CN101384101B - 超声波传感器及使用超声波传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有一个承载元件、一个膜片及一个与膜片连接的执行机构的超声波传感器，其中，在承载元件与膜片之间设有一个变薄区域，用于允许膜片的振动，其中膜片被埋入在承载元件中。本发明还涉及使用一个超声波传感器来测量离一个传感器有间距的物体的距离和/或确定所述物体的形状及特性的方法。

Description

超声波传感器及使用超声波传感器的方法

发明内容

本发明涉及具有一个承载元件、一个膜片及一个与膜片连接的执行机构的超声波传感器，其中在承载元件及膜片中设有一个变薄区域，用于使得膜片能够振动。本发明还涉及使用超声波传感器的方法。

背景技术

由现有技术公开了超声波传感器。这些超声波传感器被使用在机动车中，以便确定到物体的距离。

例如由US 6 639 339 B1公开了一种超声波传感器。其中一个膜片被支承在一个多细孔的层结构上及设有金属的电极。在膜片与多细孔的层结构之间具有一个间距。在此，膜片平放在多细孔的层结构上及以传统的方式与其相连接。多细孔的层结构本身与一个承载结构相连接。在一个专门的实施形式中，在膜片与多细孔的层结构之间具有一个间隔元件。

由现有技术公开的超声波传感器-也被称为超声振子-具有其缺点，即它仅仅窄带地发挥功能，也就是说，它仅以一个确定的窄的频率范围发射地起作用。虽然由于相应的激励在使用压电式超声波传感器时可利用整数倍的固有频率，但不可能操作一个宽的频率范围。压电式超声波传感器具有一个膜片，在膜片上设置一个压电元件。该压电元件通常被粘接上。虽然压电元件具有其优点，即由于电激励可非常快地产生运动，然而这种压电元件非常脆。在强压力时，尤其是在突然出现的强压力、如由一个冲击引起的强压力时，该脆的压电元件通常会破裂，这将导致这种超声波传感器的完全失效。

发明内容

因为现有的超声波传感器在通常情况下被安装在一个机动车的保险杠(Stossfaenger)中，因此在一个强的撞击时会使压电式超声波传感器损坏。

本发明的超声波传感器可以作到检测物体的形状及性能，以致可在一个泊车系统中模拟出一个复杂的周围环境。由此可大大改善地控制机动车的泊入及泊出过程。

这将通过以下方案来解决，即，提出了一种超声波传感器，具有一个承载元件，一个膜片及一个与膜片连接的执行机构，其中在承载元件与膜片之间设有一个变薄区域，使得膜片的振动成为可能，其中，该膜片被埋入在承载元件中。

此外，还提出了一种使用上述方案的超声波传感器来测量离一个传感器有间距的物体的距离和/或确定所述物体的形状及特性的方法。

通过使膜片埋入在承载元件中，在承载元件的后面得到一个可被执行机构利用的大的区域。在将承载元件安装在机动车上时，尤其是当承载元件被构造为缓冲器或保险杠时，执行机构可被安装在向着机动车的一侧上，以致它被保护以防止撞击。

在下面给出了本发明的有利的实施形式并且在下面对其详细地进行说明。

有利的是，执行机构包括一个具有铁磁性的铁心的线圈，其中，铁磁性的铁心与膜片形成这样的作用关系，即，铁磁性的铁心的运动引起膜片的运动。执行机构被构造成具有铁磁性的铁心的线圈，虽然需要比压电式元件更多的结构空间，但稳固得多。此外，可与执行机构的固有频率无关地发射超声波传感器的不同频率。通过相应的构型将不必使用一个谐振振荡器，该谐振振荡器仅可在超声波传感器中引起固有频率的整数倍。

为了使执行机构的运动几乎无损耗地传递到膜片上，有利的是，铁磁性的铁心与膜片相连接，优选通过一个金属板相连接。使用一个金属板使得可以重新使用在成本上有利的结构材料，这些结构材料的使用寿命也特别长。

当变薄区域通过开设在承载元件中的一些槽来产生时，则可根据所需的程度来调节膜片的振动。在此，不仅变薄区域的制造可成本特别有利地实现，而且可在公知的多种现有工具的辅助下进行。

如果这些槽被设置在承载元件的上面及底面上，这些槽优选为半圆形或圆形，用于实现圆对称的辐射特性(Abstrahlcharakteristik)，则可用对称方式将变薄区域的厚度简单地调节到一个预定的值上。

另一有利的实施例这样来实现，即这些槽被构造在承载元件的上面及底面上，这些槽优选为圆形，用于实现圆对称的辐射特性。

如果膜片及承载元件由一个整体部件组成，可明显地减小加工时间。

此外有利的是，在膜片与承载元件之间环形围绕膜片地至少设有使膜片与承载元件去耦合的去耦合元件，这些去耦合元件阻止固体声由膜片传递到承载元件上或相反地传递。在此，抑制了承载元件的不希望有的振动。

如果去耦合元件由橡胶组成及优选为橡胶缓冲器，则去耦合元件可在成本上特别有利地被制造。

如果承载元件是一个机动车的优选由塑料成型的缓冲器或保险杠时，则可不使用附加的部件，这使制造时间缩短及提高维护方便性。

相应的优点也可通过用一个超声波传感器来测量离一个传感器有间距的物体的距离和/或确定所述物体的形状及特性的方法来得到，该超声波传感器具有一个承载元件、一个膜片及一个与膜片连接的执行机构，其中在承载元件与膜片之间设有一个变薄区域，用于使得膜片的振动成为可能，其中膜片被埋入在承载元件中。由此在提供更精确的测量结果的方法中可使用一个更稳固的、长工作寿命的超声波传感器。

附图说明

本发明将借助一个附图来详细地说明。附图中表示：

图1：一个超声波传感器的概要视图，该超声波传感器是用于机动车的一个缓冲器或保险杠的一部分。

具体实施方式

图1示出具有一个承载元件2及一个膜片3的超声波传感器1。在此，承载元件2被构造成一个机动车的保险杠。膜片3在所有侧上被一个变薄区域4包围。该变薄区域4具有半圆形或圆形的凹部5，这些凹部也被称为槽。

凹部5在承载元件2的上侧及下侧上或在承载元件2的两侧的仅一侧上被开设在该承载元件中。在这些凹部5之间存在桥接部6。在变薄区域4的远离膜片的一侧上，在承载元件2中设有一个阻尼元件。该阻尼元件被构造成去耦合元件7。在此，该去耦合元件7例如为空心柱形的及这样地构成，使得变薄区域4及膜片3位于该空心柱体的内部，所述空心柱形及空心柱体也可为空心圆柱形及空心圆柱体。但也可以是，两个去耦合元件7使所述承载元件2的一个区域与该余下的承载元件2这样地完全分隔开，以致这两个变薄区域4及所述膜片3处于这些去耦合元件7的内部。在此也可以是，这些变薄区域4彼此分开地构造，以致所述膜片3从该承载元件2的一个端部延伸到另一端部，即在该剖切平面中从前面或后面延伸到后面或前面。

在将承载元件2装配在机动车上时，值得期望的是，膜片3指向外部及一个执行机构8被安装在承载元件2与该机动车的底盘之间。执行机构8包括一个线圈9及一个铁磁性的铁心10。该铁磁性的铁心10相对线圈9可运动。在图示实施例中，该铁磁性的铁心10沿箭头A可这样地运动，以致铁心10被构造成可移入线圈9中并且也可由该线圈移出，这视电能的施加而定。铁磁性的铁心10与一个金属板11相连接。也可使用由其它材料、如硬的塑料制成的板。通过该金属板11将运动能量再传送给膜片3。

在本实施例中，在一个保险杠的外表中插入一个塑料部件。在本例中该塑料部件被成型为承载元件2。

在根据图1的实施例中，在承载元件2的两侧上各构造有一个变薄区域4，但也可以是，该变薄区域4仅被设置在承载元件的一侧上，即在膜片的左侧及右侧上在承载元件的底面或承载元件的上面上。由此可作到：对于一个从保险杠外部来看它的观察者而言不能看到该变薄区域4的结构。

图1中的膜片3可在箭头方向A上向上或向下地运动。由此可借助该结构同时发送多个音调(

)，并且此外还可对这些音调在其频率上调制。因此得到了一个超声波传感器，借助它可部分地复制出一个蝙蝠的声发射。此外，该超声波传感器具有一些稳固的机械特性，并且与具有膜片及粘接上的压电元件的传统超声波传感器的情况相比，可好得多地被保护以防碎石撞击引起损坏的危险。并且可以使用约120dB的高声压及同时发送三个谐波、即在例如三倍频程(Oktaven)上的信号。

此外也可以，在啾声信号的意义上调制发送的信号，其方式是，首先发射一个CF-FM信号，该CF-FM信号然后在其频率上被调制。对于CF-FM信号应理解为所谓的恒频的频率调制信号。通过这种超声波换能器可实现宽带的激励，它使得可以根据形状及特性、尤其是根据密度来分类多层次的系统。作为啾声信号的背景可参考文献DE 4 232 254 A1。

此外，通过频率偏移可推断出被检测物体的形状，其中，通过不同的频率可以得出属于障碍的物体的特性。

通过执行机构8的电激励，尤其通过铁心10在线圈9中的运动，可产生膜片3的运动，这导致声信号、尤其是超声波信号的发射。它的回波可通过合适的传感器来接收及借助传播时间的确定可确定出到物体的距离。

Claims (12)

1.超声波传感器（1），具有一个承载元件（2），一个膜片（3）及一个与膜片（3）连接的执行机构（8），其中在承载元件（2）与膜片（3）之间设有一个变薄区域（4），使得膜片（3）的振动成为可能，其中，该膜片（3）被埋入在承载元件（2）中，执行机构（8）包括一个具有铁磁性的铁心（10）的线圈（9），其中，该铁心（10）与膜片（3）处于作用关系，使得所述铁心（10）的运动引起膜片（3）的运动，其特征在于，所述铁心（10）通过一个金属板（11）与膜片（3）相连接。

2.根据权利要求1的超声波传感器（1），其特征在于，变薄区域（4）通过开设在承载元件（2）中的槽来产生。

3.根据权利要求2的超声波传感器（1），其特征在于，所述槽被构造在承载元件（2）的上面及底面上。

4.根据权利要求3的超声波传感器（1），其特征在于，所述槽被构造为半圆形，用于通过在垂直方向压缩的发射区域来实现可选择的辐射特性以避免地面回波。

5.根据权利要求3的超声波传感器（1），其特征在于，所述槽被构造为圆形，用于实现圆对称的辐射特性。

6.根据权利要求1至5中一项的超声波传感器（1），其特征在于，膜片（3）及承载元件（2）由一个整体部件组成。

7.根据权利要求1至5中一项的超声波传感器（1），其特征在于，在膜片（3）与承载元件（2）之间在膜片（3）两侧设有使膜片（3）与承载元件（2）去耦合的去耦合元件（7），所述去耦合元件阻止固体声由膜片（3）传递到承载元件（2）上或相反地传递。

8.根据权利要求7的超声波传感器（1），其特征在于，去耦合元件（7）由橡胶组成。

9.根据权利要求1至5中一项的超声波传感器（1），其特征在于，承载元件（2）是一个机动车的保险杠。

10.根据权利要求7的超声波传感器（1），其特征在于，所述去耦合元件（7）为橡胶缓冲器。

11.根据权利要求9的超声波传感器（1），其特征在于，所述保险杠由塑料成型。

12.用于使用根据权利要求1至11中一项的超声波传感器的方法，用于测量离一个传感器有间距的物体的距离或者用于确定所述物体的形状及特性或者用于测量所述物体的距离和确定所述物体的形状及特性。