[发明专利]一种宽频带超声波接收装置及其应用

说明书

本发明公开了一种宽频带超声波接收装置及其应用，属于超声波接收技术领域，包括依次连接的发射换能片、接收换能片阵列、信号采集单元和信号补偿单元，发射换能片用于在激励信号的作用下产生超声波信号；接收换能片阵列包括多个谐振频率不同的接收换能片，每个接收换能片用于接收其谐振频率对应的频率响应范围内的超声波信号，将超声波信号转换成电学信号；信号采集单元用于接收电学信号，将电学信号转换成数字信号；信号补偿单元用于接收数字信号，对数字信号进行频域补偿得到最终的超声波信号。本发明装置的频带响应范围为0MHz‑128MHz，本发明是一种能够集成到锂电池组里的拥有宽广的频带响应范围、小体积以及低成本的超声波接收装置。

技术领域

本发明属于超声波接收技术领域，更具体地，涉及一种宽频带超声波接收装置及其应用。

背景技术

现在锂电池的使用很广泛，已经渗入到生活的方方面面，且锂电池的总数还在不断地增长，但是目前仍然存在质量的检测以及电荷量测量不够精确等问题，这是传统测量方法的弊病。目前锂电池行业里对锂电池的测量使用的传统方法都是属于外特性测量，通过电池和外界的接口对内部进行测量，导致无法精确获得锂电池内部状态。

最近被提出来的使用超声波对电池内部状态进行测量是和传统方法截然不同的测量方法，属于内特性测量，是一种很新颖的方法。目前使用的超声波探头均为使用声电转换的换能片形式，而传统的声电转换的换能片拥有单一的谐振频率，且相应的频带不宽，这就相当于超声波穿透锂电池得到的信号在接收探头的地方经过了一个带通滤波器，只能得到谐振频率附近的频率，离谐振频率较远的频率信息基本丢失，因此，现有的超声波锂电检测使用的超声波都是单频或者频带较窄的超声波信号，无法完全描绘宽频带范围的锂电池对超声信号的系统响应函数，导致目前存在数据挖掘不够深入、没有完全利用超声波的信息的问题，限制了超声波锂电检测技术的进一步发展。为了获取更多的信息，更准确去描述电池的状态，现在需要一种能达到宽频带响应的超声波探头。

尽管目前技术可以设计出使用特殊材料以及特殊构造的超声波探头能够达到较宽的频带响应，但是一方面存在问题是频带响应仍然达不到平坦，另一方面问题是在实际应用场景中并不能够应用，考虑生活场景的实际应用需要将超声波探头集成到电池组上，往往需要换能片尽量小的体积，以及尽可能低的成本。所以现有的超声波探头不能满足需求。

因此，需要开发一种能够集成到锂电池组里的拥有宽广的频带响应范围、小体积以及低成本的超声波接收装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种宽频带超声波接收装置及其应用，由此解决现有技术存在频带响应范围窄、体积大、成本高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种宽频带超声波接收装置，包括依次连接的发射换能片、接收换能片阵列、信号采集单元和信号补偿单元，

所述发射换能片，用于在激励信号的作用下产生超声波信号；

所述接收换能片阵列包括多个谐振频率不同的接收换能片，每个接收换能片用于接收其谐振频率对应的频率响应范围内的超声波信号，将超声波信号转换成电学信号；

所述信号采集单元，用于接收电学信号，将电学信号转换成数字信号；

所述信号补偿单元，用于接收数字信号，对数字信号进行频域补偿得到最终的超声波信号。

进一步地，接收换能片阵列中每个接收换能片与发射换能片的距离相等。

进一步地，接收换能片阵列中多个谐振频率不同的接收换能片按照谐振频率从小到大依次排列成等边三角形、正方形、正六边形、正八边形或者圆形。

进一步地，接收换能片阵列中依次排列的相邻两个接收换能片的谐振频率的比为1∶2-1∶4。