CN111504444A - 超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法，其中的装置包括数据处理单元、阻抗分析仪、高频交流电源、多级补偿电容箱、位移传感器以及超磁致伸缩超声换能器；其中，数据处理单元、阻抗分析仪、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成阻抗分析回路；数据处理单元、高频交流电源、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成信号激励回路；基于阻抗分析回路和信号激励回路对超磁致伸缩超声换能器进行激励及谐振频率检测。利用上述发明能够确定恒压与恒流激励下的最大振幅与谐振频率，对温升和负载产生的影响进行有效的电反馈，谐振频率检测精度高，能量损耗低。

Description

超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法
技术领域
本发明涉及超声精密特种加工技术领域，更为具体地，涉及一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法。
背景技术
近年来，鉴于超磁致伸缩材料所具有的能量密度大、磁致伸缩系数高和响应速度快等特性，使得超磁致伸缩超声换能器得到了快速发展，并在大功率旋转超声加工技术领域得到广泛应用。在超磁致伸缩超声换能器中，高频交流电源产生的激励信号激发出高频磁场，使得超磁致伸缩材料产生相应的磁致伸缩效应，超磁致伸缩超声换能器的变幅杆输出端产生高频振动，能够提高高速切削等过程中的切削效率，降低切削力。因此，如何有效提高超磁致伸缩超声换能器的工作性能成为研究的热点。
研究表明，当超磁致伸缩超声换能器工作在谐振频率状态时，能够输出最大的高频振幅，并对材料进行有效的加工。但是加工负载和温升会导致超磁致伸缩超声换能器发生谐振频率变化，因此需要对超磁致伸缩超声换能器的谐振频率进行有效的确定。
目前，由于电信号更容易获取，谐振频率的跟踪方式一般采用电反馈的方式，因此，建立超磁致伸缩超声换能器的最大振幅及其谐振频率与电信号的关系十分重要。
现有针对超磁致伸缩超声换能器进行的谐振频率确定方法一般为扫频测试实验，通过不同频率的电信号激励，获得超磁致伸缩超声换能器的振幅，并将最大振幅时的频率作为谐振频率，该种方法可用于对超磁致伸缩超声换能器进行初始谐振频率的确定，但当谐振频率发生变化时，由于无法建立谐振频率和电信号的直接联系，因此无法进行有效的谐振频率跟踪。
此外，超磁致伸缩超声换能器作为感性负载，在高频电路中，需要补偿电容进行容性补偿，以使得电路发生电谐振，并确定超磁致伸缩超声换能器的谐振频率，在恒压电路和恒流电路中的超磁致伸缩超声换能器电特性也不同，谐振频率确定方法也不同。
因此，目前亟需一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法能够提高谐振频率的准确度，并可适用于多种引用场景。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法，以解决目前超磁致伸缩超声换能器谐振频率的确定方法，跟踪效果差、通用性低等问题。
本发明提供的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，包括数据处理单元、阻抗分析仪、高频交流电源、多级补偿电容箱、位移传感器以及超磁致伸缩超声换能器；其中，数据处理单元、阻抗分析仪、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成阻抗分析回路；数据处理单元、高频交流电源、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成信号激励回路；基于阻抗分析回路和信号激励回路对超磁致伸缩超声换能器进行激励及谐振频率检测。
此外，优选的技术方案是，还包括电流传感器；其中，信号激励回路穿过电流传感器，电流传感器与示波器连接；电流传感器与示波器用于辅助获取超磁致伸缩超声换能器的最大振幅及对应的谐振频率。
此外，优选的技术方案是，还包括与超磁致伸缩超声换能器连接的位移传感器；其中，数据处理单元与位移传感器连接，数据处理单元用于测量超磁致伸缩超声换能器的变幅杆输出端的振幅。
此外，优选的技术方案是，数据处理单元通过通讯协议媒介与位移传感器连接；位移传感器包括激光位移传感器、多普勒位移传感器和电容式位移传感器。
此外，优选的技术方案是，阻抗分析仪用于获取超磁致伸缩超声换能器的离散阻抗点，并基于最小二乘法拟合与离散阻抗点对应的阻抗圆；并且，根据阻抗圆确定超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息以及零位补偿电容；基于阻抗信息及零位补偿电容确定超磁致伸缩超声换能器的最大振幅及对应的谐振频率。
此外，优选的技术方案是，阻抗分析仪向阻抗分析回路输入的电流信号的范围为0～5mA。
此外，优选的技术方案是，高频交流电源向信号激励回路输入恒流激励信号或者恒压激励信号。
此外，优选的技术方案是，当向信号激励回路输入恒流激励信号时，超磁致伸缩超声换能器的超声功率的均方根表示公式为：
Figure BDA0002461481180000031
其中，Irms表示电流均方根值，Urms表示电压均方根值，
Figure BDA0002461481180000032
表示阻抗角，|Z|表示阻抗模；此时，超磁致伸缩超声换能器的谐振频率表示公式为：
fr＝f0(C0)；
其中，fr表示谐振频率，C0表示零位补偿电容，f0(C0)表示补偿电容为C0，且电压均方根值最大时对应的频率。
此外，优选的技术方案是，当向信号激励回路输入恒压激励信号时，超磁致伸缩超声换能器的超声功率的均方根表示公式为：
Figure BDA0002461481180000033
其中，Irms表示电流均方根值，Urms表示电压均方根值，
Figure BDA0002461481180000034
表示阻抗角，|Z|表示阻抗模；此时，在预设范围内调整补偿电容，超磁致伸缩超声换能器的谐振频率表示公式为：
fr(C)＝f1(C)+Δf；
其中，fr(C)表示谐振频率，C表示补偿电容，f1(C)表示当补偿电容为C，且电流最小时对应的频率，Δf表示频率偏差，频率偏差基于超磁致伸缩超声换能器在机械谐振时的最小电流对应的频率及最大振幅对应的频率信息获取。
根据本发明的另一方面，提供一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定方法，包括根据由数据处理单元、阻抗分析仪、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成阻抗分析回路，获取超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息以及零位补偿电容；切换电路，根据由数据处理单元、高频交流电源、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成信号激励回路，以及阻抗信息及零位补偿电容，获取超磁致伸缩超声换能器的谐振频率。
利用上述超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法，设置阻抗分析回路和信号激励回路，通过阻抗分析回路获取超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息，切换至信号激励回路后，可根据阻抗信息精确检测超磁致伸缩超声换能器的振幅及谐振频率，谐振频率跟踪效果好，且适用范围广。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的补偿电容对阻抗圆位置影响示意图；
图3为根据本发明实施例的阻抗圆中的阻抗信息示意图；
图4为根据本发明实施例的恒流激励下的电压与频率关系图；
图5为根据本发明实施例的恒压激励下的补偿电容范围示意图；
图6为根据本发明实施例的恒压激励下的电流、振幅及频率关系图；
图7为根据本发明实施例的恒压激励下的谐振振幅与补偿电容关系图；
图8为根据本发明实施例的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置的结构示意图二；
图9为根据本发明实施例的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定方法的流程图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
为详细描述本发明的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1和图8分别从不同角度示出了根据本发明实施例的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置的示意结构。
如图1和图8共同所示，本发明实施例的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，包括数据处理单元、阻抗分析仪、高频交流电源、多级补偿电容箱、位移传感器以及超磁致伸缩超声换能器；其中，数据处理单元可以选用计算机或控制芯片等，数据处理单元、阻抗分析仪、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成阻抗分析回路，即S1回路；数据处理单元、高频交流电源、多级补偿电容箱(最小调节单位可设置为1nf)以及超磁致伸缩超声换能器串联形成信号激励回路，即S2回路；基于阻抗分析回路和信号激励回路配合对超磁致伸缩超声换能器进行激励及谐振频率检测。
其中，还包括电流传感器，信号激励回路穿过电流传感器，电流传感器与示波器连接，电流传感器和示波器均接入S2回路中，对线路进行电流观测，进而通过电流传感器与示波器辅助获取超磁致伸缩超声换能器的最大振幅及对应的谐振频率。
另外，在S2回路中还设置有与超磁致伸缩超声换能器连接的位移传感器；其中，数据处理单元与位移传感器连接导通，通过数据处理单元及位移传感器测量超磁致伸缩超声换能器的变幅杆输出端的振幅。作为具体示例，数据处理单元可通过通讯协议媒介与位移传感器连接，其中位移传感器可选用激光位移传感器、多普勒位移传感器和电容式位移传感器等多种类型的传感器。
在本发明的一个具体实施方式中，高频交流电源向信号激励回路输入恒流激励信号或者恒压激励信号。换言之，当高频交流电源采用恒压或恒流的电信号激励时，可以通过多级补偿电容箱和阻抗分析仪配合，对超磁致伸缩超声换能器进行相应的阻抗调节，并得到对应的激励模式下的最大振幅及其谐振频率。
具体地，可通过数据处理单元选择S1回路或者S2回路进行切换，来实现阻抗分析回路或者信号激励回路的切换。当选择S1回路时，由于较大的电流信会对超磁致伸缩超声换能器的谐振频率造成影响，因此，在本发明的一个具体示例中，采用0-5mA的小电流信号输入S1回路进行阻抗分析，通过数据处理单元对S1回路输入小电流限号，获得电容补偿后的超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息；当切换至S2回路时，数据处理单元控制高频交流电源对回路输出恒压或者恒流的激励信号，激励电容补偿后的超磁致伸缩超声换能器，并通过位移传感器进行振幅的检测。
以下将结合附图对本发明的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置的原理进行阐述。
图2示出了根据本发明实施例的补偿电容对阻抗圆位置的影响。
如图2所示，当选择S1回路进行阻抗分析时，能够获得如图2所示的阻抗圆信息，横坐标表示电阻(单位欧姆)，纵坐标表示电抗(单位欧姆)；阻抗圆上的每一个点表示阻抗Z，Z由电阻R和电抗X构成，对阻抗分析仪测得的离散阻抗点，可以根据最小二乘法计算得到拟合的阻抗圆。将补偿电容记作C，零位补偿电容记作C0，由于超磁致伸缩超声换能器属于感性负载，因此，当不进行电容补偿时，阻抗圆的圆心位于横坐标以下(例如，阻抗圆O2，C小于C0)，当进行电容补偿时，阻抗圆的位置会向上平移，当阻抗圆关于横轴坐标呈对称分布时(阻抗圆O0，C等于C0)，定义此时的补偿电容为零位补偿电容C0，当补偿电容大于C0时，阻抗圆的圆心在横坐标以上(例如，阻抗圆O1，C大于C0)。
图3示出了根据本发明实施例的阻抗圆中的阻抗信息。
结合图2和图3共同所示，在阻抗圆中，激励频率f沿着阻抗圆顺时针方向增大，阻抗圆上的任一离散阻抗点到坐标原点O构成的线段的长度表示阻抗模|Z|(|Z|2＝R2+X2)，该线段线与横坐标构成的角度即阻抗角
Figure BDA0002461481180000061
该线段在横坐标上的投影线段长度即
Figure BDA0002461481180000062
对于机械谐振，阻抗分析得到的机械谐振频率fn在电阻R最大的离散阻抗点处，即阻抗圆最右侧离散阻抗点的频率。而谐振振幅Ar发生在机械谐振(fn)与电谐振
Figure BDA0002461481180000063
几乎同时发生的地方，此时的频率可作为谐振频率fr，且最大振幅Amax应具有最大的超声功率。其中，认为频率在fn附近的一定范围(±0.2％)内均为机械谐振状态；认为
Figure BDA0002461481180000064
在0.9-1的范围内均为电谐振状态。
可知，阻抗分析仪可用于获取超磁致伸缩超声换能器的离散阻抗点，并基于最小二乘法拟合与离散阻抗点对应的阻抗圆；并且，根据阻抗圆确定超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息以及零位补偿电容；基于阻抗信息及零位补偿电容确定超磁致伸缩超声换能器的最大振幅及对应的谐振频率。
进一步地，图4示出了根据本发明实施例的S2回路在恒流激励下的电压与频率的示意关系。
如图4所示，横坐标表示频率(单位赫兹)，纵坐标表示电压(单位伏特)，当高频交流电源为恒流激励，即当向信号激励回路输入恒流激励信号时，超磁致伸缩超声换能器的超声功率的均方根表示公式为：
Figure BDA0002461481180000071
其中，Irms表示电流均方根值，Urms表示电压均方根值，
Figure BDA0002461481180000072
表示阻抗角，|Z|表示阻抗模；此时，超磁致伸缩超声换能器的谐振频率表示公式为：
fr＝f0(C0)；
其中，fr表示谐振频率，C0表示通过S1回路获取的零位补偿电容，f0(C0)表示补偿电容为C0，且电压均方根值最大时对应的频率。
可知，当高频交流电源为恒流激励时，电流值恒定，机械谐振频率点的超声功率最大，为了同时满足电谐振，补偿电容应该选择为零位补偿电容，此时在机械谐振频率点的阻抗模最大，电压最大。因此，在恒流激励时，补偿电容选择零位补偿电容C0，可以根据电压最大，确定最大振幅，此时频率即为谐振频率fr。
图5示出了根据本发明实施例的恒压激励下的补偿电容范围。
如5所示，横坐标表示电阻(单位欧姆)，纵坐标表示电抗(单位欧姆)，当高频交流电源为恒压激励，即当向信号激励回路输入恒压激励信号时，最大功率发生在电谐振
Figure BDA0002461481180000073
且阻抗模较小的时候(在机械谐振范围内)，此时电流不是最小电流。因此，零位补偿电容下得不到最大振幅，需要对补偿电容进行调节。
当改变补偿电容(C≠C0)，阻抗圆与横坐标的交点处(P1和P2)发生电谐振，选择距离机械谐振频率更近的点(P2)进行观察。其中，由于当C＝C0时，补偿电容的变化方向在C>C0时对P2的频率变化影响更小，因此在相同的补偿电容变化下，P2的频率更不容易超出机械谐振频率范围，选取C>C0。而当电容补偿后的阻抗圆位置变成与横坐标上切的阻抗圆O1(C＝Ca)，P1与P2重合，当继续增大C，电谐振点消失，因此可选定补偿电容的范围在C0<C<Ca，该范围内能够确定最大振幅及其谐振频率。
如6示出根据本发明实施例的恒压激励下的电流、振幅及频率关系。
如图6所示，对于恒压激励，先将补偿电容调节到C0<C<Ca范围内的某一补偿电容Cx，在阻抗分析仪得到的机械谐振频率fn附近(±0.2％)，通过不同激励频率的电信号进行激励，利用示波器和电流传感器确定最小电流对应的频率f1(Cx)，利用位移传感器确定最大振幅对应的频率f2(Cx)，并据此获取频率偏差：Δf＝f2(Cx)-f1(Cx)；其中，Δf表示频率偏差，f1(Cx)和f2(Cx)分别表示当补偿电容为Cx时，最小电流对应的频率和最大振幅对应的频率值。
图7示出了根据本发明实施例的恒压激励下的谐振振幅与补偿电容关系。
如图7所示，在C0<C<Ca的范围内逐渐增大补偿电容C，分别采用不同补偿电容下的谐振频率fr(C)进行激励，测量相应的振幅。
其中，当向信号激励回路输入恒压激励信号时，超磁致伸缩超声换能器的超声功率的均方根表示公式为：
Figure BDA0002461481180000081
其中，Irms表示电流均方根值，Urms表示电压均方根值，
Figure BDA0002461481180000082
表示阻抗角，|Z|表示阻抗模；此时，在预设范围内调整补偿电容，超磁致伸缩超声换能器的谐振频率表示公式为：
fr(C)＝f1(C)+Δf；
其中，fr(c)表示补偿电容为C时的谐振频率，C表示补偿电容，f1(C)表示当补偿电容为C且电流最小时对应的频率，Δf表示频率偏差，频率偏差基于超磁致伸缩超声换能器在机械谐振时的最小电流对应的频率及最大振幅对应的频率信息获取。此时，得到的最大振幅Amax及其谐振频率fr(Ct)即为该超磁致伸缩超声换能器在该恒压激励下的最大振幅及其谐振频率，Ct表示相应的最佳补偿电容。
需要说明的是，在本发明的上述实施例描述中，相同字母的大小写或正体斜体均表示同一概念，不做区分。
与上述超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置相对应，本发明还提供一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定方法，利用超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置对超磁致伸缩超声换能器的谐振进行检测。
图9示出了根据本发明实施例的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定方法的流程。
如图9所示，本发明实施例的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定方法，包括以下步骤：
S910：根据由数据处理单元、阻抗分析仪、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成阻抗分析回路，获取超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息以及零位补偿电容。
S920：切换电路，根据由数据处理单元、高频交流电源、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成信号激励回路，以及阻抗信息及零位补偿电容，获取超磁致伸缩超声换能器的谐振频率。
其中，超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定方法的实施例可参考装置部分的描述，此处不再一一赘述。
利用上述根据本发明的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法，具有以下优点：
1、对超磁致伸缩超声换能器的适用性好，结合可调节的多级补偿电容箱，可以适用于不同结构、不同性能的超磁致伸缩超声换能器检测。
2、可适用于不同恒定电压或者恒定电流的激励，避免电信号自身对超磁致伸缩超声换能器谐振频率的影响，能够确定恒流激励或者恒压激励模式下的最大振幅及其谐振频率。
3、在实际应用中，可以对温升和负载产生的影响进行有效的电反馈，为频率跟踪提供有效的跟踪指标，改善应用过程中因频率漂移现象造成的负面影响，提高实际应用效率。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置及方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，包括数据处理单元、阻抗分析仪、高频交流电源、多级补偿电容箱、位移传感器以及超磁致伸缩超声换能器；其中，
所述数据处理单元、所述阻抗分析仪、所述多级补偿电容箱以及所述超磁致伸缩超声换能器串联形成阻抗分析回路；
所述数据处理单元、所述高频交流电源、所述多级补偿电容箱以及所述超磁致伸缩超声换能器串联形成信号激励回路；
基于所述阻抗分析回路和所述信号激励回路对所述超磁致伸缩超声换能器进行激励及谐振频率检测。
2.如权利要求1所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，还包括电流传感器；其中，
所述信号激励回路穿过所述电流传感器，所述电流传感器与示波器连接；
所述电流传感器与所述示波器用于辅助获取所述超磁致伸缩超声换能器的最大振幅及对应的谐振频率。
3.如权利要求1所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，还包括与所述超磁致伸缩超声换能器连接的位移传感器；其中，
所述数据处理单元与所述位移传感器连接，所述数据处理单元用于测量所述超磁致伸缩超声换能器的变幅杆输出端的振幅。
4.如权利要求3所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，
所述数据处理单元通过通讯协议媒介与所述位移传感器连接；
所述位移传感器包括激光位移传感器、多普勒位移传感器和电容式位移传感器。
5.如权利要求1所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，
所述阻抗分析仪用于获取所述超磁致伸缩超声换能器的离散阻抗点，并基于最小二乘法拟合与所述离散阻抗点对应的阻抗圆；并且，
根据所述阻抗圆确定所述超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息以及零位补偿电容；
基于所述阻抗信息及所述零位补偿电容确定所述超磁致伸缩超声换能器的最大振幅及对应的谐振频率。
6.如权利要求1所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，
所述阻抗分析仪向所述阻抗分析回路输入的电流信号的范围为0～5mA。
7.如权利要求1所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，
所述高频交流电源向所述信号激励回路输入恒流激励信号或者恒压激励信号。
8.如权利要求7所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，当向所述信号激励回路输入恒流激励信号时，
所述超磁致伸缩超声换能器的超声功率的均方根表示公式为：
Figure FDA0002461481170000021
其中，Irms表示电流均方根值，Urms表示电压均方根值，
Figure FDA0002461481170000022
表示阻抗角，|Z|表示阻抗模；
此时，所述超磁致伸缩超声换能器的谐振频率表示公式为：
fr＝f0(C0)；
其中，fr表示谐振频率，C0表示所述零位补偿电容，f0(C0)表示补偿电容为C0，且电压均方根值最大时对应的频率。
9.如权利要求1所述的超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定装置，其特征在于，当向所述信号激励回路输入恒压激励信号时，
所述超磁致伸缩超声换能器的超声功率的均方根表示公式为：
Figure FDA0002461481170000031
其中，Irms表示电流均方根值，Urms表示电压均方根值，
Figure FDA0002461481170000032
表示阻抗角，|Z|表示阻抗模；
此时，在预设范围内调整补偿电容，所述超磁致伸缩超声换能器的谐振频率表示公式为：
fr(C)＝f1(C)+Δf；
其中，fr(C)表示谐振频率，C表示补偿电容，f1(C)表示当补偿电容为C，且电流最小时对应的频率，Δf表示频率偏差，所述频率偏差基于所述超磁致伸缩超声换能器在机械谐振时的最小电流对应的频率及最大振幅对应的频率信息获取。
10.一种超磁致伸缩超声换能器谐振频率确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据由数据处理单元、阻抗分析仪、多级补偿电容箱以及超磁致伸缩超声换能器串联形成阻抗分析回路，获取所述超磁致伸缩超声换能器的阻抗信息以及零位补偿电容；
切换电路，根据由所述数据处理单元、高频交流电源、所述多级补偿电容箱以及所述超磁致伸缩超声换能器串联形成信号激励回路，以及所述阻抗信息及零位补偿电容，获取所述超磁致伸缩超声换能器的谐振频率。
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