CN108061895A - 利用超声波换能器的传感器及其振铃时间减少方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种利用超声波换能器的传感器。该传感器包括发送电路模块和接收电路模块，发送电路模块向超声波换能器施加包括多个脉冲的第一电驱动信号，且接收电路模块检测超声波换能器所接收的反射波并生成接收电信号，其中，在施加第一电驱动信号之后，发送电路模块向超声波换能器施加包括多个反相位脉冲的与第一电驱动信号具有反相位关系的第二电驱动信号，且多个反相位脉冲被控制为向超声波换能器施加逐个脉冲依次减少的能量。
Description
技术领域
本发明涉及利用超声波换能器的距离传感器以及该距离传感器的振铃时间(Ringing Time)减少方法，具体地，涉及通过控制超声波换能器的驱动脉冲信号来减少振铃时间的电路及方法。
背景技术
利用超声波测量距离的传感器在发送超声波后感测由物体反射而接收的信号。此时，测量发送的超声波信号与接收的超声波信号之间的时间间隔，并通过考虑声波传输速度的距离计算来测量发送超声波的地点到物体之间的距离。
此时，多数情况下，发送超声波的装置通过特定频率的电驱动信号使压电薄膜(Piezoelectric Film)换能器等发生振动从而产生超声波，并且在测量时，为了消除噪音的影响并提高测量准确性，发送信号和电驱动信号由多个一系列脉冲信号构成。
图1是示出传统超声波传感器的电驱动信号的示意图。如图1所示，作为具有预定(predetermined)频率的电驱动信号所持续的时间段，驱动时间110确定到获得超声波传感器发送端的最大效率的时间点为止。另外，驱动时间110之间的停止时间120，即未施加电驱动信号的时间通过考虑待测量的物体之间的距离来确定。停止时间120越长，则能够测量与相距更远的物体之间的距离。传感器的检测距离的最大值的决定因素例如为用于放大反射波的放大器的放大率。
对于超声波传感器中所使用的超声波换能器(ultrasonic transducer)，在电驱动信号终止之后的一定时间段内，压电薄膜仍继续振动并产生余振(残响，reverberation)超声波信号。余振信号与通过物体反射的反射超声波信号发生混合，从而无法获知接收反射超声波信号的准确的时间，因此，需要力图减少余振超声波信号以感测相隔距离短的物体。即，余振超声波信号所持续的振铃时间(Ringing Time)决定传感器的检测距离的最小值，因此，为了提高超声波传感器的性能，对于减少振铃时间的努力未曾中断过。
作为减少超声波传感器的振铃时间的现有技术，可以以名称为“利用超声波的距离测量装置”的第20-0120489号韩国授权实用新型为例。该现有技术包括如下一种结构，即该结构在产生余振的时间点处，施加具有与余振脉冲的相位相反的相位的余振消除脉冲以减少余振。余振脉冲也遵循发送超声波信号的相位，而发送超声波信号遵循电驱动信号的相位，因此，余振消除脉冲设计为具有与电驱动信号的相位相反的相位。
作为用于减少超声波传感器的振铃时间的另一现有技术，可以以名称为“超声波传感器和信号衰减时间调整方法及其应用(Ultrasonic Transducer and Signal DecayTime Adjusting Method Applied thereto)”的第2011/0026365号美国公开专利为例。如图3所示，上述第二篇现有技术中也同样示出了根据施加到时间点t0为止的电驱动信号DS而生成的超声波发送信号OS和跟随在其后的由于压电薄膜的振铃而产生的余振超声波信号RS。此时，物体的反射波ES的信号微弱，而相反，余振超声波信号RS在相当长的时间段Zd内具有比反射波ES的基准振幅L更大的振幅，因此在时间段Zd内，即使接收到反射波ES也无法测量出准确的距离。即，虽然施加电驱动信号DS的驱动时间为t0，但是由于余振的原因，压电薄膜需要在时间t1前变得稳定，直到能够测量出最小距离。由于仅在反射波ES的接收时间t2大于t1的情况下，才能够测量出准确的距离，超声波传感器的检测距离取决于时间t1。
在上述第二篇现有技术中，如图4所示，在施加电驱动信号DS1之后，经过一定时间t之后再施加用于减少余振的电驱动信号DS2。此时，第一电驱动信号DS1和第二电驱动信号DS2具有相反的相位。此外，第二电驱动信号DS2的振幅电压V2设计为具有比第一电驱动信号DS1的振幅电压V1更小的值。第二电驱动信号DS2由n个脉冲构成。
图5示出了现有技术中的一个示例，即在施加用于减少余振的电驱动信号DS2时减少余振信号RS的振动时间，从而能够在时间t1′之后准确地测量距离。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)名称为“利用超声波的距离测量装置”的第20-0120489号韩国授权实用新型(授权日1998年4月4日)
(专利文献2)名称为“超声波传感器和信号衰减时间调整方法及其应用”的第2011/0026365号美国公开专利(公开日2011年2月3日)
发明内容
技术问题
在上述美国公开专利中，在施加具有同相位的电驱动信号之后，经过一定时间之后施加具有反相位的用于减少余振的电驱动信号。此时，用于减少余振的电驱动信号设置为具有比具有同相位的电驱动信号的振幅更小的值，以避免发生过冲(overshoot)现象。这种现有技术需要用于设置具有同相位的电驱动信号的振幅的基准电压V1和用于设置具有反相位的电驱动信号的振幅的基准电压V2。电路中需要具备两个电源电压以根据上述两种不同的电压生成电驱动信号，因此电路的结构将变得复杂。此外，还存在另一问题，即为了通过改变用于设置具有反相位的电驱动信号的振幅的基准电压V2来进行优化，电路的内部结构将变得更加复杂。
为了解决上述现有技术中出现的问题，本发明的目的在于改善作为利用超声波传感器测量距离的传感器的重要特性之一的、对于近距离对象物体的距离测量(NFD，NearField Detect)。
本发明目的在于减少由余振(reverberation)引起的振铃时间(Ringing Time)，以改善利用超声波换能器的距离测量传感器的NFD性能。
本发明的目的在于，在不增加用于生成使超声波换能器发生振动的电驱动信号的电路的复杂度的情况下减少振铃时间。尤其是，其目的在于，降低对于面积的增加具有较大影响的模拟电路的复杂度，并利用数字可控信号减少超声波换能器的振铃时间。
本发明的目的在于，在调整使超声波换能器发生振动的电驱动信号时，通过调整例如便于精细调整的占空比等数字特征有效地减少振铃时间，而不调整例如难以精细调整的振幅等模拟特征。
解决方法
本发明为实现上述目的而提出，根据本发明一实施方式的利用超声波换能器的传感器包括超声波换能器、发送电路模块和接收电路模块。发送电路模块向超声波换能器施加包括多个脉冲的第一电驱动信号。接收电子模块检测超声波换能器所接收的反射波并生成接收电信号。
发送电模块在施加第一电驱动信号之后，向超声波换能器施加包括多个反相位脉冲的与第一电驱动信号具有反相位关系的第二电驱动信号，且多个反相位脉冲被控制为向超声波换能器施加逐个脉冲依次减少的能量。
多个反相位脉冲可被控制为逐个脉冲具有依次减少的占空比。多个反相位脉冲可包括：具有第一占空比的第一反相位脉冲、具有小于第一占空比的第二占空比且跟随在第一反相位脉冲之后的第二反相位脉冲，以及具有小于第二占空比的第三占空比且跟随在第二反相位脉冲之后的第三反相位脉冲。
多个反相位脉冲可包括：具有依次减少的占空比的一组第一反相位脉冲，以及在占空比达到最小占空比时具有最小占空比的一组第二反相位脉冲。
多个反相位脉冲可具有与构成第一电驱动信号的多个脉冲的振幅和频率相同的振幅和频率。
超声波换能器、发送电路模块和接收电路模块可包括第一通道和与第一通道具有互补的相位的第二通道。
发送电路模块可向超声波换能器的第一通道施加包括具有同相位的多个脉冲的第一同相位电驱动信号，并向超声波换能器的第二通道施加包括具有反相位的多个脉冲的第一反相位电驱动信号。
发送电路模块可在施加第一同相位电驱动信号之后，向超声波换能器第一通道施加与第一同相位电驱动信号具有反相位关系且具有逐个脉冲依次减少的能量的第二反相位电驱动信号，并且在施加第一反相位电驱动信号之后，向超声波换能器的第二通道施加与第一反相位电驱动信号具有反相位关系且具有逐个脉冲依次减少的能量的第二同相位电驱动信号。
此时，施加至第一通道的第二反相位电驱动信号的上升沿与施加至第二通道的第二同相位电驱动信号的下降沿同步。
根据本发明的另一实施方式的利用超声波换能器的传感器振铃时间减少方法包括：通过发送电路模块向超声波换能器施加包括多个脉冲的第一电驱动信号的步骤；在施加第一电驱动信号之后，通过发送电路模块向超声波换能器施加包括多个反相位脉冲的与第一电驱动信号具有反相位关系的第二电驱动信号的步骤；以及通过接收电路模块检测超声波换能器所接收的反射波并生成接收电信号的步骤，其中，多个反相位脉冲被控制为向超声波换能器施加逐个脉冲依次减少的能量。
此时，在向超声波换能器施加第二电驱动信号的步骤中，可向超声波换能器施加具有逐个脉冲依次减少的占空比的多个反相位脉冲。
在向超声波换能器施加第二电驱动信号的步骤中，可向超声波换能器施加如下多个反相位脉冲，所述多个反相位脉冲被控制为在多个反相位脉冲的占空比依次减小至达到最小占空比时，随后的反相位脉冲具有最小占空比。
发明效果
根据本发明，能够改善作为利用超声波换能器检测距离的传感器的重要特性之一的、对于近距离对象物体的距离测量(NFD，Near Field Detect)。
根据本发明，能够减少作为利用超声波换能器的距离测量传感器的NFD性能的阻碍因素的、由余振(reverberation)引起的振铃时间(Ringing Time)。
在实现如现有技术采用调整反相位脉冲的振幅(amplitude)的方式的电路时，由于设计复杂度的增加导致芯片大小(Chip Size)的增大，而且，调整诸如振幅的模拟特征的方式具有不易于精细控制的问题。
根据本发明，调整反相位脉冲的占空比可通过数字逻辑来实现，也可以通过针对控制器的软件程序来容易地实现，因此能够提供减少超声波换能器振铃时间的有效方法。通过减少超声波换能器的振铃时间，能够进一步缩短可测量的最小距离，并提升利用超声波换能器的距离测量传感器的性能。
根据本发明，还能够通过分析接收端所接收(反馈)的音频信号来调整最优化占空比，以进一步减少振铃时间。在现有的调整模拟振幅的方式中，由于很难进行细微的调整，因此即使采用反馈技术也难以实现优化。
另外，在现有技术的振铃时间减少方法中，在施加驱动信号之后，经过一定时间的等待时间之后再施加反相位信号，其结果，整体的振铃时间将增加相当于此时的中间等待时间的时间。与此相比，在本发明中，由于通过反相位信号本身依次减少所施加的能量的方式缩短振铃时间，能够在施加一次驱动信号之后仅等待用于调整相位的最小延迟时间，然后直接施加反相位信号，而不需要中间的等待时间，从而更加有效地缩短振铃时间。
附图说明
图1示出电驱动信号的波形(waveform)以说明根据现有技术的利用超声波换能器的距离测量装置的操作原理。
图2示出由电驱动信号引起的超声波振动信号及其余振信号的波形以及根据余振的振铃时间，以说明根据现有技术的利用超声波换能器的距离测量装置的操作原理。
图3示出电驱动信号和超声波振动信号以及由余振导致的、接收信号的干扰可能性，以说明根据现有技术的利用超声波换能器的距离测量装置的操作原理。
图4示出根据现有技术的、用于减少振铃时间的电驱动信号波形的一个示例。
图5示出现有技术中减少由图4中的电驱动信号导致的振铃时间的过程的一示例。
图6是示出根据本发明一实施方式的利用超声波换能器的传感器的方框图。
图7示出在图6的电路中施加至换能器的电驱动信号以及由换能器生成的超声波振动信号、余振信号和接收信号的波形的一示例。
图8详细示出图7中的电驱动信号的波形的部分区间的一示例。
图9更详细地示出图8中的电驱动信号的波形的部分区间的一示例。
图10是示出根据本发明一实施方式的利用超声波换能器的传感器的振铃时间减少方法的操作流程图。
图11是更详细地示出图10中的步骤S1020的一示例的操作流程图。
具体实施方式
除了上述目的以外，本发明的其它目的及特征将通过参照附图对实施方式进行的说明变得明显。
将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。在对本发明进行说明时，当判断为对相关的公知结构或功能的具体描述可能使本发明的要旨变得模糊时，将省略对其的详细说明。
本发明的说明中所涉及的超声波换能器主要利用压电薄膜(PiezoelectricFilm)。在超声波换能器产生超声波信号时利用通过施加具有反复的脉冲或交流波形的电信号使压电薄膜发生振动的压电效应。此时，脉冲波或者交流波形的频率优选设置为能够使压电薄膜发生共振的固有频率。
当超声波换能器接收具有固有频率的声波信号时，超声波换能器与所接收的声波信号产生共振从而振动。将这种振动转换为电信号并检测该电信号的现象被称为逆压电效应。
虽然本发明中示出了将压电薄膜应用至超声波换能器的实施方式，但是本发明构思并不限于压电薄膜，由于压电薄膜可适用于能够将电信号转换为物理振动信号的换能器，因此适用对象并不受限制。
距离测量传感器向外部发送特定频率的超声波，并接收通过对象物体反射后返回的反射波，测量发送时间与反射波的接收时间之间的时间差，并根据声波传输模型的声波传输速度来计算与对象物体的距离。已知的是，声波传输速度在常温下为340m/sec，并且具有随着温度变化的值。能够测量的与对象物体的距离，即可测量范围由最大值和最小值决定。最大值由用于放大返回的反射波的放大器的放大率等决定，且发送的超声波之间的时间间隔应相隔成能够确保最大值的程度。根据超声波换能器的特性，仅能够有效地测量在超声波的发生被驱动之后且经过压电薄膜的振铃时间(Ringing Time)之后接收的反射波，因此可以认为最小值取决于振铃时间。原因在于，即使在振铃时间段内接收到从对象物体反射回来的反射波，由于比反射波大的余振(reverberation)而导致无法有效地识别反射波。
可测量距离的最小值为距离测量传感器的主要性能指标之一，因此一直以来对于减少超声波发送之后的振铃时间以改善上述指标的努力未曾间断过。
下面，将参照所附的图6至图11详细说明根据本发明一实施方式的传感器及传感器的振铃时间减少方法。
图6是示出根据本发明一实施方式的利用超声波换能器的传感器的方框图。
参照图6，利用超声波换能器的传感器包括：控制电路610、发送电路模块620、接收电路模块630和超声波换能器640。
作为执行利用超声波换能器来测量距离的传感器的主要控制功能的模块，控制电路610可采用专用逻辑电路或微处理器等。控制电路610可决定通过发送电路模块620驱动并施加的脉冲的频率和脉冲的数量。此外，控制电路610可决定用于减少余振的反相位(相反相位)脉冲的数量以及每个反相位脉冲的占空比的变化，并将其传输至脉冲发生电路621。根据需要，控制电路610还能控制接收电路模块630的电路。此外，控制电路610接收与同相位的发送脉冲的发送时间和经反射的接收脉冲的接收时间有关的数据并计算与对象物体的距离。
在图6中，以虚线箭头示出了从控制电路610传输至脉冲发生电路621和数据处理电路631的控制指令。驱动脉冲信号和反相位脉冲信号的发送与否以及设定值与控制指令一起传输至脉冲发生电路621，数据的采样时间、数据的噪声消除基准等与控制指令一起传输至数据处理电路631。
脉冲发生电路621产生作为用于使超声波换能器振动的第一电驱动信号的脉冲信号。此时，用于产生振动并发送超声波的第一电驱动信号和用于减少振铃时间的第二电驱动信号依次被施加。第二电驱动信号用于抑制根据第一电驱动信号所产生的余振，因此具有与第一电驱动信号的相位相反的相位。
对于各个通道，第二电驱动信号具有与第一电驱动信号相反的相位，且如图6所示，本发明的传感器可包括具有两个互补相位的通道结构(N通道和P通道)，根据实施方式也可仅具有一个通道。
由脉冲发生电路621产生的第一电驱动脉冲信号的频率和数量，以及用于减少振铃时间的反相位的第二驱动脉冲信号的脉冲数量和占空比受控制电路610的影响。
驱动电路622是将从脉冲发生电路621输出的脉冲信号施加至换能器640以驱动换能器640的电路。
换能器640具有特有的共振频率，并且在通过压电薄膜将电驱动信号转换为超声波信号从而生成超声波信号之后，接收通过对象物体反射的反射波并将其转换为电信号。经转换的接收电信号传输至接收电路模块630。
可编程门阵列(PGA，Programmable Gate Array)633对从换能器640输入的微小的反射波进行放大。此时，PGA仅为一实施方式，且除了可以利用PGA以外，还可利用多种放大电路以放大信号。
由PGA 633放大的模拟电信号通过模拟数字转换器(ADC)632转换为数字值的电信号。
数据处理电路633对通过ADC 632转换的数字值进行处理，生成用于获得接收到反射波的时间的数据，将生成的数据传输至控制电路610。
图7示出在图6的电路中施加至换能器的电驱动信号以及由换能器生成的超声波振动信号、余振信号和接收信号的波形的一示例。
在时间段[0，t0]的驱动时间710内，同相位的第一电驱动信号DS施加至换能器640。此时，换能器640与第一电驱动信号DS产生共振并向外部发送超声波信号OS。
在余振减少驱动时间720内，具有由第一电驱动信号DS的相位被反转而形成的反相位的第二电驱动信号施加至换能器640。参照图6，在余振减少驱动时间720内，由于第一电驱动信号DS的余振导致换能器640的压电薄膜持续发生振铃现象。在余振减少驱动时间720内，余振可具有与超声波信号OS近乎相同程度的振幅，这意味着，在余振减少驱动时间720内，压电薄膜释放与超声波信号OS相同程度的能量。
在振铃时间730内，在不施加第一电驱动信号DS和第二电驱动信号的情况下，生成由压电薄膜的余振引起的余振信号RS。图示了如下过程，即在振铃时间730内，余振逐渐减少且余振信号RS的振幅减小到接收信号的检测基准L为止。此时，检测基准L代表用于识别数据处理电路631接收到有效接收信号的检测基准值。
即，直到在时间t2之后的时间段中，通过对象物体反射的反射波接收信号ES才被检测为具有检测基准L以上的振幅的有效接收信号，而直到余振信号RS大于检测基准L的振铃时间730为止，即使接收到接收信号ES也由于余振信号RS的原因而无法识别到该接收信号ES。在对象物体的位置太近使得接收信号ES在余振时间730内被接收且与余振信号RS重叠的情况下，不能准确地获知与对象物体的距离。
因此，本发明所要解决的技术问题在于缩短振铃时间730，特别是缩短包括驱动时间710、余振减少驱动时间720以及振铃时间730在内的时间段[0，t1′]的长度。即，控制电路610可设计出占空比依次减小的反相位第二电驱动信号，从而不仅仅缩短振铃时间730，还缩短作为余震减少驱动时间720与振铃时间730之和的时间段[t0，t1′]。
图8详细示出图7中的电驱动信号的波形的部分区间的一示例。参照图8，示出了驱动时间710内的第一电驱动信号和余振减少驱动时间720内的第二电驱动信号的波形。
第一电驱动信号由具有与换能器640的共振频率对应的Freq.drv频率的8个脉冲构成。8个脉冲流逐个通道地施加至换能器640。即，假定在驱动时间710内的N通道的脉冲流为同相位，则在驱动时间710内的P通道的脉冲流具有反相位。另外，为使共振频率的效果最大化，第一电驱动信号的脉冲流可具有50比50的占空比。
构成驱动时间710内的第一电驱动信号的脉冲流的脉冲数量可由控制电路610来决定。
对于余振减少驱动时间720内的第二电驱动信号的脉冲流，逐个脉冲地调整占空比并施加至换能器640。此时，第二电驱动信号的脉冲流具有与第一电驱动信号的脉冲流相同的振幅，并具有相同的频率Freq.drv。
第二电驱动信号的脉冲流中的每个脉冲可以具有比前一脉冲更小的占空比。这意味着，第二电驱动信号的脉冲流中的每个脉冲都比前一脉冲施加更小的反相位能量至换能器640。反相位能量施加得过大时，余振(reverberation)反而过冲(overshoot)为反相位，因此应适当调整在余振减少时间段720内施加至换能器640的反相位能量。考虑到在结束施加驱动时间710内的第一电驱动信号之后，余振信号通过积聚至压电薄膜的弹性能量来产生并随着时间的流逝失去弹性能量并慢慢减小，本发明在余振减少时间段720内，依次减少反相位能量并以反相位脉冲的形态将其施加至换能器640。
参照图8中的余振减少时间段720的各通道的第一个反相位脉冲，其具有与先前的驱动时间710的各通道的第一电驱动信号的脉冲流相反的相位。即，对于N通道的第二电驱动信号为反相位脉冲，而对于P通道的第二电驱动信号相对于反相位脉冲具有相反的相位，因此由同相位脉冲构成。
对于N通道和P通道两者，各自的第一个第二电驱动信号脉冲均具有50比50的占空比，此后的脉冲依次具有比前一脉冲更小的占空比。
在余振减少时间段720内的反相位脉冲具有与先前的驱动时间710内的第一电驱动信号相同的频率和振幅。占空比作为被调整的对象，可通过数字可控电路结构(circuitconfiguration)来调整，因此相比于诸如振幅和频率等模拟特性，能够更有效地进行调整。此外，不仅能够降低电路的复杂度并减少电路面积，而且在分析控制电路610所接收的反射波电路以优化占空比的调整比例的情况下，也能够通过简单的电路即可实现相对容易地减少振铃时间的效果。
现有技术中的减少振铃时间的方法中存在的问题在于，在施加驱动信号之后，经过一定时间的等待时间之后再施加反相位信号，其结果，整体的振铃时间将增加相当于此时的中间等待时间的时间。与此相比，在本发明中，由于通过反相位信号本身依次减少所施加的能量的方式缩短振铃时间，能够在驱动时间710之后直接进入余振减少驱动时间720，而不需要中间的等待时间。如图7和图8所示，此时的延迟时间仅仅是用于调整相位的最小延迟时间，因此不超过半个周期，从而更有效地缩短振铃时间。
图9更详细地示出图8的电驱动信号的波形的部分区间的一示例。
对于N通道的第二电驱动信号的第一反相位脉冲具有50比50的占空比，并将具有与驱动时间710内的Freq.drv相同的频率的反相脉冲发送至换能器640，从而抵消压电薄膜(piezoelectric Film)的振铃。特别是，第一反相位脉冲被控制为高(high)区间和低(low)区间的占空比呈50比50以使抵消振铃的幅度变大，且随后的反相位脉冲被控制为其高区间的占空比依次被调小使得能够自然地消除振铃。
根据图9，第一反相位脉冲的占空为50％，第二反相位脉冲的占空为37.5％，第三反相位脉冲的占空为25％，且第四反相位脉冲的占空为12.5％。根据这种占空比的调整，除共振频率以外还能够通过生成二次频率谐波成分来进一步缩短振铃时间。
此时，第四反相位脉冲的占空为12.5％，且第五反相位脉冲的占空也为12.5％。即，为了符合追求简单电路结构的本发明的目的，对于反相位脉冲的占空比设置最小值，并进行控制使得各脉冲依次减小占空而达到最小值时，随后的脉冲维持最小占空。
此外，反相位脉冲的数量也可通过控制电路610决定并进行控制。图8和图9示出了对于各通道的反相位脉冲的数量分别为5个的情形，但是这仅仅为本发明的一实施方式，本发明的思想并不限于这些实施方式。
此外，通过图8和图9示出了反相位脉冲的占空比依次呈算术式减小的实施方式，但是这也仅仅是本发明的一实施方式，也可以实施依次以一定比率减小的实施方式。
参照图9，对于N通道的第二电驱动信号的反相位脉冲和对于P通道的第二电驱动信号的同相位脉冲(与对于P通道的第一电驱动信号具有相反的相位关系)在相对于时间轴彼此对称的情况下施加至换能器640。即，对于N通道的反相位脉冲的上升沿与对于P通道的正相位脉冲的下降沿同步，由Freq.drv限定的一个周期(cycle)随着对于N通道的反相位脉冲的上升沿开始，且该周期随着具有相应的占空比的、对于P通道的同相位脉冲的下降沿结束。
图10是示出根据本发明一实施方式的利用超声波换能器的传感器的振铃时间减少方法的操作流程图。
在图10中，示出了对于一个通道的第一电驱动信号和第二电驱动信号之间的相位关系，并且可参照图8和图9的波形具体设定各电驱动信号的脉冲的相位以适用于两个互补的通道。
参照图10，通过发送电路模块620将包括具有同相位的多个脉冲的第一电驱动信号施加至超声波换能器640(S1010)。
在通过发送电路模块620施加第一电驱动信号之后，发送电路模块620将具有与第一电驱动信号相反的相位且逐个脉冲具有依次减小的占空比的多个反相位脉冲施加至超声波换能器640(S1020)。
接收电路模块630在振铃时间内通过换能器640接收余振信号(S1030)。
接收电路模块630通过换能器640接收由物体反射的反射信号(S1040)。
控制电路610基于反射信号的接收时间和声波传输速度测量与物体的距离(S1050)。
图11是更详细地示出图10中的步骤S1020的一示例的操作流程图。
参照图11，发送电路模块620将反相位脉冲信号施加至换能器640(S1021)。
控制电路610判断施加的反相位脉冲信号的累计数量是否小于临界值N(S1022)。
当施加的反相位脉冲信号的累计数量大于或等于临界值N时，控制电路610结束步骤S1020，并且控制发送电路模块620和接收电路模块以执行步骤S1030。
当施加的反相位脉冲信号的累计数量小于临界值N时，控制电路610判断施加的反相位脉冲信号的下一个占空比(待减小的占空比)是否大于最小占空比(S1023)。
当施加的反相位脉冲信号的下一个占空比(待减小的占空比)大于最小占空比时，控制电路610控制发送电路模块620，以将经减小占空比的下一个反相位脉冲信号施加至超声波换能器640(S1024)。
当施加的反相位脉冲信号的下一个占空比(待减小的占空比)小于或等于最小占空比时，控制电路610控制发送电路模块620，以将具有最小占空比的下一个反相位脉冲信号施加至超声波换能器640(S1025)。
在执行步骤S1024或步骤S1025之后，控制电路610重新执行步骤S1022。
在图11中，示出了以最小占空比为基准来控制反相位脉冲信号的占空比的实施方式，但是这仅仅是本发明一实施方式，也可以实施如下实施方式，即执行控制使得脉冲的占空比依次减小直到第一临界值N1为止，使N1之后的脉冲的占空比保持一定的值，并使总的脉冲的累计数量为N2个。
通过以这种方式将具有依次减少的占空比的一系列反相位脉冲信号施加至换能器640，本发明的传感器不仅能够有效地减少振铃时间(Ringing Time)，而且还能够与随着时间的经过而减弱的余振大小对应地，使通过反相位脉冲信号施加的反相位的能量依次减弱，从而在没有反方向的过冲的情况下迅速减少振铃时间。
根据本发明一实施方式的电路的操作方法可实现为能够通过各种计算机装置来执行的程序指令形态，并存储于计算机可读介质中。上述计算机可读介质可包括程序指令、数据文件、数据结构等中的一个或它们的组合。上述介质中存储的程序指令可以是专为本发明特别设计的，或者也可以是对于计算机软件领域的技术人员而言公知的且可利用的。计算机可读存储介质例如包括诸如硬盘、软盘和磁带的磁介质(magnetic media)、诸如CD-ROM、DVD的光存储介质(optical media)、如软式光盘(floptical disk)的磁光介质(magneto-optical media)，，以及诸如ROM、RAM、闪速存储器等专门配置成存储并执行程序指令的硬件装置。程序指令例如不仅包括诸如由编译器制作的机械语言代码，还包括利用解释器等制作的计算机可执行的高级语言代码。上述硬件装置可配置成通过一个以上的软件模块进行操作，以执行本发明的操作，反之亦然。
然而，本发明并不受限于各实施方式。各附图中示出的相同的参照符号表示相同的部件。本发明的实施方式和附图中所示的长度、高度、大小、宽度等都可能被夸大示出以助于理解。
如上所述，通过例如具体的构成要素等特定项和限定的实施方式以及附图描述了本发明，但是其仅仅出于帮助对本发明的全面理解而提供，本发明并不限于上述实施方式，且本发明所属的技术领域中的普通技术人员能够基于这种记载进行各种修改及变型。
因此，本发明的思想并不限于所描述的实施方式，且随附的权利要求以及与这些权利要求等同的或等价的变型均落入本发明的思想范围内。
附图标记的说明
610：控制电路
620：发送电路模块
630：接收电路模块
621：脉冲发生电路 622：驱动电路
631：数据处理电路 632：ADC
633：可编程门阵列(PGA)
640：超声波换能器
Claims (11)
1.一种利用超声波换能器的传感器，包括：
超声波换能器；
发送电路模块，向所述超声波换能器施加包括多个脉冲的第一电驱动信号；以及
接收电路模块，检测所述超声波换能器所接收的反射波并生成接收电信号，
其中，所述发送电路模块在施加所述第一电驱动信号之后，向所述超声波换能器施加包括多个反相位脉冲的与所述第一电驱动信号具有反相位关系的第二电驱动信号，
所述多个反相位脉冲被控制为向所述超声波换能器施加逐个脉冲依次减少的能量。
2.根据权利要求1所述的利用超声波换能器的传感器，其中，
所述多个反相位脉冲被控制为具有逐个脉冲依次减小的占空比。
3.根据权利要求2所述的利用超声波换能器的传感器，其中，所述多个反相位脉冲包括：
第一反相位脉冲，具有第一占空比；
第二反相位脉冲，具有小于所述第一占空比的第二占空比且跟随在所述第一反相位脉冲之后；以及
第三反相位脉冲，具有小于所述第二占空比的第三占空比且跟随在所述第二反相位脉冲之后。
4.根据权利要求2所述的利用超声波换能器的传感器，其中，所述多个反相位脉冲包括：
具有依次减小的占空比的一组第一反相位脉冲；以及
当占空比达到最小占空比时，具有所述最小占空比的一组第二反相位脉冲。
5.根据权利要求1所述的利用超声波换能器的传感器，其中，
所述多个反相位脉冲具有与构成所述第一电驱动信号的多个脉冲的振幅和频率相同的振幅和频率。
6.根据权利要求1所述的利用超声波换能器的传感器，其中，
所述超声波换能器、所述发送电路模块和所述接收电路模块包括第一通道和第二通道，其中所述第二通道与所述第一通道具有互补的相位，
所述发送电路模块向所述超声波换能器的第一通道施加包括具有同相位的多个脉冲的第一同相位电驱动信号，并向所述超声波换能器的第二通道施加包括具有反相位的多个脉冲的第一反相位电驱动信号，
所述发送电路模块在施加所述第一同相位电驱动信号之后，向所述超声波换能器的第一通道施加与所述第一同相位电驱动信号具有反相位关系且具有逐个脉冲依次减少的能量的第二反相位电驱动信号，并且在施加所述第一反相位电驱动信号之后，向所述超声波换能器的第二通道施加与所述第一反相位电驱动信号具有反相位关系且具有逐个脉冲依次减少的能量的第二同相位电驱动信号。
7.根据权利要求6所述的利用超声波换能器的传感器，其中，
施加至所述第一通道的所述第二反相位电驱动信号的上升沿与施加至所述第二通道的所述第二同相位电驱动信号的下降沿同步。
8.一种利用超声波换能器的传感器的振铃时间减少方法，该方法包括：
通过发送电路模块向所述超声波换能器施加包括多个脉冲的第一电驱动信号的步骤；
在施加所述第一电驱动信号之后，通过所述发送电路模块向所述超声波换能器施加包括多个反相位脉冲的与所述第一电驱动信号具有反相位关系的第二电驱动信号的步骤；以及
通过接收电路模块检测所述超声波换能器所接收的反射波并生成接收电信号的步骤，
其中，所述多个反相位脉冲被控制为向所述超声波换能器施加逐个脉冲依次减少的能量。
9.根据权利要求8所述的利用超声波换能器的传感器的振铃时间减少方法，其中，
在向所述超声波换能器施加所述第二电驱动信号的步骤中，向所述超声波换能器依次施加具有逐个脉冲依次减少的占空比的所述多个反相位脉冲。
10.根据权利要求9所述的利用超声波换能器的传感器的振铃时间减少方法，其中，
在向所述超声波换能器施加所述第二电驱动信号的步骤中，向所述超声波换能器施加如下多个反相位脉冲，所述多个反相位脉冲被控制为在所述多个反相位脉冲的占空比依次减小至达到最小占空比时，随后的反相位脉冲具有所述最小占空比。
11.根据权利要求8所述的利用超声波换能器的传感器的振铃时间减少方法，其中，
在向所述超声波换能器施加所述第二电驱动信号的步骤中，施加与构成所述第一电驱动信号的多个脉冲具有相同的振幅和频率的所述多个反相位脉冲。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210810 |