DE102005038649A1 - Verfahren und System zum Betreiben eines Ultraschallwandlers - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallwandlers (10), der Ultraschallwellen aussendet und empfängt. DOLLAR A Erfindungsgemäß sieht das Verfahren einen Kalibrierungsvorgang (100) mit den folgenden Schritten vor: DOLLAR A - Ansteuern (110) des Ultraschallwandlers (10) mit einem Prüfsignal für eine vorgebbare Anregungszeit, wobei das Prüfsignal (P) vorzugsweise eine vorgebbare Frequenz aufweist, DOLLAR A - Ermitteln (120) einer Ausschwingfrequenz, mit der der Ultraschallwandler (10) nach der Anregung mit dem Prüfsignal (P) ausschwingt, DOLLAR A - Ermitteln (130) einer Betriebsfrequenz, insbesondere für eine zukünftige Ansteuerung des Ultraschallwandlers (10), in Abhängigkeit der ermittelten Ausschwingfrequenz.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallwandlers, der Ultraschallwellen aussendet und empfängt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zum Betreiben eines Ultraschallwandlers, mit mindestens einem Ultraschallwandler und mit einem den Ultraschallwandler ansteuernden Steuergerät.
  • Ultraschallwandler und entsprechende Systeme der vorstehend genannten Art werden beispielsweise in Abstandsmesssystemen eingesetzt, wie sie insbesondere im Kraftfahrzeugbereich verwendet werden, um einen Abstand zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Hindernis zu bestimmen.
  • Üblicherweise werden die Ultraschallwandler bei den herkömmlichen Systemen bzw. Betriebsverfahren mit Ansteuersignalen einer fest vorgegebenen Frequenz angesteuert, wobei die Frequenz beispielsweise durch eine Elektronik des den Ultraschallwandler ansteuernden Steuergeräts vorgegeben ist.
  • Prinzipiell wird die vorgegebene Frequenz auch bei den bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren so gewählt, dass sie im Bereich einer Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers liegt, um eine hohe elektroakustische Umwandlungseffizienz und damit eine hohe Empfindlichkeit zu erzielen. Bei gängigen Ultraschallsystemen aus dem Kraftfahrzeugbereich beträgt die Resonanzfrequenz beispielsweise etwa 40 kHz.
  • Allerdings weicht die fest vorgegebene Frequenz in der Praxis häufig nicht unerheblich von der tatsächlichen Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers ab, so dass herkömmliche Systeme eine suboptimale Reichweite sowie eine gesteigerte Anfälligkeit gegen Störungen aufweisen.
    •
  • Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass Ultraschallwandler mit optimaler Effizienz und damit einhergehend optimaler Reichweite sowie im Vergleich zu herkömmlichen Systemen verminderter Störanfälligkeit betrieben werden können.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Kalibrierungsvorgang vorgesehen ist, der folgende Schritte umfasst:
    • – Ansteuern des Ultraschallwandlers mit einem Prüfsignal für eine vorgebbare Anregungszeit, wobei das Prüfsignal vorzugsweise eine vorgebbare Frequenz aufweist,
    • – Ermitteln einer Ausschwingfrequenz, mit der der Ultraschallwandler nach der Anregung mit dem Prüfsignal ausschwingt,
    • – Ermitteln einer Betriebsfrequenz, insbesondere für eine zukünftige Ansteuerung des Ultraschallwandlers, in Abhängigkeit der ermittelten Ausschwingfrequenz.
  • Der erfindungsgemäße Kalibrierungsvorgang ermöglicht eine Ermittlung der tatsächlichen mechanischen Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers, die häufig von der idealen Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers abweicht, beispielsweise weil der Ultraschallwandler nicht in optimaler Weise akustisch entkoppelt ist von ihn umgebenden Bauteilen beziehungsweise Komponenten wie z.B. Gehäuseteilen und dergleichen. Eine an sich unerwünschte Kopplung dieser Art belastet den ein schwingungsfähiges System bildenden Ultraschallwandler und wirkt sich dementsprechend auf eine Frequenzcharakteristik des Ultraschallwandlers aus.
  • Beispielsweise kann bei einem Ultraschallwandler, der zur verbesserten Schallabstrahlung eine mit ihm verbundene Membran aufweist, allein eine Lackierung der Membran z.B. während des Fertigungsprozesses eines den Ultraschallwandler enthaltenden Kraftfahrzeugs eine nicht vernachlässigbare Veränderung des Frequenzgangs des Ultraschallwandlers bzw. eine Verschiebung der Resonanzfrequenz des aus dem Ultraschallwandler und der Membran bestehenden Systems bewirken. Der aufgebrachte Lack stellt einen zusätzlichen Massebelag des schwingungsfähigen Systems dar und belastet dieses entsprechend.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein ansonsten bei der Ansteuerung von Ultraschallwandlern primär unerwünschter Effekt ausgenutzt, der darin besteht, dass der Ultraschallwandler ein schwingungsfähiges System mit einer nichtverschwindenden Massenträgheit darstellt, so dass auch nach einer Deaktivierung eines den Ultraschallwandler ansteuernden Ansteuersignals ein Ausschwingen des Ultraschallwandlers in Form einer gedämpften Schwingung stattfindet.
  • Dieses Ausschwingen ist beispielsweise insbesondere bei Abstandsmessverfahren äußerst unerwünscht, da ein zur Abstandsmessung zu empfangendes, an einem Hindernis reflektiertes Signal, von dem Ausschwingen des Ultraschallwandlers überlagert und damit gestört wird. Erfindungsgemäß wird das ansonsten unerwünschte Ausschwingen dazu verwendet, die tatsächliche Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers zu bestimmen.
  • Sofern das erfindungsgemäß vorgesehene Prüfsignal nicht bereits zufällig dieselbe Frequenz aufweist wie die tatsächliche Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers, führt der Ultraschallwandler während der Anregungszeit, d.h. während der erfindungsgemäßen Ansteuerung des Ultraschallwandlers mit dem Prüfsignal, eine erzwungene Schwingung durch, deren Frequenz vorgegeben ist durch die Frequenz des Prüfsignals.
  • Sobald mit dem Ende der Anregungszeit das Prüfsignal deaktiviert wird, geht der Ultraschallwandler von der erzwungenen Schwingung mit der Frequenz des Prüfsignals über in eine gedämpfte Schwingung, die nach einer gewissen Übergangszeit die tatsächliche mechanische Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers annimmt, die vorliegend auch als Ausschwingfrequenz bezeichnet wird.
  • Das heißt, durch das erfindungsgemäße Ermitteln der Ausschwingfrequenz wird die tatsächliche mechanische Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers beziehungsweise eines durch den Ultraschallwandler und gegebenenfalls vorhandene parasitäre, mitschwingende Elemente gebildete schwingungsfähigen Systems erhalten.
  • Bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Kalibrierung nach einem Einbau des Ultraschallwandlers z.B. in einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs sind auf diese Weise auch durch den Einbau bedingte Veränderungen der Frequenzcharakteristik bzw. der Resonanzfrequenz berücksichtigbar, die bei herkömmlichen Systemen nicht ausgewertet bzw. festgestellt werden können.
  • Obwohl die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere bei bereits in hierfür vorgesehene Vorrichtungen integrierten Ultraschallwandlern sehr zweckmäßig ist, kann das Verfahren auch direkt z.B. bei der Herstellung von Ultraschallwandlern oder in sonstiger Weise auf noch nicht verbaute Ultraschallwandler angewandt werden, um deren Resonanzfrequenz mit großer Genauigkeit zu ermitteln.
  • Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist demnach die Möglichkeit, sowohl einzelne Ultraschallwandler auf ihre der Ausschwingfrequenz entsprechende tatsächliche mechanische Resonanzfrequenz zu untersuchen sowie bereits beispielsweise in einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs integrierte Ultraschallwandler, deren tatsächliche mechanische Resonanzfrequenz mitunter beträchtlich von derjenigen tatsächlichen mechanischen Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers in unverbautem Zustand abweicht.
  • Erfindungsgemäß wird eine insbesondere für eine zukünftige Ansteuerung des Ultraschallwandlers zu verwendende Betriebsfrequenz in Abhängigkeit der ermittelten Ausschwingfrequenz gewählt. Vorzugsweise wird die Betriebsfrequenz so gewählt, dass sie möglichst genau der ermittelten Ausschwingfrequenz entspricht. In diesem Fall ergibt sich – unabhängig von der tatsächlichen Anwendung des Ultraschallwandlers – ein besonders störarmer Betrieb des Ultraschallwandlers, da dieser bei seiner Resonanzfrequenz betrieben wird. Insbesondere ist bei der Ausschwingfrequenz bzw. Resonanzfrequenz auch eine elektroakustische Umwandlungseffizienz des Ultraschallwandlers maximal, so dass beispielsweise bei einer Verwendung des Ultraschallwandlers in Abstandsmesssystemen eine besonders große Reichweite erzielbar ist.
  • Ein weiterer Vorteil des Betriebs des Ultraschallwandlers bei der Ausschwingfrequenz liegt darin, dass eine Frequenzcharakteristik des Ultraschallwandlers bei ihrem Maximum, das heißt bei der Ausschwingfrequenz beziehungsweise bei der Resonanzfrequenz, eine verschwindende Steigung aufweist. Demgemäß wirken sich geringfügige Abweichungen der Betriebsfrequenz von der Ausschwingfrequenz im Bereich der Ausschwingfrequenz weniger ungünstig aus als in anderen Bereichen der Frequenzcharakteristik, bei denen die Steigung der Frequenzcharakteristik von Null verschiedene Werte aufweist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Prüfsignal mittels eines dem Ultraschallwandler zugeordneten Steuergeräts erzeugt.
  • Insbesondere kann zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Prüfsignals beziehungsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kalibrierungsvorgangs auch ein Steuergerät eingesetzt werden, welches auch außerhalb des Kalibrierungsvorgangs zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers vorgesehen ist. Beispielsweise kann bei einem Abstandsmesssystem für Kraftfahrzeuge das den Ultraschallwandler ansteuernde Steuergerät zu solchen Zeiten, in denen keine Abstandmessung erforderlich ist, das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise den erfindungsgemäßen Kalibrierungsvorgang durchführen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft in Form eines Programmcodes realisiert, der auf einer vorzugsweise als Mikrocontroller ausgebildeten Recheneinheit eines Steuergeräts ablaufen kann.
  • Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ausschwingfrequenz und/oder die Betriebsfrequenz in einem dem Ultraschallwandler zugeordneten Steuergerät gespeichert, beispielsweise in einem EEPROM-Speicher. Eine derartige Speicherung ist besonders zweckmäßig, weil ein auf diese Weise einmal ermittelter Wert für die Ausschwingfrequenz beziehungsweise die Betriebsfrequenz auch für zukünftige Ansteuerungen des Ultraschallwandlers verwendet werden kann.
  • Besonders vorteilhaft wird der erfindungsgemäße Kalibrierungsvorgang bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorgebbaren Zeitabständen, insbesondere periodisch, durchgeführt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass Änderungen an dem Ultraschallwandler, die insbesondere dessen Resonanzfrequenz beeinflussen, für die Ermittlung einer optimalen Betriebsfrequenz berücksichtigt werden. Beispielsweise kann sich auf dem Ultraschallwandler beziehungsweise dessen Membran niederschlagender Schmutz, der einen entsprechenden parasitären Massebelag des durch den Ultraschallwandler gebildeten schwingungsfähigen Systems darstellt, die Ausschwingfrequenz bzw. Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers beeinflussen. Ferner ist insbesondere bei dem Einsatz des Ultraschallwandlers in Kraftfahrzeugen eine Veränderung der Ausschwingfrequenz infolge eines Lackierens der Membran möglich. Durch die periodische Durchführung des erfindungsgemäßen Kalibriervorgangs ist sichergestellt, dass derartige Änderungen und eine dementsprechend veränderte Resonanzfrequenz in zukünftige Ansteuerungen miteinbezogen werden können.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelte Werte der Ausschwingfrequenz miteinander verglichen, insbesondere um hieraus eine Aussage über einen Funktionszustand des Ultraschallwandlers abzuleiten. Beispielsweise kann aus einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kalibrierungsvorgängen festgestellten sehr großen Änderung der Ausschwingfrequenz des Ultraschallwandlers auf einen Defekt des Ultraschallwandlers geschlossen werden.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines sinusförmigen Prüfsignals im Rahmen der erfindungsgemäßen Kalibrierung des Ultraschallwandlers, weil sie eine sehr präzise Bestimmung der Ausschwingfrequenz zulässt.
  • Alternativ hierzu kann das Prüfsignal auch in Form eines Rechtecksignals bereitgestellt werden. Ein derartiges Rechtecksignal kann im Gegensatz zu einem reinen Sinussignal besonders einfach durch eine in einem Steuergerät vorgesehene Recheneinheit erzeugt werden, insbesondere ohne externe Oszillatoren oder zusätzliche Filterschaltungen.
  • Beispielsweise kann ein rechteckförmiges Prüfsignal direkt aus einem Prozessortakt der Recheneinheit abgeleitet werden, z.B. durch bekannte Verfahren der Frequenzteilung oder durch einen interruptgesteuerten Timer der Recheneinheit oder dergleichen. Hierdurch sind in besonders einfacher Weise nahezu beliebige Frequenzen für das rechteckförmige Prüfsignal einstellbar.
  • Da der Ultraschallwandler bei dem Ausschwingvorgang nach einer Übergangszeit stets seine Resonanzfrequenz annimmt, wirkt sich die Ansteuerung mit dem Rechtecksignal, das gemäß Fourier eine gewichtete Summe verschiedener Sinussignale unterschiedlicher Frequenz darstellt, nicht nachteilig auf die Bestimmung der Ausschwingfrequenz aus.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ausschwingfrequenz mittels einer Spektralanalyse, insbesondere mittels einer FFT-Analyse, Fast Fourier Transformation-Analyse ermittelt.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit, die Ausschwingfrequenz zu bestimmen, besteht in der Detektion aufeinanderfolgender Nulldurchgänge des von dem Ultraschallsensor während des Ausschwingens abgegebenen Ausschwingsignals, beispielsweise durch eine Abtastung des Ausschwingsignals mittels eines Analog/Digital-Wandlers und durch eine Auswertung der Nulldurchgänge des Ausschwingsignals.
  • Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bei Ultraschallwandlern anwendbar, die in einem System zur Abstandsbestimmung insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
  • Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein System gemäß Patentanspruch 10 angegeben.
  • Das erfindungsgemäße System zum Betreiben eines Ultraschallwandlers weist mindestens einen Ultraschallwandler auf und ein den Ultraschallwandler ansteuerndes Steuergerät.
  • Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist ein Signalgenerator zur Erzeugung des Prüfsignals und/oder eines Ansteuersignals zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers außerhalb des Kalibrierungsvorgangs vorgesehen. Der Signalgenerator kann als separates Bauteil, beispielsweise in Form eines spannungsgesteuerten Oszillators oder eines vorzugsweise programmierbaren Frequenzteilers vorgesehen sein oder ganz besonders vorteilhaft direkt in eine in dem Steuergerät vorgesehene Recheneinheit integriert sein, wobei es insbesondere auch möglich ist, einen Großteil der Funktionalität des Signalgenerators in Form eines Programmcodes bereitzustellen, der von der Recheneinheit ausgeführt wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist gekennzeichnet durch Frequenzbestimmungsmittel zur Ermittlung der Ausschwingfrequenz, die – analog zu dem Signalgenerator – ebenfalls diskret bzw. als separates Bauteil ausgebildet oder direkt in die Recheneinheit integriert sein können.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist gekennzeichnet durch einen Speicher zur Speicherung der Ausschwingfrequenz und/oder der Betriebsfrequenz. Bei dem Speicher kann es sich insbesondere um einen nichtflüchtigen Speicher wie z.B. einen EEPROM-Speicher handeln.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
    •
  • In der Zeichnung zeigt:
  • 1 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
  • 3 eine Detailansicht eines in 2 abgebildeten Steuergeräts.
  • Das erfindungsgemäße System 200 zum Betreiben eines Ultraschallwandlers 10 ist in dem vereinfachten Blockschaltbild gemäß 2 gezeigt. Wie aus 2 ersichtlich, ist der Ultraschallwandler 10 von einem ihm zugeordneten Steuergerät 20 mit einem näher zu beschreibenden Prüfsignal P ansteuerbar, und das Steuergerät 20 kann Signale von dem Ultraschallwandler 10 einlesen, was in 2 durch den Pfeil 30 symbolisiert ist.
  • In 3 ist eine Detailansicht des Steuergeräts 20 wiedergegeben, in der ein Signalgenerator 21 sowie Frequenzbestimmungsmittel 22 gezeigt sind. Darüberhinaus weist das Steuergerät 20 einen nichtflüchtigen Speicher 26 sowie eine als Mikrocontroller ausgebildete Recheneinheit 25 auf, die mit den Komponenten 21, 22, 26 über einen Datenbus 27 verbunden ist.
  • Zur Kalibrierung der Betriebsfrequenz wird in dem System 200 (2) das nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren 100 durchgeführt, dessen wesentliche Schritte aus dem in 1 abgebildeten Flussdiagramm hervorgehen.
  • Zunächst wird der Ultraschallwandler 10 in dem Schritt 110 für eine vorgebbare Anregungszeit mit dem Prüfsignal P angesteuert, das in dem Steuergerät 20 durch den Signalgenerator 21 erzeugt wird. Bei dem Prüfsignal P kann es sich um ein sinusförmiges Signal handeln oder auch um ein rechteckförmiges Signal. Das Prüfsignal P ist seiner Frequenz und Amplitude nach so gewählt, dass es den Ultraschallwandler 10 zu Schwingungen anregt, und dass nach der Ansteuerung mit dem Prüfsignal P ein messbarer Ausschwingvorgang stattfindet, so dass gegen Ende des Ausschwingvorgangs in dem Schritt 120 (1) eine sich bei dem Ausschwingen einstellende Ausschwingfrequenz durch die Frequenzbestimmungsmittel 22 ermittelt werden kann.
  • Da der Ultraschallwandler 10 unter Beaufschlagung des Prüfsignals P während der Anregungszeit zunächst eine erzwungene Schwingung mit der Frequenz des Prüfsignals P ausführt, wird nach der Deaktivierung des Prüfsignals P zunächst eine vorgebbare Wartezeit abgewartet, bevor in Schritt 120 die Ausschwingfrequenz ermittelt wird.
  • Während der Wartezeit geht der Ultraschallwandler 10 von der erzwungenen Schwingung mit der Frequenz des Prüfsignals P in eine gedämpfte Schwingung über, deren Frequenz der eigenen Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers 10 sowie ggf. mit diesem gekoppelter Elemente wie z.B. einer Membran entspricht.
  • D.h., nach der Wartezeit schwingt der Ultraschallwandler 10 mit seiner Resonanzfrequenz, die erfindungsgemäß in Schritt 120 in Form der Ausschwingfrequenz ermittelt wird.
  • Schließlich wird in Schritt 130 eine Betriebsfrequenz, insbesondere für eine zukünftige Ansteuerung des Ultraschallwandlers 10, in Abhängigkeit der ermittelten Ausschwingfrequenz bestimmt. Bevorzugt wird die Betriebsfrequenz so gewählt, dass sie übereinstimmt mit der Ausschwingfrequenz, wodurch der Ultraschallwandler 10 dementsprechend mit seiner Resonanzfrequenz angesteuert wird und eine entsprechend hohe elektroakustische Umwandlungseffizienz und eine geringe Störanfälligkeit aufweist.
  • Das vorstehend beschriebene Kalibrierungsverfahren 100 wird vorzugsweise periodisch durchgeführt, um stets die tatsächliche Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers 10 z.B. zur Ansteuerung im Rahmen eines Abstandsmessverfahrens oder dergleichen verwenden zu können. Vorteilhaft wird eine ermittelte Ausschwing- bzw. Resonanzfrequenz oder eine gemäß Schritt 130 hieraus abgeleitete Betriebsfrequenz in dem Speicher 26 des Steuergeräts 20 abgelegt.
  • Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, die periodisch ermittelten Werte für die Ausschwingfrequenz z.B. im Hinblick auf einen Funktionszustand des Ultraschallwandlers 10 zu untersuchen bzw. zu vergleichen. Beispielsweise kann aus einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kalibrierungsvorgängen 100 festgestellten sehr großen Änderung der Ausschwingfrequenz des Ultraschallwandlers 10 auf eine starke Verschmutzung oder einen Defekt des Ultraschallwandlers 10 geschlossen werden.
  • Obwohl die Komponenten 21, 22, 26 in 3 als separate Blöcke abgebildet sind, können sie ganz oder zumindest teilweise auch direkt in der Recheneinheit 25 realisiert sein, z.B. in Form von Programmcode, der die entsprechende Funktionalität bereitstellt oder auch in Form von in die Recheneinheit integrierten Komponenten wie z.B. ein integrierter Oszillator 21 zur Erzeugung des Prüfsignals P oder eines sonstigen zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers 10 verwendeten Signals.
  • Die Frequenzbestimmungsmittel 22 können die Ausschwingfrequenz beispielsweise nach dem Prinzip der Fourieranalyse, z.B. in Form einer FFT, Fast Fourier Transformation, ermitteln.
  • Alternativ hierzu können die Frequenzbestimmungsmittel 22 auch als Frequenzzähler oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Neben einer periodischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch denkbar, den Kalibrierungsvorgang 100 z.B. nach einer Fertigung eines Ultraschallwandlers 10 durchzuführen, um dessen Resonanzfrequenz bzw. die optimale Betriebsfrequenz zu ermitteln. Diese optimale Betriebsfrequenz kann anschließend als Parameter beispielsweise in einem dem Ultraschallwandler 10 zugeordneten Steuergerät abgelegt werden, so dass das Steuergerät für einen zukünftigen Betrieb stets die optimale Betriebsfrequenz durch Auswerten des Parameters ermitteln kann. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, das Steuergerät selbst mit einer Funktionalität zu versehen, die es ihm erlaubt, die erfindungsgemäßen Schritte 110, 120, 130 selbst durchzuführen.
  • Vielmehr kann z.B. eine in dem Fertigungsprozess des Ultraschallwandlers 10 vorgesehene Prüfeinrichtung (nicht gezeigt) die Ausschwingfrequenz unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 (1) bestimmen und einen entsprechenden Parameter für das Steuergerät bereitstellen, das in seinem späteren Betrieb nur jeweils den Parameter liest und eine entsprechende Betriebsfrequenz zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers 10 wählt.
  • In diesem Fall benötigt das Steuergerät selbst keinen Signalgenerator 21 oder Frequenzbestimmungsmittel 22 bzw. die entsprechende Funktionalität.
  • Bei einer derartigen Konfiguration ist es auch denkbar, dass der erfindungsgemäße Kalibrierungsvorgang 100 bei einer routinemäßigen Wartung z.B. eines das System enthaltenden Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) durchgeführt wird so dass die momentane Resonanzfrequenz unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 z.B. durch einen Diagnosetester ermittelt wird und der entsprechende Wert für die optimale Betriebsfrequenz dem jeweiligen Steuergerät übergeben wird.
  • Durch den Betrieb des Ultraschallwandlers 10 bei Resonanzfrequenz ist eine geringere Störempfindlichkeit gegeben.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Ultraschallwandlers (10), der Ultraschallwellen aussendet und empfängt, gekennzeichnet durch einen Kalibrierungsvorgang (100), der folgende Schritte umfasst: – Ansteuern (110) des Ultraschallwandlers (10) mit einem Prüfsignal (P) für eine vorgebbare Anregungszeit, wobei das Prüfsignal (P) vorzugsweise eine vorgebbare Frequenz aufweist, – Ermitteln (120) einer Ausschwingfrequenz, mit der der Ultraschallwandler (10) nach der Anregung mit dem Prüfsignal (P) ausschwingt, – Ermitteln (130) einer Betriebsfrequenz, insbesondere für eine zukünftige Ansteuerung des Ultraschallwandlers (10), in Abhängigkeit der ermittelten Ausschwingfrequenz.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Prüfsignal (P) mittels eines dem Ultraschallwandler (10) zugeordneten Steuergeräts (20) erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschwingfrequenz und/oder die Betriebsfrequenz in einem dem Ultraschallwandler (10) zugeordneten Steuergerät (20) gespeichert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (10) mit der Betriebsfrequenz betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierungsvorgang (100) in vorgebbaren Zeitabständen, insbesondere periodisch, durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelte Werte der Ausschwingfrequenz miteinander verglichen werden, insbesondere, um hieraus eine Aussage über einen Funktionszustand des Ultraschallwandlers (10) abzuleiten.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ultraschallwandler (10) in einem System zur Abstandsbestimmung verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sinusförmiges Prüfsignal (P) verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschwingfrequenz mittels einer Spektralanalyse, insbesondere mittels einer FFT-Analyse, Fast Fourier Transformation-Analyse, ermittelt wird.
  10. System (200) zum Betreiben eines Ultraschallwandlers (10), mit mindestens einem Ultraschallwandler (10) und mit einem den Ultraschallwandler (10) ansteuernden Steuergerät (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (10) im Rahmen eines Kalibriervorgangs (100) für eine vorgebbare Anregungszeit mit einem Prüfsignal (P) ansteuerbar ist, wobei das Prüfsignal (P) vorzugsweise eine vorgebbare Frequenz aufweist, dass eine Ausschwingfrequenz, mit der der Ultraschallwandler (10) nach der Anregung mit dem Prüfsignal (P) ausschwingt, ermittelbar ist, und dass eine Betriebsfrequenz, insbesondere für eine zukünftige Ansteuerung des Ultraschallwandlers (10), in Abhängigkeit der ermittelten Ausschwingfrequenz ermittelbar ist.
  11. System (200) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator (21) zur Erzeugung des Prüfsignals (P) und/oder eines Ansteuersignals zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers (10) außerhalb des Kalibriervorgangs (100).
  12. System (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, gekennzeichnet durch Frequenzbestimmungsmittel (22) zur Ermittlung der Ausschwingfrequenz.
  13. System (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch einen Speicher (26) zur Speicherung der Ausschwingfrequenz und/oder der Betriebsfrequenz.
  14. System (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise als Mikrocontroller ausgebildete Recheneinheit (25).
  15. System (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System (200) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 geeignet ist.
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