CN107957580A - 超声波传感器装置及超声波传感器装置的感测方法 - Google Patents

超声波传感器装置及超声波传感器装置的感测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超声波传感器装置及超声波传感器装置的感测方法。该装置包括：驱动单元，用于向发送超声波并接收超声波的回波的换能器提供传输脉冲；放大器，用于放大关于回波的电信号；模拟数字转换器，用于将放大的电信号转换成原始数字信号；信号处理器，用于执行原始数字信号的包络提取处理，以产生提取信号；以及控制单元，用于基于原始数字信号和提取信号输出相对于外部物体的距离信号，其中，该控制单元包括：测试频率发生器，用于将测试频率信号施加到换能器；以及激励频率测量单元，用于测量在换能器中产生的激励频率。

Description

超声波传感器装置及超声波传感器装置的感测方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0135338的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种超声波传感器，且更具体地，涉及一种超声波传感器装置以及一种超声波传感器装置的感测方法。
背景技术
最近，汽车制造商正在开发车辆安全相关技术，并向市场推出更先进的安全技术。这些技术的一个典型的示例是高级驾驶员辅助系统(ADAS)，主要与停车一起使用。特别地，停车辅助系统和自动停车辅助系统被广泛用于在停车期间通知车辆与物体之间的距离。该系统的关键技术包括通过超声波传感器测量车辆周围的物体的位置或物体与车辆之间的距离的技术。
超声波传感器是这样的传感器：其传输处于不可听频带中的频率为20KHz以上的超声波，然后感测从外部物体反射的超声波回波，以测量到外部物体的距离。在汽车中，由超声波传感器检测出的超声回波用于测量与汽车周围的物体的距离，并以各种方式通知驾驶员，例如，警告声、车辆显示屏上显示等。
然而，利用传统的超声波传感器的距离测量装置在距离或精度的范围内具有局限性。特别地，随着对超过传统超声波传感器的感测范围和精度的限制的各种应用领域的需求逐渐增加，使用超声波传感器测量距离的现有系统的改进变得迫切。例如，有必要扩展现有超声波传感器的感测范围，并且由于各种原因而提高其精度，例如能够感测较短的距离，用于在窄停车空间中进行更有效停车。
这种传统超声波传感器装置以恒定的传输/接收频率工作，而与超声波传感器的安装位置和安装超声波传感器装置的周围环境的变化无关。因此，超声波传感器装置感测物体的能力有限。
相关的现有技术是美国专利No.US 7,046,015(2006年5月16日授予)。
发明内容
本发明致力于解决或减轻包括上述问题的各种问题。本发明的一个目的是提供一种超声波传感器装置及其感测方法，其中，施加处于换能器(transducer，变换器)的共振频带中的频率，以找到换能器的混响信号(reverberation signal)的频率，然后，一起比较相应频率下的幅度，以确定换能器的最佳传输和接收频率，以使得根据换能器的物理形状和尺寸找到最佳传输和接收频率，并且还在各种环境(温度、湿度、老化等)中找到换能器的最佳传输和接收频率。因此，实现了提高物体感测能力的效果。然而，这些问题仅仅是为了说明的目的，本发明的范围不限于此。
根据本发明的一个方面，提供一种超声波传感器装置。该超声波传感器装置包括：驱动单元，用于向发送超声波并接收超声波的回波的换能器提供传输脉冲；放大器，用于放大关于回波的电信号；模拟数字转换器，用于将放大的电信号转换成原始数字信号；信号处理器，用于执行原始数字信号的包络提取处理，以产生提取信号；以及控制单元，用于基于原始数字信号和提取信号输出相对于外部物体的距离信号，其中，所述控制单元可以包括：测试频率发生器，用于将测试频率信号施加到换能器；以及激励频率(excitationfrequency，激发频率)测量单元，用于测量在换能器中产生的激励频率。
在超声波传感器装置中，在换能器中产生的激励频率可以是换能器的共振频率。
在超声波传感器装置中，所述激励频率可以是在换能器的传输模式和接收模式之间的激励模式范围内自由振荡的激励的频率。
在超声波传感器装置中，所述控制单元还可以包括：最佳频率计算器，用于使用激励频率计算最佳频率，以及传输脉冲校准器，用于考虑最佳频率来校准传输脉冲频率。
在超声波传感器装置中，所述最佳频率可以是激励频率和反共振频率之间的中间值。
根据本发明的一个方面，提供了一种超声波传感器装置的感测方法，所述超声波传感器装置包括：驱动单元，用于向发送超声波并接收超声波的回波的换能器提供传输脉冲；放大器，用于放大关于回波的电信号；模拟数字转换器，用于将放大的电信号转换成原始数字信号；信号处理器，用于执行原始数字信号的包络提取处理，以产生提取信号；以及控制单元，用于基于原始数字信号和提取信号输出相对于外部物体的距离信号。所述方法包括：测试频率施加步骤，用于将测试频率信号施加到所述换能器；激励频率测量步骤，用于测量在换能器中根据测试频率信号产生的激励频率；最佳频率计算步骤，用于使用所述激励频率来计算最佳频率；以及传输脉冲频率校准步骤，用于考虑到最佳频率来校准传输脉冲频率。
在该感测方法中，在所述激励频率测量步骤中，在换能器中产生的激励频率可以是换能器的共振频率。
在该感测方法中，在所述激励频率测量步骤中，所述激励频率可以是在所述换能器的传输模式与接收模式之间的激励模式范围内自由振荡的激励的频率。
在该感测方法中，所述最佳频率计算步骤可以是用于计算激励频率和反共振频率之间的中间值的步骤。
有利效果
根据如上所述的本发明的实施例，施加处于换能器的共振频带中的频率，以找到换能器的混响信号的频率，然后，一起比较相应频率下的幅度，以确定换能器的最佳传输和接收频率，以使得根据换能器的物理形状和尺寸找到最佳传输和接收频率，并且还在各种环境(温度、湿度、老化等)中找到换能器的最佳传输和接收频率。因此，实现了提高物体感测能力的效果。当然，本发明的范围不限于这些效果。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的超声波传感器装置的示意图。
图2是示出由图1的超声波传感器装置的换能器产生的传输和接收频率的曲线图。
图3是示出在图1的超声波传感器装置的换能器中产生的激励频率的曲线图。
图4是示出根据本发明的实施例的超声波传感器装置的感测方法的流程图。
<附图标记说明>
10：驱动单元
20：放大器
30：模拟数字转换器
40：信号处理器
50：控制单元
51：测试频率发生器
52：激励频率测量单元
53：最佳频率计算器
54：传输脉冲校准器
T：换能器
RF：激励频率
OF：最佳频率
AF：反共振频率
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。
提供这些实施例，以使得本公开内容将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。然而，应当理解，本发明不限于下面描述的实施例，而是可以以各种其他形式体现。确切地说，提供这些实施例，以使得本公开内容将更彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。而且，为了方便和清楚的说明，夸大附图中的各层的厚度或尺寸。
图1是示出根据本发明的实施例的超声波传感器装置的示意图，图2是示出由图1的超声波传感器装置的换能器产生的传输和接收频率的曲线图，并且图3是示出在图1的超声波传感器装置的换能器中产生的激励频率的曲线图。
如图1所示，根据本发明的实施例的超声波传感器装置可以包括驱动单元10、放大器20、模拟数字转换器30、信号处理器40和控制单元50。
如图1所示，驱动单元10可以向发送超声波并接收超声波的回波的换能器T提供传输脉冲。更具体地，驱动单元10可以向换能器T提供传输脉冲，以便换能器T振荡并传输超声波。换能器T可以接收所传输的超声波的回波并将回波转换成电信号。
放大器20可以放大关于回波的电信号。更具体地，放大器20可以放大从换能器T接收的超声波的回波的电信号，并且通过根据到外部物体的距离动态地改变放大器增益来操作。
模拟数字转换器30可以将放大的电信号转换为原始数字信号。更具体地，模拟数字转换器30可以将由放大器20放大的电信号转换为数字信号，并将数字信号发送到信号处理器40。
此外，信号处理器40可以执行原始数字信号的包络提取处理，以产生提取信号。更具体地，信号处理器40可以是用于转换/处理成可由控制单元50分析的信号的模块，例如，去除关于超声回波的原始数字信号的噪声并提取包络。例如，信号处理器可以包括：带通滤波器，其通过各种数字滤波器过滤传输频率周围的一定范围的频率；包络提取器，其从通过带通滤波器的信号中提取包络；低通滤波器，其对提取信号的噪声进行提取，等等。
控制单元50可以基于原始数字信号和提取信号输出相对于外部物体的距离信号。控制单元50可以包括：测试频率发生器51，用于向换能器T施加测试频率信号；激励频率测量单元51，用于测量由换能器T产生的激励频率RF；最佳频率计算器53，用于使用激励频率RF计算最佳频率OF；以及传输脉冲校准器54，用于考虑最佳频率OF来校准传输脉冲频率。在此，在换能器T中产生的激励频率RF可以是换能器T的共振频率。
例如，如图2所示，激励频率RF可以是在换能器T的传输模式和接收模式之间的激励模式范围内自由振荡的激励的频率。而且，如图3所示，最佳频率OF可以是激励频率RF和反共振频率AF之间的中间值。
因此，如图1至图3所示，根据本发明的实施例的超声波传感器装置的控制单元50可以控制驱动单元10，以使得换能器T以换能器T的激励频率RF和反共振频率AF之间的值振荡，考虑到与测试频率的接收回波相对应的激励频率RF的发送测试频率和接收灵敏度，从而输出传输脉冲。
例如，每当安装在车辆上的超声波传感器装置运行时，超声波传感器装置的控制单元50可以控制驱动单元10，以使得换能器T以换能器T的激励频率RF和反共振频率AF之间的值振荡，考虑到与测试频率的接收回波相对应的激励频率RF的发送测试频率和接收灵敏度，从而输出传输脉冲。因此，超声波传感器装置可以响应于车辆周围的各种环境而传输和接收最佳频率。
因此，施加处于换能器T的共振频带中的频率，以找到换能器T的混响信号的频率，然后，一起比较相应频率下的幅度，以确定换能器T的最佳传输和接收频率，以使得根据换能器T的物理形状和尺寸找到最佳传输和接收频率，并且还在各种环境(温度、湿度、老化等)中找到换能器T的最佳传输和接收频率。因此，实现了提高检测物体的能力的效果。
图4是示出根据本发明的实施例的超声波传感器装置的感测方法的流程图。
如图4所示，一种超声波传感器装置的检测方法，该超声波传感器装置包括：驱动单元10，用于向发送超声波并接收超声波的回波的换能器T提供传输脉冲；放大器20，用于放大关于回波的电信号；模拟数字转换器30，用于将放大的电信号转换成原始数字信号；信号处理器40，用于执行原始数字信号的包络提取处理，以产生提取信号；以及控制单元50，用于基于原始数字信号和提取信号输出相对于外部物体的距离信号，该超声波传感器装置的检测方法包括：测试频率施加步骤S10，用于将测试频率信号施加到换能器T；激励频率测量步骤S20，用于测量在换能器中根据测试频率信号产生的激励频率RF；最佳频率计算步骤S30，用于使用激励频率RF来计算最佳频率OF；以及传输脉冲频率校准步骤S40，用于考虑到最佳频率OF来校准传输脉冲频率。
更具体地，在激励频率测量步骤S20中，在换能器T中产生的激励频率RF可以是换能器T的共振频率。例如，在激励频率测量步骤S20中，激励频率RF可以是在换能器T的传输模式和接收模式之间的激励模式范围内自由振荡的激励的频率。另外，最佳频率计算步骤S30可以是用于计算激励频率RF和反共振频率AF之间的中间值的步骤。
如图4所示，根据本发明的实施例的超声波传感器装置的感测方法，超声波传感器装置的控制单元50可以控制驱动单元10，以使得换能器T以换能器T的激励频率RF和反共振频率AF之间的值振荡，考虑到与测试频率的接收回波相对应的激励频率RF的发送测试频率和接收灵敏度，从而输出传输脉冲。因此，超声波传感器装置可以响应于车辆周围的各种环境而传输和接收最佳频率。
因此，施加处于换能器T的共振频带中的频率，以找到换能器T的混响信号的频率，然后，一起比较相应频率下的幅度，以确定换能器T的最佳传输和接收频率，以使得根据换能器T的物理形状和尺寸找到最佳传输和接收频率，并且还在各种环境(温度、湿度、老化等)中找到换能器T的最佳传输和接收频率。因此，实现了提高物体感测能力的效果。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例，而是相反，旨在覆盖落入所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置方式。因此，本发明的真实范围应由所附权利要求的技术思想确定。

Claims (9)

1.一种超声波传感器装置，包括：
驱动单元，用于向发送超声波并接收所述超声波的回波的换能器提供传输脉冲；
放大器，用于放大关于所述回波的电信号；
模拟数字转换器，用于将放大的电信号转换成原始数字信号；
信号处理器，用于执行原始数字信号的包络提取处理，以产生提取信号；以及
控制单元，用于基于原始数字信号和提取信号输出相对于外部物体的距离信号，
其中，所述控制单元包括：
测试频率发生器，用于将测试频率信号施加到所述换能器；以及
激励频率测量单元，用于测量所述换能器中产生的激励频率。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中，在所述换能器中产生的所述激励频率是所述换能器的共振频率。
3.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述激励频率是在所述换能器的传输模式和接收模式之间的激励模式范围内自由振荡的激励的频率。
4.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述控制单元还包括：
最佳频率计算器，用于使用所述激励频率计算最佳频率，以及传输脉冲校准器，用于考虑所述最佳频率来校准传输脉冲频率。
5.根据权利要求4所述的装置，
其中，所述最佳频率是所述激励频率和反共振频率之间的中间值。
6.一种超声波传感器装置的感测方法，所述超声波传感器装置包括：驱动单元，用于向发送超声波并接收所述超声波的回波的换能器提供传输脉冲；放大器，用于放大关于所述回波的电信号；模拟数字转换器，用于将放大的电信号转换成原始数字信号；信号处理器，用于执行原始数字信号的包络提取处理，以产生提取信号；以及控制单元，用于基于原始数字信号和提取信号输出相对于外部物体的距离信号，
所述方法包括：
测试频率施加步骤，用于将测试频率信号施加到所述换能器；
激励频率测量步骤，用于测量在所述换能器中根据所述测试频率信号产生的激励频率；
最佳频率计算步骤，用于使用所述激励频率来计算最佳频率；
以及
传输脉冲频率校准步骤，用于考虑到所述最佳频率来校准传输脉冲频率。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中，在所述激励频率测量步骤中，在所述换能器中产生的所述激励频率是所述换能器的共振频率。
8.根据权利要求6所述的方法，
其中，在所述激励频率测量步骤中，所述激励频率是在所述换能器的传输模式与接收模式之间的激励模式范围内自由振荡的激励的频率。
9.根据权利要求6所述的方法，
其中，所述最佳频率计算步骤是用于计算所述激励频率和反共振频率之间的中间值的步骤。
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