CN113272680B - 确定超声波传感器隔膜状态的方法及分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种方法和分析系统，其可以在操作期间确定超声波传感器(10)的隔膜(20)的状态。超声波传感器(10)的隔膜(20)被以预定的第一频率曲线的第一激励信号激励。基于此，测量取决于第一激励信号的频率(F)的第一电压曲线(29)。类似地，通过向隔膜(20)施加第二激励信号然后进行测量来确定第二电压曲线(31)。这两条电压曲线以这样的方式偏移，使得两条电压曲线(29，31)的最大值(M1，M2)的各自位置在预定频率范围(F’)中彼此匹配。确定在移位的第一和第二电压曲线(29’，31’)之间延伸的第三电压曲线(30)。基于第三电压曲线(30)，通过连续激励隔膜(20)的模型来确定电参数(R_p，R_s，C_p，C_s，L_p，L_s)以确定隔膜(20)的状态。

Description

确定超声波传感器隔膜状态的方法及分析系统

技术领域

本发明涉及一种用于在超声波传感器的操作期间确定超声波传感器的隔膜状态的方法。本发明还涉及一种用于具有超声波传感器的机动车辆的分析系统，该超声波传感器具有隔膜。

背景技术

超声波传感器通常用于机动车辆中以获得关于机动车辆的环境的信息。在这种情况下，使用通常以不同方式进行相位调制的超声波。常见的相位调制是二进制相移。这是180度的相移。由于正好可以用它对两种状态进行编码，因此这种相移通常称为二进制相移(BPSK)。通常，在传输过程中的任何时间点都会使用整个频谱。因此不可能将时间点分配给特定频率，因为传输频谱具有不同频率的混合。

许多超声波传感器具有隔膜。隔膜的行为通常高度依赖于激励信号的频率。这种隔膜行为也受到隔膜不同状态的强烈影响。例如，这些状态可以是隔膜被冰或污染物覆盖以及隔膜的不同温度。附加的传感器通常用于更准确地预测超声波传感器中隔膜的隔膜行为。由于这些附加传感器通常安装在与超声波传感器不同的位置，因此存在传感器数据可能会局部发散的缺点。

公开的专利申请DE 102014201482A1描述了一种通过评估阻抗包络线来检测超声换能器(ultrasound transducer)故障的方法和装置。在这种情况下，将激励信号施加到超声换能器，并且确定描述超声换能器阻抗的阻抗信号。阻抗包络线是从阻抗信号生成的，并与参考包络线进行比较。如果阻抗包络线与参考包络线不对应，则检测到故障。

专利说明书DE 102009040992B4描述了一种用于检测超声波传感器的结冰和污染的方法。在这种情况下，超声波传感器的隔膜通过超声波以预定的激励频率被激励。然后观察该激励的衰减频率。激励频率与衰减频率的比较用于推断隔膜的结冰和/或污染。

发明内容

本发明的目的是更有效地确定超声波传感器的隔膜的状态。

本目的通过本申请的独立专利权利要求来实现。从属权利要求产生了有意义的发展。

本发明提供了一种用于在超声波传感器的操作期间确定超声波传感器的隔膜状态的方法。术语“超声波传感器的操作”尤其是指传输操作。因此，术语“操作超声波传感器”优选地意味着超声波传感器的传输。超声波传感器主动发射超声波是通过超声波传感器的操作来解决的。在很多情况下，应该检测超声波传感器或超声波传感器的隔膜是否被弄脏或被冰覆盖。这种状态通常也称为阻塞状态。这意味着本发明可以特别用于检测超声波传感器的隔膜的阻塞状态。

理想情况下，这些状态不仅应该被检测到，还应该被定量确定。首先，在步骤a)中，预定义的第一频率曲线中的第一激励信号被施加到超声波传感器的隔膜。预定义的第一频率曲线通常不是恒定的。然而，在第一激励信号的情况下，第一激励信号的对应频率尤其在每个时间点是固定的。例如，第一频率曲线可以以高频开始并以较低频率结束。如果该频率范围均匀或线性地通过，则可以说是向下啁啾信号。优选地，为第一激励信号选择单调上升或下降的频率曲线。这意味着第一激励信号的第一频率曲线优选地仅在仅一个方向上具有频率变化。理想地，第一激励信号因此不包含频率方向变化的任何变化。例如，这将是在该曲线中最初上升然后随后再次下降的频率曲线。

在步骤b)中，作为第一激励信号的频率的函数测量由第一激励信号引起的第一电压曲线。通常，第一激励信号使超声波传感器的隔膜振动。隔膜的这些振动可以通过对应的电压降或感应电压来记录。由于可以在每个时间点测量不同的电压，因此在测量电压信号时获得第一电压曲线。因此，第一电压曲线尤其对应于不同时间的许多单独电压测量。因此，在步骤b)中，特别是测量由于施加第一激励信号引起的隔膜的反应。隔膜对第一激励信号的这种应用的反应可以由第一电压曲线来表达。因此，第一电压曲线可以用作隔膜反应行为的指标。

在步骤c)中，具有不同于第一频率曲线的第二频率曲线的第二激励信号被施加到超声波传感器的隔膜。因此第一频率曲线不同于第二频率曲线。与步骤a)有关的陈述类似地适用于步骤c)。优选地，第一激励信号不同于第二激励信号。第一频率范围可以与第二频率范围一致。频率范围通常由最小频率和最大频率决定。然而，特别地，频率范围可能以不同方式分布。例如，第一频率曲线可以代表下降频率曲线并且第二频率曲线可以代表上升频率曲线。对于啁啾信号尤其如此。啁啾(chirp)信号是来自信号处理技术的术语。啁啾信号通常描述频率随时间变化的信号。可以区分正啁啾信号和负啁啾信号。在正啁啾信号的情况下，信号的频率随时间增加；在负啁啾信号的情况下，信号频率随时间降低。频率增加或频率减少可以是线性的或指数的。频率总是随时间增加的正啁啾信号通常也称为向上啁啾。相应地，其频率曲线稳定降低的负啁啾信号被称为向下啁啾。相应地，向上啁啾信号优选以与向下啁啾信号相反的方向实现。特别地，向上啁啾信号与对应的向下啁啾信号具有相同的频率点。特别地，可以将向上啁啾信号设计为与向下啁啾信号点对称。在这种情况下，向上啁啾信号将从低频运行到较高频率。因此，对应的向下啁啾信号可以从相同的较高频率运行到相同的较低频率。对应的频率曲线尤其类似于对应的向上啁啾或向下啁啾信号的频率曲线，在这种情况下必须考虑不同的频率变化。

特别地，第一激励信号的第一频率曲线不同于第二激励信号的第二频率曲线。两个激励信号优选地在不同时间使用。这意味着第一和第二激励信号优选地不同时施加到超声波传感器的隔膜。第一激励信号相对于第二激励信号在时间上理想地偏移。两个激励信号优选地具有超出此范围的其他差异。最重要的是，由此解决了不同的频率曲线。

代替术语啁啾信号，术语“扫描”(sweep)也经常用于文献中。扫描可以是恒定幅度的信号，其频率周期性且连续地运行在预定范围内。与向上啁啾信号或向下啁啾信号相反，可以在扫描信号中改变频率变化的方向。因此，例如可能的是，激励信号的频率在扫描信号中的预定义子范围中增加，并且激励信号的频率在另一个预定义子范围中降低。因此可以不同地设计激励信号。它可以是扫描信号、向上啁啾信号、向下啁啾信号的形式，或者在最简单的情况下，作为恒定激励信号。在本发明的上下文中，优选使用向上啁啾信号和/或向下啁啾信号。

第一和/或第二激励信号可以是调频信号。两个激励信号可以是周期性的或正弦的。第一频率曲线与第二频率曲线不同。例如，第一激励信号可以设计为阶梯函数。每个阶可以代表不同的频率。阶梯函数可以是上升、下降或这两种可能性的组合。与第一激励信号相关的频率曲线可以是线性的、二次的和/或指数的。如果例如将第一激励信号设计为向上啁啾，则第一激励信号的频率随时间增加。然而，这种增加可能有不同的形式。它可以是线性的、二次的、指数的和/或以其他方式增加的。这同样适用于向下啁啾信号。然而，第一激励信号可能不是纯向上啁啾或向下啁啾信号的形式。在这种情况下，第一激励信号的频率可以在预定的第一时间间隔内随时间增加。第一激励信号的频率可以在另一个预定义的第二时间间隔内降低。例如，第一激励信号可以具有上升和下降频率范围的序列。这样的第一激励信号因此能够实现三角激励。在最简单的情况下，第一激励信号可以是恒定频率的信号。向上啁啾或向下啁啾信号优选用作第一或第二激励信号。本段中关于第一激励信号的陈述类似地适用于第二激励信号。

在步骤d)中，测量作为第二激励信号的频率的函数的第二电压曲线，其中第二电压曲线由第二激励信号引起。此处同样类似地适用于步骤d)和步骤b)。因此，在执行步骤b)之后，通常有两种不同的电压曲线。然后评估这两个电压曲线以确定隔膜的状态。

为此目的，在步骤e)中，第一电压曲线在第一方向上偏移一定量。同样，第二电压曲线在第二方向上偏移相同的量，使得两个电压曲线的最大值的相应位置在预定频率范围内彼此匹配。术语“匹配”并不一定意味着两个最大值必须完全对应或重合。如果在步骤e)中的匹配之后最大值之间的距离不超过预定义的容差值就足够了。两个最大值之间的距离可以特别地以欧几里得距离的形式表示。第一电压曲线和第二电压曲线的偏移因此在步骤e)中导致第一预定义频率范围中的第一电压曲线的第一最大值与第二预定义频率范围中的第二电压曲线的第二最大值匹配。特别是通过步骤e)，这两个最大值彼此更接近。理想情况下，这种匹配会导致两个最大值合并为一个点。

在步骤f)中，确定在来自步骤e)的第一电压曲线和第二电压曲线之间延伸的第三电压曲线。来自步骤f)之后的第一和第二电压曲线优选地用于解决由步骤e)中的偏移产生的那些电压曲线。偏移的第一电压曲线优选地由在第一方向上偏移一定量的第一电压曲线产生。对与步骤f)相关的电压曲线的解释是指由步骤e)产生的偏移电压曲线。类似地，第二偏移电压曲线特别是由第二电压曲线在第二方向上的相同量的偏移或平移产生。尤其可以规定，两个偏移的电压曲线能够被不同地加权。例如，这可以通过不同的加权因子来实现。通常，在改变电压曲线之前还是之后使用加权因子并不重要。例如，如果要给予第一电压曲线比第二电压曲线更高的权重，则可以为第一电压曲线选择比为第二电压曲线更大的加权因子。理想情况下，两个电压曲线的两个加权因子加起来为100％。特别地，可以规定第三电压曲线对应于关于第一和第二电压曲线的中值(偏移电压曲线)。

在步骤g)中，确定隔膜的状态。这例如通过确定用于隔膜的连续激励的模型的至少一个电参数来完成。此外，将至少一个参数与至少一个预定义的参考参数进行比较。例如，有效电阻、有效电容或有效电感可以被认为是电参数。隔膜行为在步骤g)中通过隔膜的连续激励模型进行描述。该模型特别假设隔膜是用恒定频率的激励信号激励的。该模型可以使用等效电路图来描述。在许多情况下，只将一个参数与其相关的参考参数进行比较就足够了。通常，这是与其预定义参考参数表现出最大偏差的参数。预定义参考参数尤其描述了隔膜的预定义状态。这些参考参数优选地通过参考测量获得。在这种情况下，这些参考测量特别是利用稍后将在本方法的上下文中确定的那些隔膜状态来进行。例如，可能已经执行了其中隔膜被冰覆盖的参考测量。

以此方式获得的参考参数可以在步骤g)中用于确定隔膜的状态。例如，其他参考测量可以包括隔膜的阻塞状态。因此可能已经预先执行了其中隔膜具有预定污染程度的参考测量。以此方式获得的参考参数可以在步骤g)中用于确定隔膜是否被弄脏。理想地，不仅污染本身，而且污染程度可以通过步骤g)中的比较另外确定。这意味着，在步骤g)中，可以定量地确定隔膜的状态。因此，不仅可以在步骤g)中确定二元区别，而且可以定量地确定隔膜的状态。这种方法可以分别用于每个单独的超声波传感器。因此可以安全可靠地检测哪个超声波传感器损坏或当前停止运行。

也可以确定损坏的类型。例如，如果检测到隔膜被冰覆盖，则可以预见在这种情况下超声波传感器可以在未来在更高的温度下再次运行。然而，如果步骤g)中的比较显示隔膜已损坏或破损，则很明显该传感器不再永久可用。理想情况下，隔膜的状态可以如此精确地确定，从而也可以对所讨论的超声波传感器进行故障预测。通过这种方式，可以快速检测出需要更换哪个超声波传感器，或者未来需要更换哪些超声波传感器以及更换多少个超声波传感器。

该方法的另一个实施例规定，第一激励信号为向下啁啾信号的形式，而第二激励信号为向上啁啾信号的形式。频率随时间变化的信号称为啁啾信号。随着向上啁啾，频率随时间增加。随着向下啁啾，频率随时间降低。第一激励信号特别地是电信号。理论上，第一激励信号也可以是声学信号。然而，通常，超声波传感器或其隔膜由电信号控制。例如，为此可以使用基于压电技术的执行器。压电元件通常是声音换能器元件的组成部分，因此也需要进行诊断。这意味着在大多数情况下，隔膜不是孤立考虑的。分析中通常还包括相关组件，例如压电元件。压电元件可以理解为属于隔膜的部件。压电元件状态的改变也可以包括在隔膜状态的确定中。在大多数情况下，不能将压电元件视为外部激励源。压电元件可以通过电信号激励隔膜。电信号优选用作激励信号。这同样适用于第二激励信号。向上啁啾信号通常是频率随时间增加的信号。这个频率的增加可能会有所不同。例如，频率可以随时间单调增加。替代地，它可以呈指数增长。不同类型增加的组合，即指数和线性增加的混合，也是可能的。换句话说，在向上啁啾信号的情况下，频率曲线的一阶时间导数优选地总是大于零。在向下啁啾信号的情况下，一阶导数通常总是小于零。隔膜的行为尤其取决于啁啾方向。啁啾方向特别是指频率曲线的一阶导数的符号。因此，啁啾方向指示啁啾信号的频率是随时间增加还是减少。由于隔膜的衰减行为取决于啁啾方向，因此优选使用向上啁啾信号和向下啁啾信号。因此可以实现在确定隔膜的状态时可以考虑隔膜的不同衰减行为的情况。这使得能够更精确地分析隔膜的状态。

本发明的另一变型规定，基于作为至少一个参数的第三电压曲线的谐振频率与作为预定义参考参数的预定义谐振频率的比较，来附加地或替代地确定隔膜的状态。代替确定用于连续激励的模型的至少一个电参数，该变型因此规定将第三电压曲线的谐振频率与预定参考谐振频率进行比较。基于该比较可以确定隔膜的状态。在这种情况下，预定义的谐振频率代表隔膜的预定义状态。如果所确定的谐振频率偏离该预定谐振频率，则可以在此基础上推导出隔膜的状态。甚至隔膜的定量状态也可以优选地由偏差程度确定。例如，如果它被冰覆盖，则可以确定隔膜上存在多少冰。特别地，谐振频率由预定频率范围内的第三电压曲线的最小值限定。

本发明的另一个变型提供了用于隔膜的连续激励的模型，其具有并联电路中的第一电阻、第一电感和第一电容，以及串联电路中的第二电阻、第二电感和第二电容作为模型的电参数。特别使用以下公式：

公式1中，i表示复数单位。Z将被解释为电压或基于电压的变量。此处，Z通常表示隔膜的阻抗。w表示第三电压曲线的角频率。R_p代表第一电阻，L_p代表第一电感，第一电容由变量C_p代表。在等效电路图中，这些参数可以理解为并联电路的元件。参数R_s代表第二电阻，L_s代表第二电感，C_s代表第二电容。这些参数最好在等效电路图中的串联电路中组合。因此，公式1正好包含六个电参数。然后可以将这些电参数与其他预定义的参考参数进行比较。特别地，可以规定在六个电参数和另外的六个预定义电参数之间确定欧几里得距离。该欧几里得距离随后可以用作用于确定隔膜状态的状态变量。特别地，可以检查电参数和预定义电参数之间的欧几里得距离是否超过或低于预定义的容差值。如果距离超过容差值，则可以检测到隔膜的阻塞状态。借助于电参数，还可以确定隔膜的温度。

本发明的另一变型提供了为隔膜的预定状态预定义的参考参数，并且将模型的与其相关参考参数具有最大偏差的恰好一个电参数与相关参考参数进行比较，以确定隔膜的状态。在这种情况下，仅将单个电参数与恰好一个相关联的参考参数进行比较。正是使用与其相关参考参数具有最大偏差或最大距离的电参数进行比较。由于简化了比较过程，这可以加速该方法。例如，当要检查某些预定义状态时，这可能很有用。例如，如果仅检查超声波传感器是否被冰覆盖，则可能仅影响模型的特定或仅一个电参数。在这种情况下，只关注所讨论的电参数就足够了。因此，可以将比较限制在这一电参数上。可以简化和加速超声波传感器的分析以确定它们的状态。

本发明的另一个变型提供了意味着隔膜被冰或污染物覆盖的隔膜的预定状态。在这种情况下，定义了预定义的状态。特别是，它们已经被预先定义或建立。这尤其意味着对于这些定义的状态存在参考数据或参考测量。可以基于这些参考测量或参考参数与从步骤g)确定的电参数进行比较。这意味着，例如，对于膈膜被冰覆盖的不同程度，可能存在多个参考参数。如果在步骤g)中确定了电参数，则可以将这些参数与已经存在的预定义参考参数进行比较。这种比较可以确定隔膜是否被冰覆盖。如果对于不同的冰覆盖程度有多个参考参数，甚至可以确定隔膜被结了多少冰。对于带有污染物的隔膜，也可以采用类似的方法。这样，不仅可以说明隔膜是否被污染，甚至可以说明隔膜被污染的程度。因此可以确定污染程度。同样地，可以以类似的方式确定隔膜被冰覆盖的程度。

本发明的另一个变型提供了隔膜的预定状态以表示隔膜的温度。代替于分析隔膜的阻塞状态，该变型可以提供要确定的隔膜温度。例如，如果超声波传感器在其允许的温度范围之外运行，则其测量结果可能被归类为不确定的。可以通过相应的警告消息将超声波传感器的不可靠测量通知驾驶员。

本发明的另一变型提供了基于至少一个确定的电参数来确定隔膜的覆盖程度和/或污染程度以便定量地确定隔膜的状态。特别地，这通过以下事实实现：对于多个预定义状态可能存在多个参考参数。因此，在步骤g)中，不仅可以确定隔膜是否被污染、损坏或被冰覆盖，而且还可以确定损坏或污染的程度。如果隔膜被冰覆盖，则可以说明隔膜上的冰层有多厚。还可以确定隔膜上的污染物层的厚度。在某些情况下，甚至可以确定隔膜上冰层的轮廓。

本发明的另一个变型提供了在隔膜损坏或污染的情况下产生的警告信号。如果超声波传感器的隔膜损坏或污染，通常会影响超声波传感器的功能。这意味着其测量或测量结果可能不可靠。在这种情况下，提醒机动车驾驶员注意不可靠的超声波传感器是有意义的。警告信号可以是光学的、触觉的和/或声学的。因此可以向机动车驾驶员显示哪些超声波传感器工作不正常或者哪些超声波传感器出现故障并且应该更换。这可以实现更快的维修服务，因为无需寻找有缺陷的超声波传感器。

本发明的另一个变型提供了在步骤f)中通过对第一和第二电压曲线求平均来确定的第三电压曲线。求平均优选地基于来自步骤e)的偏移电压曲线来执行。在步骤f)中，这特别是指由第一和第二电压曲线的偏移产生的相应电压曲线。第三电压曲线优选地在偏移的第一电压曲线和偏移的第二电压曲线之间延伸。然而，在该变型中，规定电压曲线恰好位于两个偏移的电压曲线之间的中间。因此，可以实现向上啁啾信号和向下啁啾信号的权重相等的情况。然而，也可以使用不同的加权因子有针对性地对这两个不同的激励信号进行不同的加权。因此，该变型还包括具有加权因子的求平均。然而，优选地规定没有加权因子来假定值其为零。

本发明的另一个变型在步骤e)中偏移电压曲线时提供与第二方向相反的第一方向。特别地，第一方向与第二方向完全相反。可以通过将第一方向旋转180度来将其转换为第二方向。特别地，第一和第二方向可以是水平的。因此可以确保在该方法的进一步过程中不发生频率失真。因此可以以更可靠的方式确定超声波传感器的状态。

本申请还提供了一种机动车分析系统。该分析系统具有带有隔膜的超声波传感器。该分析系统还包括用于产生第一激励信号和第二激励信号以激励超声波传感器的隔膜的信号生成单元。此外，分析系统具有评估单元，其被设计为用于执行根据前述变型或示例之一的方法。迄今为止描述和提及的变型、示例和优点也类似地适用于分析系统。

另一个实施例提供了一种分析系统，其中第一激励信号为向下啁啾信号的形式，而第二激励信号为向上啁啾信号的形式。针对向下啁啾信号和向上啁啾信号提及的示例和定义类似地适用于本发明的该变型。这两个激励信号优选地由信号生成单元生成。这意味着超声波传感器的隔膜可以被不同地激发。根据使用的啁啾信号，可以检测到隔膜的不同状态。例如，可以提供特定的啁啾信号用于隔膜的温度分析。这样，可以有针对性地检查隔膜的某些状态。因此可以创建和使用基于需求的隔膜分析系统。

本发明的另一个变型提供了一种具有分析系统的车辆辅助系统。以这种方式，可以在车辆辅助系统内确定超声波传感器的相应状态。该信息可以与来自其他分析系统的其他附加信息一起捆绑在车辆辅助系统中。分析系统因此可以确定与超声波传感器的状态有关的重要信息并且将其提供给车辆辅助系统。

在本申请的上下文中，还提出了一种具有车辆辅助系统的机动车辆。基于对相应超声波传感器的状态的了解，可以将机动车辆的操作设计为更安全和更有效。

本申请还提出了一种计算机程序产品，其具有存储在计算机可读介质中的程序代码装置，以便当计算机程序产品在电子评估单元的处理器上执行时执行根据前述变型之一的方法。计算机程序产品可以集成在机动车辆的车载电子设备中。因此，提供用于确定隔膜状态的单独数字资源不是绝对必要的。

信号生成单元可以是压电执行器或压电元件的形式。通常，第一激励信号与第二激励信号不同地配置。特别地，第一激励信号的频率可以不同于第二激励信号的频率。这也适用于幅度或相位。因此，第一激励信号可以具有与第二激励信号不同的幅度曲线。这同样也适用于相位。该应用特别提供用激励信号激励隔膜，激励信号的频率随时间不是恒定的。然而，在该方法的进一步过程中，优选地使用所谓的恒定波模型。恒波模型对应于连续激励隔膜的模型。

本发明的进一步特征由权利要求、附图和附图的说明体现。已在上面描述中提及的所有特征和特征组合以及在附图的描述中提及的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合可以不仅用在各指出的组合中，在不脱离本发明范围的情况下也可以用在其他组合中。附图中未明确示出和解释的本发明的实施例，但是由于特征的单独组合而从所解释的实施例出现并且可产生的本发明的实施例因此也旨在被视为包括和公开的。因此不具有独立权利要求的所有特征的实施例和特征的组合也旨在被视为公开的。此外，超出或不同于在权利要求的反向引用中陈述的特征组合的实施例和特征组合应当被认为是公开的，特别是由上面陈述的实施例公开。

附图说明

在附图中：

图1示出了具有分析系统的机动车辆；

图2示出了具有隔膜的超声波传感器的示意图；

图3示出了具有第一电压曲线和第二电压曲线以及部分对应的偏移电压曲线的曲线图；

图4示出了具有第三电压曲线的曲线图；以及

图5示出了用于更好地说明方法步骤的示例性流程图。

具体实施方式

图1示出了具有分析系统的机动车辆16。该分析系统具有多个部件。这些部件包括超声波传感器10、评估单元14和信号生成单元12。特别地，机动车辆16可以是汽车的形式。如图所示，超声波传感器10不仅可以布置在机动车辆16的前部区域中，而且可以布置在机动车辆16的后部区域(后备箱)中。特别地，超声波传感器10可以是停车传感器的形式。这种停车传感器优选地用于安全地停放车机动车辆16。

图2以更大的表示示意性地示出了超声波传感器10。超声波传感器10尤其被设计为用于发射超声波22。这些超声波22在图2中通过指示的波浪线示意性地示出。超声波传感器10具有隔膜20。该隔膜20可由信号生成单元12激励。这意味着信号生成单元12可以使隔膜20振动。由于隔膜20的振动，因此可以产生超声波22。特别地，信号生成单元12可以生成第一激励信号和第二激励信号，从而可以激励隔膜20。优选地使用向上啁啾信号(Up-chirpsignals)和/或向下啁啾信号(down-chirp signals)来激励隔膜。特别地，评估单元14被设计为用于测量隔膜20的偏转。这些隔膜偏转通常以电压或电压信号的形式记录。图3通过示例示出了第一激励信号29的频率曲线和第二激励信号31的第二频率曲线。这两个激励信号在图3中被示为作为频率F函数的电压曲线。在这种情况下，第一电压曲线29是由向下啁啾信号引起的电压曲线。第二激励信号相应地由第二电压曲线31表示。x轴代表频率F，y轴代表电压U。对于预定义的频率范围F'，输入第一和第二电压曲线的第一最大值M1和第二最大值M2。这两个最大值M1和M2均被移位。第一最大值M1沿方向R1偏移，第二最大值M2沿方向R2偏移。各个移位的量是相同的。这意味着移位方向R1具有与移位方向R2相同的长度。

两个最大值M1和M2相应地相对于彼此偏移相同的量。它们优选地以使得这两个最大值合并为一个点的方式移动。这优选地导致偏移的电压曲线，其最大值在单个点重合。在这种情况下，第一最大值M1向右移动并且第二最大值M2向左移动。在图3的示例中，两个方向R1和R2是水平的。这些偏移导致两个新的偏移电压曲线29’、31’。这两个偏移的电压曲线可以转换成新的第三电压曲线30。第三电压曲线30在偏移的第一电压曲线29’和偏移的第二电压曲线31’之间延伸。为清楚起见，图3中未完整示出相关的偏移电压曲线。特别地，第三电压曲线30通过平均从这两个偏移的电压曲线确定。

该第三电压曲线30在图4中示出。第三电压曲线30被绘制为相对于频率F的电压曲线。然后使用该第三电压曲线30来确定隔膜20的状态。这有多种可能性。

在最简单的情况下，确定第三电压曲线30的谐振频率。特别地，这是预定频率范围F'中的第三电压曲线30的最小值。该谐振频率可以与预定义的谐振频率进行比较。预定的谐振频率与隔膜20的预定或限定状态有关。隔膜20的这些预定状态可以包括例如隔膜20被冰覆盖或被污染物覆盖。然而，这些定义的状态也可能意味着隔膜20的温度或隔膜20的损坏。然而，代替于确定谐振频率，还可以使用用于隔膜20的连续激励的模型来确定隔膜20的状态。例如，公式1用于此目的。公式1中提到的电参数以模拟第三电压曲线30的方式被适配或调整。为此可以使用各种优化算法。例如，可以使用Nelder-Mead或Gauss-Newton方法来确定各自的电参数。一旦确定了电参数，就可以将它们与预定义的参考参数进行比较。为此，可以选择恰好一个参考参数进行比较。通常，这是与其预定义参考参数表现出最大偏差的参数。

然而，也可以规定在所有电参数和所有预定义的电参数之间确定欧几里得距离。尤其可以规定，分别计算距离的平方。这使得可以防止相反的偏差加起来为0。否则，这可能会产生失真的结果。理想情况下，存在数据库，该数据库具有用于隔膜的不同预定义状态的多个参考参数。如果数据库足够大，除了单纯的状态确定以外，还可以额外定量地确定隔膜的状态。例如，可以确定隔膜20被污染的程度或隔膜20被多少冰覆盖。可以确定超声波传感器的隔膜20上的冰层的厚度。

图5通过示例显示了一些方法步骤的概览。在步骤S1和步骤S2中，分别用向上啁啾信号和向下啁啾信号激励隔膜20。向上啁啾信号由向上弯曲的箭头表示。相应地，向下弯曲的箭头表示向下啁啾信号。在这两个激励信号的基础上，在步骤S3中隔膜20被激励振动。尤其规定，在第二激励信号之前产生第一激励信号。因此，隔膜20优选地不同时被两个激励信号激励。基于隔膜20的这些激励，可以在步骤S3中测量两个不同的电压曲线。

在步骤S4中，如图3所示，可以确定两个最大值M1和M2的位置。这可以使用简单和通用的算法来完成。特别地，这两个最大值M1和M2是第一电压曲线29和第二电压曲线31的导数为零的那些点。

在步骤S5中，两个最大值的位置移动相同的量。两个移位方向彼此相反。特别地，第一方向R1可以是水平的并且指向右侧。相应地，第二方向R2也是水平的并且指向左侧。

在步骤S6中确定第三电压曲线30。这优选地通过对偏移的电压曲线29’和31’求平均来执行。这里应当注意的是，求平均不涉及原始的第一电压曲线29和原始的第二电压曲线31。第三电压曲线优选地基于移位的第一电压曲线29’和移位的第二电压曲线31’来确定。这两条电压曲线在图3中仅分别用29’和31’表示，以确保清晰。

在步骤S7中，可以确定用于连续隔膜激励的模型的电参数。例如，公式1用于此目的。可以使用数学优化算法来确定相应的电参数。这些确定的电参数与预定义的参考参数的比较使得可以精确地确定隔膜20的状态。因此可以检测隔膜20的阻塞状态。然而，也可以确定其他状态，例如隔膜20的温度或隔膜20被冰覆盖的程度。

借助电参数，不仅可以检测隔膜20的不同状态，而且隔膜20的连续激励模型还可以描述传感器行为。例如，该传感器行为可用于补偿水平波动或启用超声波传感器10的温度补偿。

Claims (14)

1.一种用于在超声波传感器(10)运行期间确定超声波传感器(10)的隔膜(20)状态的方法，通过执行以下方法步骤：

a)将处于预定义的第一频率曲线中的第一激励信号施加到超声波传感器(10)的隔膜(20)，

b)测量由第一激励信号引起的作为第一激励信号的频率(F)的函数的第一电压曲线(29)，

其特征在于，还包括以下步骤：

c)将具有不同于所述第一频率曲线的第二频率曲线的第二激励信号施加到所述超声波传感器(10)的隔膜(20)，

d)测量由所述第二激励信号引起的作为第二激励信号的频率(F)的函数的第二电压曲线(31)，

e)将所述第一电压曲线(29)沿第一方向(R1)移动一定量，并将所述第二电压曲线(31)沿第二方向(R2)移动相同的量，使得所述两条电压曲线的最大值(M1，M2)的各自位置在预定义的频率范围内彼此匹配，

f)确定在来自步骤e)的第一电压曲线(29)和第二电压曲线(31)之间延伸的第三电压曲线(30)，

g)通过确定用于连续激励隔膜(20)的模型的至少一个电参数并将至少一个参数与至少一个预定参考参数进行比较来确定隔膜(20)的状态；

其中，用于所述隔膜(20)的连续激励的模型具有并联电路中的第一电阻(R_p)、第一电感(L_p)和第一电容(C_p)，以及串联电路中的第二电阻(R_s)、第二电感(L_s)和第二电容(C_s)作为所述模型的电参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一激励信号为向下啁啾信号的形式，而所述第二激励信号为向上啁啾信号的形式。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于作为至少一个参数的第三电压曲线(30)的谐振频率与作为预定义参考参数的预定义谐振频率的比较，来附加地或替代地确定隔膜(20)的状态。

4.根据前述权利要求1或2所述的方法，其中，为所述隔膜(20)的预定状态预定义了参考参数，并且将所述模型的与其相关参考参数具有最大偏差的恰好一个电参数与相关参考参数进行比较，以确定所述隔膜(20)的状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述隔膜(20)的预定状态意味着所述隔膜(20)被冰或污染物覆盖。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述隔膜(20)的预定状态意味着所述隔膜(20)的温度。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于所述至少一个确定的电参数来确定所述隔膜(20)的覆盖程度和/或污染程度，以定量地确定所述隔膜(20)的状态。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述隔膜(20)损坏或被污染的情况下产生警告信号。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤f)中通过对所述第一和第二电压曲线(29，31)求平均来确定第三电压曲线(30)。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤e)中，当移动所述第一和第二电压曲线(29，31)时，所述第一方向(R1)与第二方向(R2)相反。

11.一种用于机动车辆(16)的分析系统，具有

-超声波传感器(10)，具有隔膜(20)，

-信号生成单元(12)，用于生成用于激励所述超声波传感器(10)的隔膜(20)的第一激励信号和第二激励信号，和

-评估单元(14)，其被设计为执行根据权利要求1至10中的任一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的分析系统，其中，所述第一激励信号为向下啁啾信号的形式，所述第二激励信号为向上啁啾信号的形式。

13.一种车辆辅助系统，具有如权利要求11至12之一所述的分析系统。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有具有程序编码工具的计算机程序，当所述计算机程序在电子评估单元的处理器上执行时，实施如前述权利要求1至10所述的方法。