CN105103005B

CN105103005B - 尤其是作为泊车辅助的、借助超声波测量的方法，以及超声波测量系统

Info

Publication number: CN105103005B
Application number: CN201480020246.3A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬妮·霍佩考森; 吉多·斯科劳曼; 安德烈·施密特; 埃格伯特·斯皮格尔; 罗伯特·布兰茨
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmers semiconductor Europe
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: EP2984503B1; EP2984503A1; WO2014166835A1; CN105103005A

Abstract

在一种用于借助超声波测量的方法、尤其是作为车辆的泊车辅助的方法中，在发射间隔的持续时间上借助特别的脉冲序列控制信号控制具有震荡元件(14)的电声超声波转换器(12)，该电声转换器在其输入端没有电压转换器(54，56)地被驱动，用于产生超声波。随着超声波转换器(12)的控制的结束，在发射间隔后连接有接收间隔，其中超声波转换器(12)的震荡元件(14)在随着发射间隔的结束而开始的衰减震荡阶段期间衰减震荡。超声波转换器(12)最迟从衰减震荡阶段开始时连接有至少一个抑制电阻(50)用于缩短该衰减震荡阶段。当超声波转换器(12)的输出信号、或者与超声波转换器(12)连接的测量放大器(58)的输出信号、或者设置在其后的电路(70)的输出信号低于可预先给定的去激活阈值时，结束超声波转换器(12)与抑制电阻(50)的连接。随后在接收间隔期间，能够探测在之前的发射间隔中发出的超声波的至少一个回声或者其他超声波。随着发射间隔的结束和/或随着接收间隔的开始，才将超声波转换器(12)与抑制电阻(50)连接。

Description

尤其是作为泊车辅助的、借助超声波测量的方法，以及超声波测量系统

本发明涉及一种用于借助超声波测量的方法，尤其是具有优选用于车辆泊车辅助的距离测量的形式。此外，本发明涉及一种超声波测量系统，其特别适于作为车辆的泊车辅助装置。

超声波测量系统尤其是用于距离测量或者间距测量。这种超声波测量系统的重要应用领域是其作为车辆泊车辅助的应用。

一般而言适用的是，在超声波测量系统中，超声波发射器发射超声波，当超声波遇到障碍物时被其反射，并且被超声波接收器接收。基于在超声波发射和超声波回声的接收之间的传播时间，于是可以推断出障碍物至超声波发射器或接收器的距离。然而，超声波测量系统也用于监视空间和用于探测所监视的空间中停留的人员。

为了能够可靠地探测来自布置在更远处的物体的回声信号，所发射的超声波的能量应当足够大。因此，这种超声波系统的电声超声波转换器在输入端以变压器或者电压转换器来驱动。然而，由此提高了超声波转换器的制造成本，这尤其是在车辆泊车辅助装置的情况下是不利的，因为这种泊车辅助装置通常包括多个超声波转换器。

超声波测量系统例如可以具有超声波发射器和超声波接收器，其构建为分离的单个部件。然而在降低位置需求和更小的成本方面，明显更为有利的是，使用如下超声波转换器，其在发射间隔中作为超声波发射器工作，而在发射间隔之后的接收间隔中作为超声波接收器工作。在发射间隔内，超声波转换器尤其是借助突发-控制信号来控制，由此，将超声波转换器的电声震荡元件置于震荡中并且由此进行激励。而在该控制结束之后，震荡元件首先逐渐停止震荡。在该时间期间，来自布置于超声波转换器附近的物体的回声不能被可靠地检测，使得借助前面提及类型的超声波转换器难以在邻近区域中进行测量。

已知的是，为了缩短超声波转换器的衰减震荡时间而对其震荡元件进行抑制(参见EP-B-0 571 566，EP-B-0 623 395，WO-A-2012/163598，US-B-6 731 569和GB-A-2 483337)。为此，在根据DE-A-36 02 857的超声波转换器情况下接入电阻，更确切地说，在发射间隔内已经接入。

根据DE-A-10 2009 027 221和DE-A-10 2010 039 017，震荡元件被施加以一个或者多个抑制脉冲。

带有测量放大器的能够可变调节的放大因数的超声波探测装置由US-A-5 212467已知。

本发明的任务是，提出一种用于超声波测量的方法以及一种超声波测量系统，其可以成本低廉地以仅仅低的硬件开销来实现。

为了解决该任务，借助本发明提出了一种用于借助超声波测量的方法，尤其是作为车辆的泊车辅助，其中：

-在发射间隔的持续时间上借助特别的脉冲序列控制信号控制具有震荡元件的电声超声波转换器，该电声转换器在其输入端没有电压转换器地被驱动，用于产生超声波，

-随着超声波转换器的控制的结束，在发射间隔后连接有接收间隔，其中超声波转换器的震荡元件在随着发射间隔的结束而开始的衰减震荡阶段期间衰减震荡，

-超声波转换器最迟从衰减震荡阶段开始时连接有至少一个抑制电阻用于缩短该衰减震荡阶段，

-当超声波转换器的输出信号、或者与超声波转换器连接的测量放大器的输出信号、或者设置在其后的电路的输出信号低于可预先给定的去激活阈值时，结束超声波转换器与所述抑制电阻的连接，以及

-随后在接收间隔期间可以探测在之前的发射间隔中发出的超声波的至少一个回声或者其他超声波，

-其中随着发射间隔的结束和/或随着接收间隔的开始，才将超声波转换器连接以抑制电阻。

根据本发明，前面提及的任务此外借助一种超声波测量系统来解决，该超声波测量系统尤其是适于作为车辆的泊车辅助装置，并且设置有：

-具有震荡元件的、无电压转换器的超声波转换器，其能够任选地作为超声波发射器和作为超声波接收器来工作，并且具有至少一个用作输入端或用作输出端的信号端子，以及

-与超声波转换器的至少一个信号端子连接的控制和分析单元，用于在发射间隔期间针对作为超声波发射器的运行而激励超声波转换器的震荡元件以发射超声波，以及用于在接收间隔期间针对作为超声波接收器的运行而随后将超声波转换器的震荡元件的激励去激活以接收超声波，以及用于处理在超声波转换器的至少一个信号端子上的信号，其中震荡元件在其激励结束之后在衰减震荡期间从接收间隔的开始起衰减震荡，

-其中控制和分析单元为了缩短震荡元件的衰减震荡阶段而具有至少一个可接通的抑制电阻，其能够连接到超声波转换器的所述至少一个信号端子上，更确切地说，通过控制和分析单元来控制并且随着发射间隔的结束和/或随着接收间隔的开始而进行，

-其中超声波转换器的输出信号的大小、或者测量放大器的输出信号的大小、或者控制和分析单元的布置在测量放大器之后的电路的输出信号的大小至少从衰减震荡阶段的开始起与可预先给定的去激活阈值比较，以及

-其中当输出信号小于或者等于去激活阈值时，控制和分析单元终止抑制电阻至超声波转换器的所述至少一个信号端子的连接。

本发明基于电声超声波转换器的使用，该超声波转换器在其输入端没有电压转换器或者变压器地工作。该超声波转换器具有震荡元件，其在发射间隔期间被激励为震荡，即用作执行器，并且由此发出超声波，并且在随后的接收间隔中针对接收到的超声波做出反应并且被激励，即用作传感器。在这种超声波转换器的情况下重要的是，其具有尽可能小的衰减震荡阶段。为了缩短该衰减震荡阶段，根据本发明提出的是，对超声波转换器的在接收阶段期间用作输出端的至少一个信号端子加载或者连接以抑制电阻。抑制电阻应当最迟随着衰减震荡阶段开始而被连接，并且根据本发明，当超声波转换器的输出信号或者与超声波转换器连接的测量放大器的输出信号或者布置在其后的电路的输出信号低于可预先给定的去激活阈值时，抑制电阻被“去激活”。

通过以阶段方式接通抑制电阻或者类似的对欧姆电阻的调制(其例如作为内阻是超声波测量系统或者超声波测量方法的控制和分析单元的组成部分)，实现了减小衰减震荡阶段的持续时间。由此，从发射间隔结束开始的、缩短的时间之后，震荡元件可以用作针对回声或者类似的超声波的传感器，由此超声波测量系统和超声波测量方法可以有利地用于邻近区域。

根据本发明，随着发射间隔的结束和/或随着接收间隔的开始，超声波转换器才与抑制电阻连接，更确切地说，尤其是通过超声波转换器的信号输出端与地的电连接来进行。换而言之，在此于是设计的是，在测量放大器的输出信号或者超声波电阻的输出信号低于可预先给定的去激活阈值之后，抑制电阻才又在跟随接收间隔的下一个发射间隔之后的衰减震荡阶段的开始连接到超声波转换器。超声波转换器与抑制电阻的这种仅仅有时的连接允许的是：在发射间隔期间(在该发射间隔内抑制电阻与控制路径分离)，超声波转换器被提供最大可用的发射能量，因为避免了任何的次级路径并且由此发射能量基本上仅仅(即除了在电路或者超声波转换器的其他部件中小的潜在的损耗)对于震荡元件可用。

在此要强调的是，在本发明的意义中，“抑制电阻”一般地意指一种具有电(阻)导体或者导电的(电阻)传导路径的部件，其二者形成欧姆电阻。例如，抑制电阻可以是一种电阻部件或者一种电子部件，其带有能够通过控制信号控制的、具有可变欧姆电阻的传导路径，例如在晶体管的情况下那样。通过可以将超声波转换器的输出端与欧姆电阻的连接根据本发明地激活和去激活，欧姆电阻就此而言可以调制。该电阻调制就此而言是本发明的一个方面。晶体管或者能够通过控制信号形成(理想情况下在0和∞之间)可调节欧姆电阻的其他电子部件是适合的，因为超声波转换器通过抑制电阻的连接的激活和去激活在电路技术上可以通过同一个电部件来实现，其方式是控制晶体管或者所述电子部件。

如上面已经提及的那样，抑制电阻可以实施为附加的或者电子的部件。如果为了控制超声波转换器以产生超声波而使用电路，其具有(额定值的)内阻(例如在使用电流源时的会存在的情况那样)，则可以想到并且在本发明范围内的是，超声波转换器与抑制电阻的连接的激活和去激活通过控制电路的内阻的调制来实现。

可替选地或者附加于分阶段地将超声波转换器与抑制电阻连接或者分阶段地调制超声波转换器的输出端的抑制电阻，根据一个独立的发明方面设计的是，为了进一步缩短衰减震荡阶段，借助超声波转换器的输出信号和/或测量放大器的输出信号确定或者至少估计超声波转换器的震荡元件的衰减震荡的周期的相位，并且对超声波转换器施加以相对于超声波转换器的输出信号相位推移的至少一个尤其是单个、双个或者多个的抑制脉冲。在此，控制和分析单元为了进一步缩短衰减震荡阶段而产生至少一个抑制脉冲，超声波转换器的至少一个信号端子在衰减震荡阶段期间可以被施加以该抑制脉冲，其中借助控制和分析单元的相位检测器可以确定在衰减震荡阶段期间超声波转换器的衰减震荡信号的震荡的相位，并且借助其可以估计超声波转换器的震荡元件的衰减震荡的相位，其中超声波转换器可以借助相对于超声波转换器的衰减震荡信号相位推移的、尤其是单个、双个或者多个的抑制脉冲来控制。

在本发明的该变形方案中，于是衰减震荡的震荡元件通过有目的地设置的抑制脉冲来“减速”，其中通过根据本发明的方式注意的是，抑制脉冲在理想情况下设置为相对于震荡元件的衰减震荡相移180度。然而有问题的是，在市面上常见的超声波转换器上遗憾地不能量取激励震荡元件的电流或者震荡元件上的电压，而是只能研究超声波转换器的输出信号。然而，该输出信号在其相位方面相对于经过震荡元件的电流或者震荡元件上的电压的相位推移。基于超声波转换器的等效电路图的电容、欧姆电阻和电感的值(其机械构造(和连接)通过等效电路图来表示)，可以根据超声波转换器的输出信号的相位来确定或者至少估计出震荡元件具有哪个相位。相应地，于是抑制脉冲可以设置为针对相位协调，如对于震荡元件的有效减速所需要的那样。抑制脉冲在此可以作为单个脉冲或者作为多个脉冲发射，其中每个抑制脉冲的能量可以变化，这可以通过抑制脉冲的幅度(高度)和持续时间来控制。

在本发明的之前描述的变形方案的合乎目的的改进方案中可以设计的是，在超声波转换器施加尤其是单个、双个或者多个第一抑制脉冲之后，首先又确定或者至少估计超声波转换器的震荡元件的被抑制的衰减震荡的周期的相位，并且超声波转换器被施加以另外的、相对于超声波转换器的输出信号相移的、尤其是单个、双个或者多个的抑制脉冲。在根据本发明的该方面的、根据本发明的超声波测量系统情况下，于是在通过单个、双个或者多个抑制脉冲控制超声波转换器之后，借助相位检测器可以确定超声波转换器的被抑制的衰减震荡信号的震荡的相位，并且借助其可以估计超声波转换器的震荡元件的被抑制的衰减震荡的相位，其中超声波转换器可以通过至少一个另外的、相对于超声波转换器的衰减震荡信号相移的、尤其是单个、双个或者多个抑制脉冲来控制。

最后，抑制脉冲的数目取决于超声波转换器的品质。其品质越高，则可以设置越多的抑制脉冲，以将震荡元件减速。原则上对于抑制脉冲适用的是，其不应当导致主动地激励震荡元件，这样它们就没有达到其目的。

单个抑制脉冲或者双个或多个脉冲的每个抑制脉冲的持续时间在此等于固定设置的激励震荡的周期持续时间的一半，其与激励频率相关，其中超声波转换器在发射间隔期间以该激励频率工作。震荡元件随着衰减震荡阶段的开始(即从发射间隔的结束起并且随着接收间隔的开始)自动校正到其固有频率。在理想情况下，激励频率应当等于固有频率，然而这由于制造引起的震荡元件的公差而不可以得到保证，其中该震荡元件典型地为压电晶体。通常，固有频率不同于激励频率(虽然仅仅略有不同)，使得一个或者每个抑制脉冲的持续时间短于或者长于震荡元件的固有震荡的周期持续时间的一半。在本发明的该改进方案中，出于简化生成抑制脉冲的原因(每个抑制脉冲的固定地预先给定的持续时间，并且由此无需确定衰减震荡阶段中震荡元件的固有震荡的周期持续时间，以确定抑制脉冲的持续时间)，有意地忍受该不精确性。

替代前面描述的本发明的两个独立的变形方案，补充这些变形方案的至少之一并且优选补充这两个变形方案，此外可以设计的是，在接收阶段期间由超声波转换器接收的声学信号被转换为电测量信号，该测量信号作为输入信号输送给测量放大器并且在测量放大器中被放大，并且测量放大器的输入信号被限制于限定测量放大器的工作点的值，该值小于在衰减震荡阶段开始时超声波转换器的测量信号。在此，在根据本发明的超声波测量系统情况下例如设计的是，在超声波转换器和测量放大器之间布置至少一个去耦电容器，并且控制和分析单元具有电压限制单元、例如两个反向并联的电压限制元件，尤其是带有pn结，由控制和分析单元、电压限制单元控制地，从接收间隔开始，超声波转换器的至少一个用作输出端的信号端子并且由此可能存在的测量放大器的输入端可以连接到其上。通过在衰减震荡阶段期间测量放大器的工作点影响，测量放大器于是所谓准备好用于放大直接在衰减震荡结束之后接收到的回声信号，使得该回声信号于是也如所希望的那样被放大，而测量放大器的输出并未被过调。在电路技术上，这例如可以借助电压限制单元、尤其是借助两个反向并联的二极管或者类似的带有pn结的半导体器件来实现。这种电压限制单元(超声波转换器的输出端在衰减震荡阶段期间与其连接)尤其是在使用超声波转换器和测量放大器之间的电容性去耦部件的情况下是有利的。这种去耦电容器用于使得在发射阶段期间将用于超声波转换器的控制信号(通常为突发或者脉冲序列信号)平缓地存在于测量放大器的输入端上。去耦电容器的优点是，其并不产生附加的信号噪声，并且所测量到的超声波转换器的输出信号并不失真。然而，去耦电容器的缺点是，其自身充电并且也必须又放电。在此，同样是电压限制单元是有帮助的，其在衰减震荡阶段期间与超声波转换器的输出端并联连接，并且由此限制去耦电容器上形成的电压。由此，于是会导致超声波转换器的输出信号的衰减延迟或者测量放大器上的输入信号的衰减延迟的、去耦电容器的放电不再重要。

超声波测量方法或者超声波测量系统的另一个独立的根据本发明的方面在于测量放大器的放大因数从最小值到最大值的控制(所谓的灵敏度时间控制STC)。超声波转换器的输出信号在衰减震荡阶段期间比较大，并且尤其是通过震荡元件的衰减震荡而被感应。在该阶段期间，测量放大器的放大因数较小。其还保持这种情况，因为接收到的第一回声(即来自邻近区域的回声)能量较强，使得测量放大器仅仅比较适度地放大超声波转换器的输出信号，这在避免回声信号的基于地面回声的错误解释方面也是有利的。随着持续时间增大，接收到的回声信号功率变得更弱，使得有意义的是，根据时间来增大放大因数。正是这种方式在这里所描述的独立的、对于本发明而言重要的超声波测量方法或者系统的变形方案中得到应用。

最后还要说明的是，本发明还可以扩展为，使得电源设置有电荷泵用于在发射阶段期间驱动超声波转换器。通过这种方式实现的是，对于超声波转换器而言始终有充足的控制能量使用，即使超声波转换器连接到其上的(车载)电压网具有波动。

借助根据本发明的方式，于是可以实现一种超声波测量方法或系统，其在小的硬件开销情况下尤其是在邻近区域中具有更好的性能。在此，以下的特征和特性是重要的，更确切地说，每个本身单独地或者单个措施的任何可能组合都是重要的。具体地，涉及以下单独的对于本发明而言重要的特征：

1.可接通的内阻或者抑制电阻，其在接收间隔内仅仅在发射间隔结束之后的接收间隔开始的衰减震荡阶段期间活动，其中抑制电阻优选应当考虑到超声波转换器的震荡元件的不希望的激励方面而低噪声地接通和断开。

2.电子衰减，带有针对超声波转换器的震荡阶段而协调的对应脉冲控制，其中在此针对震荡元件的震荡阶段而协调。在抑制脉冲之间的间歇中，重新确定震荡元件的相位，以便确定下一个有利的抑制脉冲时刻。此外，可以将抑制脉冲的持续时间和高度并且由此将用于使震荡元件减速的能量与衰减震荡的震荡元件的减小的能量匹配。

3.在信号处理时，合乎目的地使用低噪声的放大器和窄带滤波，以便充分地处理信号品质。

4.在控制路径中的反向并联的二极管或者类似的电压限制元件，其在发射控制信号之后激活，以便用于使得放大器快速回到工作点中，由此后接的窄带滤波器不会表现出故障。

5.数字灵敏度时间控制(STC)，带有随时间而增大的(测量放大器的)放大，用于减少在邻近区域中的地面回声识别(通过初始的低放大)，以及提高在远区域中的要研究的回声幅度(通过在远距离情况下的高放大)。由此，在低的初始放大情况下实现了邻近区域中的回声幅度不会过度放大，而在较大距离情况下实现了可接受的放大。

下面借助附图进一步阐述本发明的实施例。在此，具体地：

图1示出了示意性的系统电路图，

图2至图5示出了在超声波转换器的工作的不同阶段中根据图1的系统电路图以及在这些阶段中的相应的开关状态，

图6示出了超声波转换器的等效电路图，以及

图7至图11示出了在根据图1的系统电路图的各点上的不同的信号变化曲线。

在图1中示意性示出了超声波测量系统10的总电路图。系统10包括超声波转换器10(以下也称为变换器)，其任选地作为超声波发射器和超声波接收器工作。超声波转换器12具有以14示出的震荡元件(例如膜)，其通过电控制信号激励，以便产生超声波。

控制和分析单元16用于控制超声波转换器12，该控制和分析单元16具有在该实施例中构建为开关全桥18的控制电路。四个开关20、22、24、26成对地闭合和打开，以便选择性地将相反极性的控制电压施加到超声波转换器12上，由此激励震荡元件14为震荡。控制和分析单元16由节点28处的供应电位来供电。

电荷泵30与该节点28连接，电荷泵的输出端与全桥电路18连接。在电荷泵30和全桥电路18之间可以布置图1中用虚线示出的电流源32。控制单元34用于控制全桥电路18的(半导体)开关20至26，其将相移180°的控制脉冲(信号Φ1和Φ2)输出到开关20至26上。

如借助图1可以看出的那样，超声波转换器12与分别在全桥电路18的开关20和26或者22和24之间的节点36、38连接。超声波转换器12具有两个端子40、42，其中端子40直接与全桥电路18的节点36连接。在超声波转换器12的端子42与全桥电路18的节点38的连接线路中，连接有电压限制单元44，其在该实施例中具有两个反向并联布置的二极管46、48。此外，从连接到电压限制单元44中的连接线路分支出带有抑制电阻50和开关52的线路。开关52被控制单元34控制。

超声波转换器12的端子40、42此外与测量放大器58的输入端子电连接，其中在两个电连接线路中连接有去耦电容器60、62。在测量放大器58的输入端上有二极管64构成的保护线路以及用于借助电阻66限定测量放大器58的输入电位的线路。测量放大器58的输出端68与信号处理和分析电路70连接，在其输出端72上有代表接收到的回声信号的输出信号，其根据应用而被进一步处理，更确切地说，优选在控制和分析单元16之外进行。

在图2和图3中示出了在发射间隔期间全桥电路18的开关状态。可以看出的是，开关20和22或者24和26交替地接通和断开，使得超声波转换器12相应地被控制并且将其震荡元件14置于震荡中。在该时刻，开关52断开，即抑制电阻50不活动；然而，其可以切换为活动，即与地连接。在发射间隔期间，用于超声波转换器12的控制信号也处于测量放大器58的输入端上。输入保护结构(二极管64)用于使得测量放大器58不受干扰，其中该测量放大器具有相当大的并且随着时间变大的放大系数。两个去耦电容器60、62也限制流入测量放大器58的输入端中的电流。

随着发射间隔结束，通过闭合开关52将抑制电阻50转换为活动。同样地，全桥电路18的两个开关22和26闭合，使得关于超声波转换器12而言，其输入端子40、42通过由电压限制单元44和抑制电阻50构成的并联电路而连接。在紧接在发射间隔结束之后的接收间隔的初始阶段期间，震荡元件14衰减震荡。在该衰减震荡阶段期间，由超声波转换器12输出的信号通过借助抑制电阻50的连接而被抑制。

此外，通过电压限制单元44限制在测量放大器58的输入端54、56上的信号行程(即限制为二极管46、48的导通电压)。该情况在图7中示出；在下部图中示出了在测量放大器58的输出端68上的信号的变化曲线，而上部图示出了超声波转换器12的控制信号。可以看到的是，随着发射间隔的结束，通过电压限制单元44的电压限制变得有效。

如上面已经提及的那样，抑制电阻50(或者一般地，控制和分析单元16的电阻或阻抗的调制)用于缩短震荡元件14的衰减震荡阶段。如果在超声波转换器12的输出端上(或者在测量放大器58的输出端上)的电压小于去激活阈值(参见图7下部的DEAKTIV)，则开关52又断开，使得抑制电阻50转换为不活动。这在图5中示出。

其他的措施或者作为抑制电阻50的替选方案合适的是，衰减震荡阶段通过在超声波转换器的控制信号阶段内有目的地施加抑制脉冲到超声波转换器12上来减少。由此产生的信号变化曲线DRV1和测量放大器58的控制信号在图8中上部或者下部示出。抑制脉冲在此在图8的上部图中在74和76以及78示出。可以看出的是，测量放大器58的输出信号在时间上比没有抑制脉冲的情况(参见图7下部)更早地达到去激活阈值DEAKTIV，以断开抑制电阻50。

通过全桥电路18施加到超声波转换器12上的抑制脉冲在此在理想情况下应当相对于震荡元件14的衰减震荡的相位相移180°。然而存在的问题是，通过研究超声波转换器12的输出信号并不能容易地确定和总是能估计震荡元件14的准确相位。借助根据图6的超声波转换器12的等效电路图，可以看到这种情况。等效电路图包括电阻R、电容C₁和电感L构成的串联电路。与此并联的还有另外的电容C₂。经过电感L的电流的相位代表震荡元件14的衰减震荡。然而，该电流的相位相对于超声波转换器12的输出信号的震荡的周期的相位偏移。于是，当例如通过相位检测器80(其可以合乎目的地构建为过零检测器并且此外是信号处理和分析电路70的组成部分)检测衰减震荡的超声波转换器12的输出信号的相位时，可以有目的地使用具有相应相位的抑制脉冲的相应设置，以抑制震荡元件14的衰减震荡。在此要考虑的是，震荡元件14在衰减震荡时具有其固有频率，然而这在控制超声波转换器12时并非一定如此。此外，超声波转换器12或者震荡元件14的固有频率与温度和老化相关，于是不可以事先认为是已知的或者给定的。出于该原因，于是应当对超声波转换器12的输出信号的震荡的相位进行研究，以便由该信号导出或者估计出震荡元件14的相位，以便随后又将所述一个或者多个抑制脉冲设置为相对于震荡元件14的震荡相移理想情况下的180°。

在根据图8上部的实施例中，总共发射了三个抑制脉冲74、76和78(单脉冲)，其中第三抑制脉冲78具有减小的能量。在发射抑制脉冲(数量和能量)时，要注意的是，抑制脉冲不会错误地导致激励震荡元件14，这会事与愿违。

一个/每个抑制脉冲74、76、78的持续时间被固定地设置，并且等于震荡元件14的激励周期t_A的一半TA/2。由于部件公差引起的激励频率和固有频率的差别，由此一个/每个抑制脉冲短于或者长于衰减震荡阶段中的震荡元件14的固有震荡周期t_E的一半t_E/2(参见图9，作为在发射间隔结束时以及在接收间隔开始的过渡阶段中，震荡元件14的震荡的时间变化曲线的放大的部分IX，带有在衰减震荡阶段中的过零82)。为了在发射间隔之后能更好地识别出具有震荡元件14的固有频率，震荡元件14在图9的简化的视图中在两次震荡之后已经处于其固有频率附近。

图9再次在下部图中示出了在测量放大器58的输出端68上的(直到衰减震荡阶段的结束被过度放大的)信号，其在时间上由发射间隔期间全桥电路18的控制信号、衰减震荡阶段中震荡元件14的衰减震荡信号以及可能的回声(例如在84所示)组成，它们在衰减震荡阶段之后的接收间隔的阶段期间可以被检测到。在图9的上部图中再次示出了在DRV1并且由此在测量放大器58的输入端上的控制信号是怎样的。在图9上部的例子中可以看出，随着发射间隔的结束，电压限制单元44变得有效，这反映在测量放大器的输入信号明显减小。图11在上部图中示出的情况是，电压限制单元44并未被切换为活动。在此起作用的是，在测量放大器58的输入端的两个电容器60、62充电并且首先必须被放电，这导致在测量放大器58上的输入电压的缓慢下降并且结束发射间隔，由此测量放大器58延迟地到达其工作点，以当其具有该工作点时可以放大超声波转换器12的输出信号(其能够推断出回声84)。通过电压限制单元44，于是测量放大器58基本上随着发射间隔的结束而过渡到其工作点。

当测量放大器58具有其工作点时，根据本发明的另一个有利的方面，其以尽可能小的放大因数来放大输入信号，使得在放大器58的输出端68上不出现过度放大。随后，测量放大器58的放大因数由控制单元34时间控制地增大，使得来自更远处的回声信号(其相应地能量较低)也可以被充分地放大，以便随后在信号处理和分析电路70中被检测。通过对邻近区域中的回声信号的低放大，此外防止了在将超声波测量系统10应用于车辆泊车辅助时把地面回声识别为来自障碍物的回声信号并且由此错误地识别。这些地面回声信号来自邻近区域，并且同样几乎不被放大，因为测量放大器58的放大很小。

附图标记表

10 超声波测量系统

12 超声波转换器

14 超声波转换器的震荡元件

16 控制和分析单元

18 全桥电路

20 开关

22 开关

24 开关

26 开关

28 节点

30 电荷泵

32 (可选的)电流源

34 控制单元

36 节点

38 节点

40 超声波转换器的端子(输入端子或输出端子)

42 超声波转换器的端子(输入端子或输出端子)

44 电压限制单元

46 二极管

48 二极管

50 抑制电阻

52 开关

54 测量放大器的输入端子(输入端)

56 测量放大器的输入端子(输入端)

58 测量放大器

60 去耦电容器

62 去耦电容器

64 保护二极管

66 电阻

68 测量放大器的输出端

70 信号处理和分析电路

72 分析电路的输出

74 抑制脉冲

76 抑制脉冲

78 抑制脉冲

80 相位检测器

82 衰减震荡阶段中的震荡元件的震荡的过零

84 回声

C₁ 电容

C₂ 电容

L 电感

R 电阻

Claims

1.一种用于借助超声波测量的方法，其中：

-在发射间隔的持续时间上借助控制信号控制具有震荡元件的电声超声波转换器，该电声超声波转换器在其输入端没有电压转换器地被驱动，用于产生超声波，

-随着电声超声波转换器的控制的结束，在发射间隔后连接有接收间隔，其中电声超声波转换器的震荡元件在随着发射间隔的结束而开始的衰减震荡阶段期间衰减震荡，

-电声超声波转换器最迟从衰减震荡阶段开始时连接有至少一个抑制电阻用于缩短该衰减震荡阶段，

-当电声超声波转换器的输出信号、或者与电声超声波转换器连接的测量放大器的输出信号、或者设置在其后的电路的输出信号低于可预先给定的去激活阈值时，结束电声超声波转换器与所述抑制电阻的连接，以及

-随后在接收间隔期间，能够探测在之前的发射间隔中发出的超声波的至少一个回声或者其他超声波，

-其中随着发射间隔的结束和/或随着接收间隔的开始，才将电声超声波转换器与抑制电阻连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了进一步缩短衰减震荡阶段，借助电声超声波转换器的输出信号和/或测量放大器的输出信号确定或者至少估计电声超声波转换器的震荡元件的衰减震荡的相位，并且对电声超声波转换器施加以相对于电声超声波转换器的输出信号相位推移的至少一个抑制脉冲。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在电声超声波转换器施加第一抑制脉冲之后，首先又确定或者至少估计电声超声波转换器的震荡元件的被抑制的衰减震荡的周期的相位，并且电声超声波转换器被施加以另外的、相对于电声超声波转换器的输出信号相移的抑制脉冲。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，在电声超声波转换器施加以多个抑制脉冲的情况下，其能量改变。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在接收间隔期间由电声超声波转换器接收的声学信号被转换为电测量信号，该测量信号作为输入信号输送给测量放大器并且在测量放大器中被放大，并且测量放大器的输入信号被限制于限定测量放大器的工作点的值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在电声超声波转换器和测量放大器之间布置至少一个去耦电容器，并且电声超声波转换器以及由此测量放大器至少在接收间隔期间和/或至少在接收间隔的持续时间上与电压限制单元连接。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，增大测量放大器的放大因数，使得测量放大器的输出取决于测量放大器的输入信号的大小而不会被超调，其中输入信号以所述放大因数被放大。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，电源设置有电荷泵用于在发射间隔期间驱动电声超声波转换器。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法作为车辆的泊车辅助。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制信号为脉冲序列控制信号。

11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个抑制脉冲为单个、双个或者多个抑制脉冲。

12.根据权利要求2或3所述的方法，其中，在电声超声波转换器施加以多个抑制脉冲的情况下，其能量逐一减小。

13.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电压限制单元是带有pn结的电压限制单元。

14.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电压限制单元是以两个反向并联的电压限制元件的形式提供的电压限制单元。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，每个接收间隔地、并且在电声超声波转换器的输出信号或者与电声超声波转换器连接的测量放大器的输出信号或者布置在其后的电路的输出信号低于去激活阈值之后，增大测量放大器的放大因数，使得测量放大器的输出取决于测量放大器的输入信号的大小而不会被超调，其中输入信号以所述放大因数被放大。

16.根据权利要求2所述的方法，其中，在电声超声波转换器施加单个、双个或者多个第一抑制脉冲之后，首先又确定或者至少估计电声超声波转换器的震荡元件的被抑制的衰减震荡的周期的相位，并且电声超声波转换器被施加以另外的、相对于电声超声波转换器的输出信号相移的抑制脉冲。

17.根据权利要求2所述的方法，其中，在电声超声波转换器施加单个、双个或者多个第一抑制脉冲之后，首先又确定或者至少估计电声超声波转换器的震荡元件的被抑制的衰减震荡的周期的相位，并且电声超声波转换器被施加以另外的、相对于电声超声波转换器的输出信号相移的单个、双个或者多个的抑制脉冲。

18.根据权利要求2所述的方法，其中，在电声超声波转换器施加第一抑制脉冲之后，首先又确定或者至少估计电声超声波转换器的震荡元件的被抑制的衰减震荡的周期的相位，并且电声超声波转换器被施加以另外的、相对于电声超声波转换器的输出信号相移的单个、双个或者多个的抑制脉冲。

19.一种超声波测量系统，带有：

-具有震荡元件的、无电压转换器的超声波转换器，其能够任选地作为超声波发射器和作为超声波接收器来工作，并且具有用作输入端或用作输出端的至少一个信号端子，以及

-与超声波转换器的所述至少一个信号端子连接的控制和分析单元，用于在发射间隔期间针对作为超声波发射器的运行而激励超声波转换器的震荡元件以发射超声波，以及用于在接收间隔期间针对作为超声波接收器的运行而随后将超声波转换器的震荡元件的激励去激活以接收超声波，以及用于处理在超声波转换器的所述至少一个信号端子上的信号，其中震荡元件在其激励结束之后在衰减震荡期间从接收间隔的开始起衰减震荡，

其中，

-控制和分析单元为了缩短震荡元件的衰减震荡阶段而具有至少一个可接通的抑制电阻，该抑制电阻能够连接到超声波转换器的所述至少一个信号端子上，更确切地说，通过控制和分析单元来控制并且随着发射间隔的结束和/或随着接收间隔的开始而进行，

-超声波转换器的输出信号的大小、或者测量放大器的输出信号的大小、或者控制和分析单元的布置在测量放大器之后的电路的输出信号的大小至少从衰减震荡阶段的开始起与可预先给定的去激活阈值比较，以及

-当输出信号小于或者等于去激活阈值时，控制和分析单元终止抑制电阻至超声波转换器的所述至少一个信号端子的连接。

20.根据权利要求19所述的超声波测量系统，其中，超声波转换器的信号端子通过抑制电阻与地电连接。

21.根据权利要求19或20所述的超声波测量系统，其中，控制和分析单元为了进一步缩短超声波转换器的震荡元件的衰减震荡阶段而产生至少一个抑制脉冲，超声波转换器的至少一个信号端子在衰减震荡阶段期间能够被施加以所述抑制脉冲，其中借助控制和分析单元的相位检测器能够确定在衰减震荡阶段期间超声波转换器的衰减震荡信号的震荡的相位，并且借助其能够估计超声波转换器的震荡元件的衰减震荡的相位，其中超声波转换器能够借助相对于超声波转换器的衰减震荡信号相移的抑制脉冲来控制。

22.根据权利要求21所述的超声波测量系统，其中，在通过单个、双个或者多个抑制脉冲控制超声波转换器之后，借助相位检测器能够确定超声波转换器的被抑制的衰减震荡信号的震荡的相位，并且借助其能够估计超声波转换器的震荡元件的被抑制的衰减震荡的相位，其中超声波转换器能够通过至少一个另外的、相对于超声波转换器的衰减震荡信号相移的抑制脉冲来控制。

23.根据权利要求21所述的超声波测量系统，其中，所述抑制脉冲的高度和/或宽度能够变化。

24.根据权利要求21所述的超声波测量系统，其中，相位检测器具有过零检测器。

25.根据权利要求20所述的超声波测量系统，其中，在超声波转换器和测量放大器之间布置至少一个去耦电容器，并且控制和分析单元具有电压限制单元，由控制和分析单元控制地，从接收间隔开始，超声波转换器的至少一个信号端子并且由此在存在测量放大器的情况下测量放大器的输入端能够连接到其上。

26.根据权利要求20所述的超声波测量系统，其中，测量放大器具有能够受控地分别从小值到大值变化的放大因数，其中放大因数能够受控地放大，使得测量放大器的输出随着接收间隔期间超声波转换器的变小的输出信号而不超调。

27.根据权利要求20所述的超声波测量系统，其中，控制和分析单元具有电荷泵用于为超声波转换器提供控制能量。

28.根据权利要求20所述的超声波测量系统，其中，为了在发射间隔期间控制超声波转换器，控制和分析单元具有控制电路，该控制电路带有连接为半桥或全桥的、可控的两个或四个开关。

29.根据权利要求28所述的超声波测量系统，其中，抑制电阻或者电压限制单元与半桥或全桥电路连接，并且能够通过半桥或全桥电路的开关之一切换。

30.根据权利要求19所述的超声波测量系统，其中，所述超声波测量系统作为车辆的泊车辅助装置。

31.根据权利要求21所述的超声波测量系统，其中，所述超声波转换器能够借助相对于超声波转换器的衰减震荡信号相移的单个、双个或者多个抑制脉冲来控制。

32.根据权利要求22所述的超声波测量系统，其中，所述超声波转换器能够通过另外的、相对于超声波转换器的衰减震荡信号相移的单个、双个或者多个抑制脉冲来控制。

33.根据权利要求23所述的超声波测量系统，其中，所述抑制脉冲的高度和/或宽度能够逐一变小。

34.根据权利要求25所述的超声波测量系统，其中，所述电压限制单元为以两个反向并联的电压限制元件的形式提供的电压限制单元。

35.根据权利要求25所述的超声波测量系统，其中，所述电压限制单元为带有pn结的电压限制单元。

36.根据权利要求26所述的超声波测量系统，其中，所述测量放大器具有每个接收间隔地、并且在超声波转换器的输出信号或者与超声波转换器连接的测量放大器的输出信号或者布置在其后的电路的输出信号低于去激活阈值之后，分别能够受控地从小值到大值变化的放大因数。