DE19856876B4

DE19856876B4 - Ultrasonic sensor device and method for contactless detection of objects

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Publication number: DE19856876B4
Application number: DE19856876A
Authority: DE
Inventors: Uwe Lindenberg
Original assignee: Delphi Automotive Systems Deutschland GmbH
Current assignee: Delphi Automotive Systems Deutschland GmbH
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: DE19856876A1

Abstract

Ultraschallsensoreinrichtung umfassend
– einen Ultraschallfrequenzgenerator (2) zum Erzeugen einer kontinuierlichen Ultraschallschwingung einer vorgegebenen Ultraschallfrequenz,
– einen Modulationsfrequenzgenerator (7) zum Erzeugen einer niederfrequenten Modulationschwingung einer vorgegebenen Frequenz,
– einen Ultraschallsender (3) zum Aussenden der mit der Modulationschwingung frequenzmodulierten Ultraschallschwingung,
– einen Ultraschallempfänger (4) zum Empfangen der reflektierten Schwingung,
– Mittel (5; 8–11) zur Rückgewinnung der Modulationsschwingung aus der empfangenen Schwingung mit einem sich an den Ultraschallempfänger (4) anschließenden Bandpaß (8), einem dritten Frequenzgenerator (11) zum Generieren einer Frequenz, die auf die Differenz zwischen der von dem Ultraschallfrequenzgenerator (2) generierten Frequenz und der von dem Modulationsfrequenzgenerator (7) generierten Frequenz eingestellt ist, einem Mischer (9) zum Mischen der bandpaßgefilterten empfangenen Schwingung mit der von dem dritten Frequenzgenerator (11) generierten Schwingung und einem dem Mischer (9) nachgeordneten Tiefpaßfilter (10), dessen Ausgangssignal die rückgewonnene Modulationsschwingung bildet,
– einen Phasenkomparator (6) zum Vergleichen der Phasenlage der von dem Modulationsfrequenzgenerator...Ultrasonic sensor device comprising
An ultrasonic frequency generator (2) for generating a continuous ultrasonic vibration of a predetermined ultrasonic frequency,
A modulation frequency generator (7) for generating a low-frequency modulation oscillation of a predetermined frequency,
- An ultrasonic transmitter (3) for emitting the frequency-modulated with the modulation oscillation ultrasonic vibration,
An ultrasonic receiver (4) for receiving the reflected vibration,
- means (5; 8-11) for recovering the modulation oscillation from the received oscillation with a bandpass filter (8) adjoining the ultrasound receiver (4), a third frequency generator (11) for generating a frequency which is equal to the difference between the frequency generated by the ultrasonic frequency generator (2) and the frequency generated by the modulation frequency generator (7), a mixer (9) for mixing the bandpass filtered received oscillation with the vibration generated by the third frequency generator (11) and a downstream of the mixer (9) Low-pass filter (10) whose output signal forms the recovered modulation oscillation,
- A phase comparator (6) for comparing the phase position of the modulation frequency generator from the ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoreinrichtung sowie ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung eines Gegenstandes oder einer Person.The The invention relates to an ultrasonic sensor device and a method for contactless detection an object or a person.

Aus der Praxis sind Vorrichtungen bekannt, die es ermöglichen, die Präsenz eines Gegenstandes oder einer Person in einem Raum bzw. den Abstandes eines Gegenstandes oder einer Person durch den Einsatz von Ultraschallschwingungen zu erfassen. Die Funktionsweise solcher Vorrichtungen basiert darauf, daß ausgesandte Ultraschallschwingungen an einem eventuell vorhandenen Gegenstand oder an einer eventuell vorhandenen Person reflektiert werden und die reflektierten Schwingungen wieder erfaßt und ausgewertet werden können.Out In practice, devices are known which make it possible to the presence an object or a person in a room or the distance an object or a person through the use of ultrasonic vibrations capture. The operation of such devices is based on that sent out Ultrasonic vibrations on a possibly existing object or reflected on a possibly existing person and the reflected vibrations can be detected and evaluated again.

Üblicherweise werden hierzu Ultraschall-Bursts über einen Ultraschallsender in einen zu überwachenden Raum gesandt und über einen Ultraschallempfänger eventuelle Reflexionen wieder eingefangen. Die Laufzeit, die die ausgestrahlten Ultraschall-Bursts benötigen, um von dem Sender über den reflektierenden Gegenstand wieder bis zum Empfänger zu gelangen, ist ein Maß für die Entfernung der Vorrichtung zu dem Gegenstand, an dem sich die erfaßten Bursts reflektiert haben. Ein Nachteil einer solchen Vorrichtung besteht darin, daß der Signal-zu-Rausch-Abstand gering ist und Geräusche beliebiger Form Störungen in der Meßwerterfassung verursachen können.Usually Ultrasound bursts are transmitted via an ultrasound transmitter to be monitored Room sent and over an ultrasonic receiver any reflections captured again. The term that the radiated ultrasound bursts need to be transmitted from the transmitter over the to get the reflective object back to the receiver is a measure of the distance the device to the object on which the detected bursts have reflected. A disadvantage of such a device exists in that the signal-to-noise ratio is low and noises of any kind Form disturbances cause in the measured value acquisition can.

Alternativ kann auch eine kontinuierliche (CW: continuous wave) Ultraschallschwingung ausgesendet werden. In diesem Fall wird die wiederum über einen Ultraschallempfänger eingelesene reflektierte Schwingung mit der ursprünglich ausgesandten Ultraschallschwingung bezüglich ihrer Phasenlage verglichen. Aufgrund der kurzen Wellenlängen von Ultraschallschwingungen lassen sich hiermit allerdings nur geringe Abstände messen oder überwachen.alternative can also be a continuous (CW: continuous wave) ultrasonic vibration to be sent out. In this case, the turn will be over one ultrasonic receiver read reflected vibration with the originally emitted ultrasonic vibration in terms of compared to their phase position. Due to the short wavelengths of ultrasonic vibrations However, only small distances can be measured or monitored.

Die Druckschrift „Measuring by ultrasound" von R.J Redding in Electronics & Wireless World, 1988 befaßt sich mit Ultraschallmessungen. Es wird ein System dargestellt, in dem ein Frequenzmodulator einerseits Signale von einem Trägerfrequenzgenerator und von einem VCO empfängt und andererseits Signale über einen Sender in ein zu überwachendes Gebiet ausstrahlt. Die Signale werden von einem Empfänger wieder empfangen und nach einer Verstärkung und einer Demodulation einem Phasenkomparator zugeführt. Der Phasenkomparator erhält als zweites Eingangssignal ein Signal von dem VCO, und liefert ein Ausgangssignal an den VCO.The Publication "Measuring by ultrasound "by R.J Redding in Electronics & Wireless World, 1988 with ultrasound measurements. A system is shown in a frequency modulator on the one hand signals from a carrier frequency generator and receives from a VCO and on the other hand signals over a transmitter to be monitored Area radiates. The signals are from a receiver again received and after a reinforcement and a demodulation supplied to a phase comparator. Of the Phase comparator receives as second input signal, a signal from the VCO, and provides an output signal to the VCO.

In der Druckschrift FR 2 621 203 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, in der ein Ultraschallsender mit einem Referenzsignal angeregt wird. Die so erzeugte Ultraschallschwingung wird nach Reflexion an einem Medium wieder empfangen. Das empfangene Signal wird verstärkt, demoduliert, gefiltert und mit dem Referenzsignal korreliert.In the publication FR 2 621 203 A1 a device is described in which an ultrasonic transmitter is excited with a reference signal. The ultrasonic oscillation thus generated is received again after reflection on a medium. The received signal is amplified, demodulated, filtered and correlated with the reference signal.

In der Druckschrift GB 2 121 174 A wird eine Vorrichtung beschrieben, die es erlaubt, eine Distanz mittels Ultraschall zu bestimmen. Hierzu wird ein Trägersignal mit einem Audiosignal frequenzmoduliert. Das modulierte Signal regt einen Ultraschallsender dazu an, Ultraschallenergie zu übertragen. Ein Empfänger, der in einer zu bestimmenden Distanz angeordnet ist, empfängt die ausgestrahlte Energie wieder und führt sie einer Demodulation zu. Zur Bestimmung der Distanz vergleicht dann ein Phasenkomparator die resultierende Audiomodulation mit der übertragenen Audiomodulation.In the publication GB 2 121 174 A a device is described which allows to determine a distance by means of ultrasound. For this purpose, a carrier signal is frequency-modulated with an audio signal. The modulated signal excites an ultrasonic transmitter to transmit ultrasonic energy. A receiver, which is located at a distance to be determined, receives the radiated energy again and leads it to a demodulation. To determine the distance, a phase comparator then compares the resulting audio modulation with the transmitted audio modulation.

Die Druckschrift US 3 577 144 beschreibt ein System zum Erfassen von Entfernungen mittels akustischer oder elektromagnetischer Wellen. In diesem Fall wird ein sinusförmiges Signal ausgesendet, an einem Objekt reflektiert, wieder empfangen und ausgewertet.The publication US 3,577,144 describes a system for detecting distances by means of acoustic or electromagnetic waves. In this case, a sinusoidal signal is emitted, reflected on an object, received again and evaluated.

Die Druckschrift GB 2 043 899 beschreibt eine Ultraschallvorrichtung zum Erfassen von Inhomogenitäten in einem Medium. Ein moduliertes Trägersignal regt einen Ultraschallsender an, der eine entsprechende Ultraschallenergie in ein Medium aussendet. Die Energie wird an einer Inhomogenität in dem Medium reflektiert und von einem Ultraschallempfänger wieder empfangen. Das empfangene Signal wird demoduliert und über ein Flip-flop und ein Filter einer PLL zugeführt. Die PLL umfaßt einen Phasenkomparator und einen VCO. Das Ausgangssignal des VCO wird einerseits dem Takteingang des Flip-Flops zugeführt und andererseits als Modulationssignal genutzt.The publication GB 2 043 899 describes an ultrasonic device for detecting inhomogeneities in a medium. A modulated carrier signal excites an ultrasound transmitter, which emits a corresponding ultrasound energy into a medium. The energy is reflected from inhomogeneity in the medium and received back by an ultrasound receiver. The received signal is demodulated and fed via a flip-flop and a filter to a PLL. The PLL includes a phase comparator and a VCO. The output signal of the VCO is supplied on the one hand to the clock input of the flip-flop and on the other hand used as a modulation signal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschallsensoreinrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Erfassung von Gegenständen in großen Abständen mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis ermöglicht.Of the Invention is based on the object, an ultrasonic sensor device to disposal which allows the detection of objects at long intervals with a high signal-to-noise ratio.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen gelöst durch eine Ultraschallsensoreinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1. These Task is inventively on the one hand solved by an ultrasonic sensor device according to claim 1.

Zum anderen kann zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß eine Ultraschallsensoreinrichtung gemäß dem Patentanspruch 2 eingesetzt werden.To the others may be the solution the object according to the invention an ultrasonic sensor device according to the claim 2 are used.

Schließlich wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung eines Gegenstandes oder einer Person gemäß dem Patentanspruch 11. Finally, the task is erfindungsge moderately solved by a method for non-contact detection of an object or a person according to claim 11.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinrichtungen und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich mit ihnen Gegenstände oder Personen in größeren Abständen von der Ultraschallsensoreinrichtung erfassen lassen und gleichzeitig die Störung der erfaßten Schwingungen gering gehalten wird. Diese vorteilhafte Kombination wird dadurch erreicht, daß einerseits die Verwendung einer kontinuierlichen Ultraschallschwingung eingesetzt wird, durch die Frequenzmodulation aber andererseits die Auswertung bezüglich der wesentlich niederfrequenteren Modulationsschwingung bzw. der FSK-Modulation erfolgen kann. Durch die Verwendung einer kontinuierlichen Ultraschallschwingung kann lediglich ein kontinuierlicher Fremdschall im schmalbandigen Sendebereich der Anlage zu Störungen führen, so daß ein großer Signal-Störabstand gewährleistet ist. Die Auswertung im Niederfrequenzbereich bzw. die Auswertung der FSK-Modulation erlaubt dagegen die Erfassung von Gegenständen oder Personen in großen Abständen von der Ultraschallsensoreinrichtung. Bei Modulation mit einer niederfrequenten Schwingung ist der erfaßbare Bereich desto größer, je niederfrequenter die Modulationsschwingung ist. Das gleiche gilt für die Frequenz der Änderung der FSK-Modulationssignale.Of the Advantage of the ultrasonic sensor devices according to the invention and the method of the invention is that with them objects or persons at greater distances from let the ultrasonic sensor device detect and simultaneously the disorder the captured Vibrations is kept low. This advantageous combination is achieved by the one hand the use of a continuous ultrasonic vibration used on the other hand, the frequency modulation but on the other hand the evaluation in terms of the substantially lower frequency modulation oscillation or the FSK modulation can be done. By using a continuous Ultrasonic vibration can only be a continuous external sound lead in the narrowband transmission range of the system to interference, so that a large signal-to-noise ratio guaranteed is. The evaluation in the low frequency range or the evaluation the FSK modulation on the other hand allows the detection of objects or persons in large distances from the ultrasonic sensor device. When modulating with a low frequency Vibration is the detectable Range the bigger, ever lower frequency is the modulation oscillation. The same goes for for the frequency the change the FSK modulation signals.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinrichtungen und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Einsatz mehrerer Schallsender und mehrerer Schallempfänger mit einer Sende/Empfangs-Auswertelektronik ermöglicht wird. Ebenso können mehrerer unabhängiger Systeme mit versetzten Arbeitsbandbreiten parallel eingesetzt werden.One further advantage of the ultrasonic sensor devices according to the invention and the method of the invention is that the Use of several sound transmitters and several sound receivers with a transmission / reception evaluation electronics is enabled. Likewise, several can independent Systems with offset working bandwidths can be used in parallel.

Mit den beschriebenen Komponenten ist es möglich, auf einfache Weise die Modulationsfrequenz aus der reflektierten Ultraschallschwingung zurückzugewinnen.With The described components, it is possible to easily Recover modulation frequency from the reflected ultrasonic vibration.

Ebenso ist ein CWFM (Continuous Wave Frequency Modulation) Ultraschallverfahren möglich, in dem die Sendefrequenz als Frequency Shift Keying FSK ausgeführt ist. Demoduliert wird über einen Frequenzvergleicher. Im einfachsten Fall kann hierzu ein PLL-System genutzt werden. Die Regelstrecke wird durch den Ultraschallübertragungsweg gebildet. Die Auswertung erfolgt

1. über die Dauer einer Frequenzantwort bzw. Frequenzlaufzeit einer eingeprägten FSK-Modulation.
2. über die sich einstellende FSK-Oszillationsfrequenz, wenn der FSK-Modulator als freilaufender Schwingkreis entworfen wird. Dazu wird die Frequenzantwort zur Steuerung der FSK-Modulation genutzt.

Likewise, a CWFM (Continuous Wave Frequency Modulation) ultrasonic method is possible, in which the transmission frequency is designed as Frequency Shift Keying FSK. Demodulated is via a frequency comparator. In the simplest case, a PLL system can be used for this purpose. The controlled system is formed by the Ultraschallübertragungsweg. The evaluation takes place

1. over the duration of a frequency response or frequency delay of an embossed FSK modulation.
2. via the resulting FSK oscillation frequency, when the FSK modulator is designed as a free-running resonant circuit. For this, the frequency response is used to control the FSK modulation.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vor allem in der Erfassung von Objekten, wie für eine räumliche Überwachung, zu sehen. So kann beispielsweise ein unbefugtes Eindringen in einen überwachten Raum detektiert werden. Durch eine intelligente Elektronik können auch eingrenzbare und räumlich selektrierbare Auswertzonen für eine Überwachung gebildet werden, was beispielsweise für den Innenraumschutz von Cabrios oder für das Erkennung einer Beifahrersitzbelegung vorteilhaft sein kann.Of the Use of the ultrasonic sensor device according to the invention or the method according to the invention is mainly in the capture of objects, such as for spatial surveillance, to see. For example, an unauthorized intrusion into a monitored Room to be detected. By an intelligent electronics can also limited and spatial selectable evaluation zones for a surveillance be formed, which, for example, for the interior protection of convertibles or for the Detecting a passenger seat occupancy may be advantageous.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht darin, Abstandsmessungen durchzuführen. Zu diesem Zweck wird die funktionale Abhängigkeit der bestimmbaren Differenz der Phasenlagen zwischen der generierten Modulationsschwingung und der rückgewonnenen Modulationsschwingung von dem Abstand eines Gegenstandes von der Ultraschallsensoreinrichtung ausgewertet, während bei der Überwachungsfunktion bereits ein Überprüfen auf eine Änderung in der Phasendifferenz ausreicht.A further possible use is to perform distance measurements. For this purpose will be the functional dependence the determinable difference of the phase positions between the generated Modulation oscillation and the recovered Modulation vibration of the distance of an object from the Ultrasound sensor device evaluated while the monitoring function already checking for a change sufficient in the phase difference.

Weiterhin ist das CWFM-Verfahren vorteilhaft nutzbar, wenn man räumliche Änderungen eines Reflektors erfassen will (Stichwort: Beifahrersitzerkennung). Hierzu wird ein PLL-Regelkreis mit dem Ultraschallübertragungsweg aufgebaut. Änderungen der Regelstrecke werden zuverlässig und einfach an der Stellgröße des Regelkreises (hier Control Voltage der PLL) auswertbar.Farther The CWFM method is advantageously usable when making spatial changes of a reflector (keyword: passenger seat recognition). For this purpose, a PLL loop with the Ultraschallübertragungsweg built up. Changes in the Controlled system become reliable and simply on the manipulated variable of the control loop (here control voltage of the PLL) evaluable.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinrichtungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the ultrasonic sensor devices according to the invention go from the dependent claims out.

Die erste Alternative der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinrichtungen und das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigtThe first alternative of the ultrasonic sensor devices according to the invention and the method according to the invention will be with reference to an embodiment with reference closer to drawings explained. It shows

1: das Blockschaltbild einer Ultraschallsensoreinrichtung und 1 The block diagram of an ultrasonic sensor device and

2: das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinrichtung. 2 : The block diagram of an embodiment of an ultrasonic sensor device according to the invention.

In 1 ist eine Ultraschallsensoreinrichtung dargestellt, die zur Überwachung eines Raumes 1 eingesetzt wird. Bei aktivierter Einrichtung soll sich im Normalfall niemand in dem Raum 1 aufhalten. Wird dennoch eine Person in dem Raum 1 erfaßt, so ist dies als Störfall zu interpretieren.In 1 an ultrasonic sensor device is shown, which is used to monitor a room 1 is used. With activated device should itself Normally nobody in the room 1 stop them. Will still a person in the room 1 detected, this is to be interpreted as an accident.

Die Ultraschallsensoreinrichtung weist einen ersten Frequenzgenerator 2 auf, dessen Ausgang mit einem Ultraschallsender 3 verbunden ist. Ein ebenfalls in der Ultraschallsensoreinrichtung enthaltener Ultraschallempfänger 4 ist über einen Diskriminator 5 mit einem Phasenkomparator 6 verbunden. Schließlich ist ein zweiter Frequenzgenerator 7 vorgesehen, der über seinen Ausgang Zugang sowohl zu dem ersten Frequenzgenerators 2 als auch zu dem Phasenkomparator 6 hat.The ultrasonic sensor device has a first frequency generator 2 on, whose output with an ultrasonic transmitter 3 connected is. An ultrasonic receiver also contained in the ultrasonic sensor device 4 is about a discriminator 5 with a phase comparator 6 connected. Finally, a second frequency generator 7 provided, via its output access to both the first frequency generator 2 as well as to the phase comparator 6 Has.

Die Funktionsweise der Ultraschallsensoreinrichtung aus 1 ist die folgende:
Der erste Frequenzgenerator 2 generiert eine Ultraschallschwingung mit einer Frequenz von 40 kHz. Der zweite Frequenzgenerator 2 generiert eine Modulationsschwingung mit einer Frequenz von 200 Hz. Die Ultraschallschwingung wird mit der Modulationsschwingung frequenzmoduliert und dem Ultraschallsender 3 zur Verfügung gestellt. Der Ultraschallsender 3 sendet den modulierten Ultraschall als kontinuierliche Welle CW in den zu überwachenden Raum 1.The functioning of the ultrasonic sensor device 1 is the following:
The first frequency generator 2 generates an ultrasonic vibration with a frequency of 40 kHz. The second frequency generator 2 generates a modulation oscillation with a frequency of 200 Hz. The ultrasonic oscillation is frequency-modulated with the modulation oscillation and the ultrasonic transmitter 3 made available. The ultrasound transmitter 3 sends the modulated ultrasound as a continuous wave CW in the space to be monitored 1 ,

Die Ultraschallschwingung wird im Normalfall an einer Wand des Raumes 1 oder an einem stationären Gegenstand in dem Raum 1 zu der Ultraschallsensoreinrichtung zurückreflektiert und dort von dem Ultraschallempfänger 4 empfangen. Befindet sich jedoch eine Person in dem Sendebereich des Ultraschallsenders 3 zwischen der Ultraschallsensoreinrichtung und dem eigentlichen Reflexionsort in dem Raum, so wird die Schwingung bereits an dieser Person reflektiert und zur Ultraschallsensoreinrichtung zurückgestrahlt, wodurch sich die Weglänge der Schwingung vom Ultraschallsender 3 über den Reflexionsort zum Ultraschallempfänger 4 verkürzt.The ultrasound vibration is normally on a wall of the room 1 or on a stationary object in the room 1 is reflected back to the ultrasonic sensor device and there by the ultrasonic receiver 4 receive. However, if a person is in the transmission range of the ultrasonic transmitter 3 between the ultrasonic sensor device and the actual reflection location in the room, the oscillation is already reflected on this person and reflected back to the ultrasonic sensor device, whereby the path length of the oscillation from the ultrasonic transmitter 3 via the reflection site to the ultrasonic receiver 4 shortened.

Der Diskriminator 5, der von dem Ultraschallempfänger 4 die erfaßte Ultraschallschwingung erhält, ermöglicht die Rückgewinnung der Modulationsschwingung mit 200 Hz aus dem reflektierten Ultraschallschwingung.The discriminator 5 that of the ultrasound receiver 4 receives the detected ultrasonic vibration, enables the recovery of the modulation vibration at 200 Hz from the reflected ultrasonic vibration.

Dem Phasenkomparator 6 wird nun einerseits von dem Diskriminator 5 die aus der reflektierten Ultraschallschwingung rückgewonnene Modulationsschwingung und andererseits von dem zweiten Frequenzgenerator 7 die generierte Modulationsschwingung zugeführt.The phase comparator 6 is now on the one hand by the discriminator 5 the modulation oscillation recovered from the reflected ultrasonic vibration and, on the other hand, the second frequency generator 7 supplied the generated modulation oscillation.

In dem Phasenkomparator 6 erfolgt ein Vergleich der Phasenlagen der beiden Schwingungen. Die im störungsfreien Fall zu erwartende Phasendifferenz ist im Phasenkomparator 6 aufgrund von vorangegangenen Messungen bekannt.In the phase comparator 6 a comparison of the phase angles of the two oscillations takes place. The phase difference to be expected in the fault-free case is in the phase comparator 6 known from previous measurements.

Entspricht die ermittelte Phasendifferenz der erwarteten Phasendifferenz, so wird kein Signal vom Phasenkomparator 6 ausgegeben, oder aber ein Signal S, das besagt, daß keine Störung vorliegt. Wird dagegen eine Phasendifferenz festgestellt, die von der erwarteten Phasendifferenz abweicht, so wird ein Signal S ausgegeben, die eine Störung in dem zu überwachenden Raum 1 signalisiert. Dieses Signal S kann dann beispielsweise zur Auslösung eines Alarms eingesetzt werden.If the determined phase difference corresponds to the expected phase difference, then no signal from the phase comparator 6 issued, or a signal S, which states that there is no interference. If, on the other hand, a phase difference is detected which deviates from the expected phase difference, a signal S is output which indicates a fault in the space to be monitored 1 signaled. This signal S can then be used, for example, to trigger an alarm.

Durch die Auswertung der Phasenlagen der Modulationsschwingungen, die eine Frequenz von 200 Hz aufweisen, ist die Überwachung von 20-fach größeren Distanzen möglich, als dies bei der Auswertung der Phasenlage der Ultraschallschwingung mit 40 kHz selber wäre.By the evaluation of the phase positions of the modulation oscillations, the have a frequency of 200 Hz, is the surveillance of 20 times greater distances possible, as this in the evaluation of the phase position of the ultrasonic vibration with 40 kHz itself would be.

2 stellt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinrichtung zur Überwachung eines Raumes 1 dar, in dem eine konkrete Möglichkeit zur Rückgewinnung der Modulationsschwingung aus der reflektierten und erfaßten Ultraschallschwingung aufgezeigt wird. 2 shows an embodiment of an ultrasonic sensor device according to the invention for monitoring a room 1 in which a concrete possibility for the recovery of the modulation oscillation from the reflected and detected ultrasonic vibration is shown.

Die Ultraschallsensoreinrichtung des Ausführungsbeispiels weist wiederum einen ersten Frequenzgenerator 2 zur Erzeugung einer Ulraschallschwingung mit 40 kHz, einen Ultraschallsender 3, einen Ultraschallempfänger 4, einen Phasenkomparator 6 und einen zweiten Frequenzgenerator 7 zur Erzeugung einer Modulationsschwingung mit 200 Hz auf.The ultrasonic sensor device of the embodiment in turn has a first frequency generator 2 for generating a 40 kHz ultrasonic oscillation, an ultrasonic transmitter 3 , an ultrasound receiver 4 , a phase comparator 6 and a second frequency generator 7 for generating a modulation oscillation at 200 Hz.

Die Verbindung dieser Komponenten untereinander ist die gleiche wie die in der Ultraschallsensoreinrichtung aus 1. Anstelle eines Diskriminators 5 ist hier jedoch dem Ultraschallempfänger 4 ein Bandpaß 8 nachgeschaltet, dessen Ausgang über einen Mischer 9 und einen Tiefpaß 10 an dem Phasenkomparator 6 anliegt. Ein zweiter Eingang des Mischers 9 ist mit einem zusätzlich vorhandenen dritten Frequenzgenerator 11 verbunden, der eine Schwingung mit einer Frequenz von 39,8 kHz zur Verfügung stellt. Die einstellbare Frequenz von 39,8 kHz bildet dabei die Differenz der Frequenz der von dem ersten Frequenzgenerator 2 generierten Schwingung mit 40 kHz und der Frequenz der von dem zweiten Frequenzgenerator 7 generierten Schwingung mit 200 Hz.The connection of these components with each other is the same as that in the ultrasonic sensor device 1 , Instead of a discriminator 5 Here is the ultrasonic receiver 4 a bandpass 8th downstream, whose output via a mixer 9 and a low pass 10 at the phase comparator 6 is applied. A second input of the mixer 9 is with an additional third frequency generator 11 connected, which provides a vibration with a frequency of 39.8 kHz. The adjustable frequency of 39.8 kHz forms the difference of the frequency of the first frequency generator 2 generated vibration at 40 kHz and the frequency of the second frequency generator 7 generated vibration at 200 Hz.

Die prinzipielle Funktionsweise der Ultraschallsensoreinrichtung aus 2 bezüglich der Erzeugung, Aussendung und Wiedererfassung einer frequenzmodulierten Ultraschallschwingung entspricht der Funktionsweise der Ultraschallsensoreinrichtung aus 1, so daß hier nur die den Diskriminator 6 ersetzenden Komponenten beschrieben werden brauchen.The basic mode of operation of the ultrasonic sensor device 2 With regard to the generation, transmission and re-detection of a frequency-modulated ultrasonic oscillation corresponds to the operation of the ultrasonic sensor device 1 so here's just the discriminator 6 replacement components need to be described.

Die empfangene modulierte und reflektierte Ultraschallschwingung wird in diesem Ausführungsbeispiel nach einer Bandpaßfilterung auf den Mischer 9 gegeben. Die von dem dritten Funktionsgenerator 11 generierte Ultraschallschwingung von 39,8 kHz wird ebenfalls dem Mischer 9 zugeführt. Die Mischung der zwei Signale in dem Mischer 9 liefert eine Schwingung, die sich zusammensetzt aus einer Schwingung mit einer Frequenz von 200 Hz (= 40 kHz – 39,8 kHz) und einer Schwingung mit einer Frequenz von 79,8 kHz (= 40 kHz + 39,8 kHz). Nach einer Tiefpaßfilterung mit dem Tiefpaß 10 verbleibt somit eine Schwingung mit einer Frequenz von 200 Hz, die die Phasenlage der Modulation der reflektierten Ultraschallschwingung aufweist.The received modulated and reflected ultrasonic vibration in this embodiment after a bandpass filtering on the mixer 9 given. That of the third function generator 11 generated ultrasonic vibration of 39.8 kHz is also the mixer 9 fed. The mix of the two signals in the mixer 9 provides a vibration that consists of a vibration with a frequency of 200 Hz (= 40 kHz - 39.8 kHz) and a vibration with a frequency of 79.8 kHz (= 40 kHz + 39.8 kHz). After a low-pass filtering with the low-pass filter 10 Thus, there remains an oscillation with a frequency of 200 Hz, which has the phase position of the modulation of the reflected ultrasonic vibration.

Der Vergleich der Phasenlage dieser aus dem Mischer 9 erhaltenen Schwingung mit der von dem zweiten Frequenzgenerator 7 direkt zur Verfügung gestellten Schwingung und eine davon abhängige Signalausgabe erfolgt wieder analog zu der Ultraschallsensoreinrichtung aus 1.The comparison of the phase position of these from the mixer 9 obtained vibration with that of the second frequency generator 7 directly provided oscillation and a dependent signal output takes place again analogous to the ultrasonic sensor device 1 ,

Claims

An ultrasonic sensor device comprising - an ultrasonic frequency generator ( 2 ) for generating a continuous ultrasonic vibration of a predetermined ultrasonic frequency, - a modulation frequency generator ( 7 ) for generating a low-frequency modulation oscillation of a predetermined frequency, - an ultrasonic transmitter ( 3 ) for emitting the frequency-modulated with the modulation oscillation ultrasonic vibration, - an ultrasonic receiver ( 4 ) for receiving the reflected vibration, - means ( 5 ; 8th - 11 ) for recovering the modulation oscillation from the received oscillation with a signal to the ultrasonic receiver ( 4 ) subsequent bandpass ( 8th ), a third frequency generator ( 11 ) for generating a frequency based on the difference between that of the ultrasonic frequency generator ( 2 ) and the frequency generated by the modulation frequency generator ( 7 ) generated frequency is set to a mixer ( 9 ) for mixing the bandpass filtered received oscillation with that of the third frequency generator ( 11 ) generated vibration and a mixer ( 9 ) downstream low-pass filter ( 10 ) whose output signal forms the recovered modulation oscillation, - a phase comparator ( 6 ) for comparing the phase position of the modulation frequency generator ( 7 ) generated from the modulation of the ultrasound receiver ( 4 ) received modulation signal and output means for outputting a signal in dependence on the difference of the phase positions.

Ultrasonic sensor device comprising - Medium for generating an FSK-modulated ultrasonic vibration, - one Ultrasonic transmitter for transmitting the FSK-modulated ultrasonic vibration, - one ultrasonic receiver for receiving the reflected vibration, - one Frequency comparator for demodulating the received oscillation, - Medium for evaluating the recovered FSK modulation signal in relation to that for the modulation modulation signal, and - output means to output a signal in dependence from the result of the evaluation.

Ultrasonic sensor device according to claim 2, characterized characterized in that as Frequency comparator a phase-locked loop system is used in the controlled system is formed by the Ultraschallübertragungsweg.

Ultrasonic sensor device according to claim 2 or 3, characterized in that the Means for evaluating the recovered FSK modulation signal are suitable, the duration of a frequency response or, the frequency delay the embossed FSK modulation To determine.

Ultrasonic sensor device according to claim 2 or 3, characterized in that for the means for Generating an FSK-modulated ultrasonic vibration as a free-running Comprise resonant circuit formed FSK modulator, wherein the FSK modulation is controllable by the frequency response, and that the means of evaluation of the recovered FSK modulation signal are suitable, the adjusting FSK oscillation frequency capture.

Ultrasonic sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality Ultrasonic transmitter and several ultrasonic receivers with the transmission / reception evaluation electronics are connected.

Ultrasonic sensor device according to one of the preceding claims, characterized by the use of intelligent electronics for spatial confinement and / or selection of evaluation zones, such as for an interior protection of a Convertibles or a passenger seat recognition.

Ultrasonic sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the Reception amplitude is evaluated.

Phase-locked loop in which a ultrasound transmission path of an ultrasonic sensor according to one of the preceding claims is included as a controlled system, for detecting spatial changes ei Reflector, with changes in the controlled system to the manipulated variable of the control loop can be evaluated.

Use of a plurality of independent ultrasonic sensor devices according to one of the preceding claims 1-8 in spatial proximity to each other, wherein for the individual Ultrasonic sensor devices provided offset working bandwidths are.

Method for the contactless detection of a Object or a person comprising the following steps: - To generate a continuous ultrasonic vibration and a low-frequency Vibration, - Frequency modulation the ultrasonic vibration with the low-frequency vibration, - send out the modulated ultrasonic vibration in the region of interest, - To capture the reflected modulated ultrasonic vibration, - recovering the modulation oscillation from the detected, reflected ultrasonic oscillation, by the detected Ultrasonic vibration bandpass filtered and then mixed with a frequency that is the difference between the frequencies of the generated ultrasonic vibration and the generated low-frequency oscillation, where the mixed oscillation after a low-pass filtering as recovered Modulation oscillation available is provided; - To compare the phase position of the recovered modulation oscillation with the phase position of the generated modulation oscillation and - Output a signal in dependence from the result of the comparison of the phase positions.