加换能片并测量所增加换能片的最佳工作频率点，直至所有测量的换能片的频率点众数只有一个为止；

步骤b)：将步骤a)中所测得的中心点频率值F存入逻辑控制模块的寄存器中，并通过驱动电路发送开关信号，信号的频率值为中心点频率值F，同时获取升压电路反馈电压值Vfb0；

步骤c)：调节逻辑控制模块工作频率为(F+1)kHz，获取升压电路反馈电压值Vfb1，若此时反馈电压值Vfb1小于反馈电压值Vfb0，则换能片的最佳谐振点在中心频率值F 之上，反之若反馈电压值Vfb1大于反馈电压值Vfb0，则换能片的谐振点在中心频率值 F之下；若所测得Vfb1与反馈电压值Vfb0相等，由中心分布的性质可知，所需的换能片的最佳谐振点位于频率FkHz与(F+1)kHz之间，由于步进长度仅为1kHz，则频率F 或(F+1kHz)均可作为最佳工作频率，为不引起歧异，出现此种情况时统一选取较小值为最佳谐振点，即此处选取F作为最佳谐振点。

步骤d)：通过步骤c)确定最佳工作频率区间，即可排除一半的待测区间，由于换能片的谐振电压点呈现正态分布，则由正态分布性质可知，不需要再次使用二分法，只需在步骤c)确定的方向上由中心点向相应的方向测量，即如换能片的最佳谐振点在中心频率值F之上，则继续增加工作频率，每次增加1kHz，如换能片的谐振点在中心频率值F之下，则继续减小工作频率，每次减小1kHz；

步骤e)：雾化器的谐振电路工作频率越靠近最佳谐振频率，雾化片的阻抗就会越小，雾化片阻抗的下降会导致换能片两端电压值下降，进而反馈电压值Vfb也会下降，当逻辑控制模块测得反馈电压Vfb出现最低值，则最低值所对应的开关信号的工作频率即为雾化片的最佳工作点，即谐振频率；

步骤f)：将步骤e)确定的换能片的谐振频率存入储存器，此后上电时以该谐振频率为开关信号的工作频率，在电路使用过程中无需对换能片进行重新分析检测。

图1和图2为本发明的一种典型应用的电路图，由于本发明主要是一种新型的测量方法，在基础电路上与传统雾化器电路区别不是十分明显，因此本发明附图中不提供其他电路的原理图。如附图1所示，电路主要包含以下几部分主要模块：包括充电模块、升压模块、逻辑控制模块，以及相应的外围电路。本发明是换能片谐振点的新型获取方法，因此对于其他模块只做简要说明。在背景技术的描述中提到，现阶段雾化器的一项重要应用是雾化器补水仪，为了方便用户随身携带随时取用，现在的产品通常采用可充电设计，本发明实例中选用一颗18650可充电电池，充电模块即为该部分工作，利用USB充电器输入的5V电压进行充电，可以满足用户正常使用几天的需求。升压模块为传统的电压模Boost型DC-DC模块，将充电电池输出的4.2V电压进行升降压处理，达到各部分电路所需电压值。逻辑控制模块负责发送稳定的时钟信号，以及调节电路的PWM波形等。而在示意图右侧的电路结构中，右上方的部分即为本发明所述的LC 谐振回路，雾化器的换能片可以看做一只电容器件，与电路中指定的电感L构成回路，通过逻辑控制模块提供的PWM信号加以控制。以下主要描述本发明方法的工作原理和工作方式。

首先，本发明雾化器的主要功能是纳米补水仪，即需要将纯净水打碎称水雾，得以穿过皮肤的角质层，直接被皮肤吸收，有效的达到预期补水效果。根据水分子直径和皮肤的医学数据进行计算，需要的振荡频率应大于100kHz，这种频率级别的交变电路无法用线圈在磁场中转动产生，因此本发明采用换能片的方式实现。

但是在实际的生产应用中，由于元器件生产工艺的限制和控制生产成本的需求，使得选用的电容和电感器件都有或多或少的误差，因为这些误差的存在，每台雾化器的谐振点并不处于相同的位置，因此导致出场后的每台雾化器的雾化效果参差不齐，这显然是无法接受的。对于这种问题，现今的处理方案基本由两种，其一就是对这种问题视而不见，这样做可以节约研发和生产成本，并且使得用户在每一次开机(包括第一次开机上电)瞬间即可正常使用雾化器，但是这显然是不可取的。另一种方案提出了对雾化器谐振点的检测，通过上电前的检测，获取最佳谐振点的精确值，达到良好的雾化器使用效果，同样存在一些问题，例如所需要的检测时间过长，每一次开机后的等待降低了使用体验等。

本发明对每台雾化器的谐振点进行检测，通过控制模块给予相应的PWM控制信号，使得每台雾化器的雾化效果和雾化量达到相同或是相似的水平。由雾化器换能片的性质可知，当电路的开关信号频率接近雾化器换能片本身的震荡频率时，换能片自身的阻抗下降，在频率检测过程中对电路进行恒功率输出，则当雾化器的阻抗下降时，流过的电流增大，则相应的反馈电路的电压值则会下降，因此可以通过检测电压值，当测量点的电压值达到最小时，震荡电路即可认为处于最佳谐振工作状态。具体的操作如下：

通过前期的电路设计和后期的测量，以及元器件生产特性的分析，雾化器的谐振点在110kHz左右，并形成高斯分布。分析数据分布可知，绝大多数的谐振点分布在中心值附近，因此考虑采用二分法，优先测量中心点即两侧的频率值对应的电压值，即可快速有效的检测出雾化器的最佳谐振点。

由上述分析知，当雾化器达到最佳谐振频率时，换能片的阻抗最低，即所加测量点的电压值最小，因此首先测量频率为110kHz时的电压值V1和111kHz时的电压值V2，此时：

若V1<V2，则110kHz更靠近最佳谐振点，即可向下每次步进1kHz测量，电压值应继续降低，待测到某点的电压值开始升高时，之前一点即为所需最佳谐振点频率。

若V1>V2，则111kHz更靠近最佳谐振点，即可向上每次步进1kHz测量，电压值应继续降低，待测到某点的电压值开始升高时，之前一点即为所需最佳谐振点频率。

若V1＝V2，则换能片的最佳工作频率位于110kHz和111kHz之间，则两者均可作为最佳工作频率点，为避免寄存器出错，出现这种情况时统一选取两者之间的较小值作为最优。

通过以上步骤即可确定最佳谐振点的频率(误差为0.5kHz),将所测出的谐振点的频率值存入控制模块中，在之后开机上电时直接调用该频率，即可获得良好的使用效果。

Claims (1)

1.一种雾化器换能片谐振点的快速确定方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤a)：通过查阅所选型号换能片的data sheet，同时选择200颗所选型号换能片，并测量出200颗换能片的最佳工作频率点，得到一组包含200个换能片的最佳工作频率的数据，并选取该组数据的众数作为中心点频率值F，如众数大于等于两个，则逐一增加换能片并测量所增加换能片的最佳工作频率点，直至所有测量的换能片的频率点众数只有一个为止；

步骤b)：将步骤a)中所测得的中心点频率值F存入逻辑控制模块的寄存器中，并通过驱动电路发送开关信号，信号的频率值为中心点频率值F，同时获取升压电路反馈电压值Vfb0；

步骤c)：调节逻辑控制模块工作频率为(F+1)kHz，获取升压电路反馈电压值Vfb1，若此时反馈电压值Vfb1小于反馈电压值Vfb0，则换能片的最佳谐振点在中心频率值F之上，反之若反馈电压值Vfb1大于反馈电压值Vfb0，则换能片的谐振点在中心频率值F之下；若所测得Vfb1与反馈电压值Vfb0相等，选取F作为谐振频率；

步骤d)：步骤c)确定的方向上由中心点向相应的方向测量，即如换能片的最佳谐振点在中心频率值F之上，则继续增加工作频率，每次增加1kHz，如换能片的谐振点在中心频率值F之下，则继续减小工作频率，每次减小1kHz；

步骤e)：反馈电压值Vfb不断下降，当逻辑控制模块测得反馈电压Vfb出现最低值，则最低值所对应的开关信号的工作频率即为雾化片的最佳工作点，即谐振频率；

步骤f)：将步骤e)确定的换能片的谐振频率存入储存器，此后上电时以该谐振频率为开关信号的工作频率，在电路使用过程中无需对换能片进行重新分析检测。