DE102006054095A1

DE102006054095A1 - Ultrasonic sensor for e.g. monitoring surrounding of industrial and automobile areas, has damping unit i.e. induction coil, provided for reducing reverberation time of ultrasonic source after production of ultrasonic pulses

Info

Publication number: DE102006054095A1
Application number: DE200610054095
Authority: DE
Inventors: Heinz Herbrik; Andreas Wienicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-05-21

Abstract

The sensor has an ultrasonic source i.e. piezoelectric unit (4), for producing ultrasonic pulses, and an ultrasonic receiver for receiving ultrasonic waves. A damping unit i.e. induction coil (6), is provided for reducing a reverberation time of the ultrasonic source after the production of the ultrasonic pulses, where the damping element is designed as an adjustable unit. A transformer is provided for supplying a voltage to the ultrasonic source. An independent claim is also included for a method for operating an ultrasonic sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor zur Detektion von Objekten sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallsensors.The The invention relates to an ultrasonic sensor for detecting objects and a method of operating an ultrasonic sensor.

Zur Umfeldbeobachtung im industriellen und auch automobilen Bereich sind Ultraschallsensoren weit verbreitet. Sie beruhen auf dem Prinzip, dass von einer Ultraschallquelle ein kurzer Ultraschallpuls ausgesendet wird, der an Objekten, die sich in der Umgebung der Ultraschallquelle befinden, reflektiert und von einem Ultraschallempfänger aufgenommen wird. Aus der Laufzeit des Ultraschallpulses kann bei bekannter Schallgeschwindigkeit im umgebenden Medium damit in einfacher Weise auf den Abstand des Objektes von Ultraschallquelle und -empfänger geschlossen werden. Oftmals wird zur Erzeugung des Ultraschallpulses in der Ultraschallquelle ein Piezoelement verwendet, das mittels einer angelegten Wechselspannung in Schwingungen versetzt wird. Ebenso ist es üblich, das zur Schwingungserzeugung verwendete Piezoelement auch zur Detektion der reflektierten Ultraschallwellen zu verwenden. In diesem Fall ist es wünschenswert, das Nachschwingen des Piezoelements nach der Erzeugung eines Ultraschallpulses so schnell wie möglich abklingen zu lassen, um frühzeitig einen Zustand zu erreichen, in dem – üblicherweise schwache – reflektierte Pulse, die das nunmehr als Sensor wirkende Piezoelement erreichen, empfangen werden können. Je schneller es gelingt, die Schwingung des Piezoelements abklingen zu lassen, desto früher steht dieses als Sensor zum Empfang zur Verfügung; damit verringert sich im Ergebnis der Mindestabstand, ab dem Objekte von dem Ultraschallsensor detektiert werden können. Um das gewünschte schnelle Abklingverhalten zu erreichen, werden üblicherweise Dämpfungselemente verwendet, die die Schwingung des Piezoelements nach der Anregung des Pulses dämpfen. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, eine Induktionsspule parallel zu dem Piezoelement zu schalten. Durch das Nachschwingen des Piezoelements wird eine Spannung erzeugt und damit die parallel geschaltete Induktionsspule mit einem Strom beaufschlagt, was im Ergebnis zu einer Dämpfung der Nachschwingung des Piezoelements führt. Die Problematik bei dieser Lösung besteht jedoch darin, dass die verwendete Induktionsspule gegenüber elektromagnetischen Störungen in der Regel vergleichsweise anfällig ist, d. h., dass sie als Antenne für elektromagnetische Wellen wirkt und damit die empfindliche Empfängerelektronik des Ultraschallsensors stört. Diese Problematik tritt insbesondere auch deswegen auf, weil die empfangenen Ultraschallwellen um Größenordnungen schwächer sind als die ausgesendeten, so dass zur Detektion der reflektierten Ultraschallpulse hohe Verstärkungen notwendig sind, durch die auch über die Induktionsspule eingekoppelte externe Störungen ebenso verstärkt werden.to Monitoring the environment in the industrial and also in the automotive sector Ultrasonic sensors are widely used. They are based on the principle that emitted from an ultrasonic source a short ultrasonic pulse which is attached to objects that are in the environment of the ultrasound source are located, reflected and recorded by an ultrasonic receiver. From the duration of the ultrasonic pulse can at known sound velocity in the surrounding medium so in a simple manner to the distance of Object of ultrasonic source and receiver are closed. often is used to generate the ultrasonic pulse in the ultrasound source a piezoelectric element used by means of an applied AC voltage is set in vibration. It is also common for vibration generation used piezo element also for the detection of the reflected ultrasonic waves to use. In this case, it is desirable to reverberate of the piezoelectric element after the generation of an ultrasonic pulse so as soon as possible subside early reach a state where - usually weak - reflected Pulses that reach the piezoelectric element, which now acts as a sensor, can be received. The faster it succeeds, the oscillation of the piezoelectric element decays to let the sooner this is available as a sensor for reception; that reduces as a result, the minimum distance from which objects from the ultrasonic sensor can be detected. To the desired To achieve fast decay behavior, usually damper elements used, which is the vibration of the piezoelectric element after the excitation of the pulse. A possibility For this purpose, an induction coil is parallel to the piezoelectric element to switch. The ringing of the piezoelectric element becomes a voltage generates and thus the parallel-connected induction coil with a Power applied, resulting in a damping of the ringing of the Piezoelements leads. The problem with this solution is, however, that the induction coil used to electromagnetic disorders usually comparatively vulnerable is, d. h., That it acts as an antenna for electromagnetic waves and thus the sensitive receiver electronics of the ultrasonic sensor interferes. This problem arises in particular because the received ultrasonic waves are orders of magnitude weaker as the emitted, so that for the detection of the reflected ultrasonic pulses high reinforcements necessary, through which too the induction coil coupled external disturbances are also amplified.

Es ist also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor und ein Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallsensors anzugeben, bei dem eine kurze Abklingzeit der Nachschwingung des Piezoelements bei gleichzeitiger Minimierung der Störanfälligkeit des Sensors erreicht werden kann.It So is the object of the present invention, an ultrasonic sensor and to provide a method for operating an ultrasonic sensor, in which a short decay of the reverberation of the piezoelectric element achieved while minimizing the susceptibility of the sensor can be.

Diese Aufgabe wird durch den Ultraschallsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.These The object is achieved by the ultrasonic sensor having the features of the patent claim 1 and by the method having the features of the claim 6 solved. The dependent claims relate to advantageous developments and variants of the invention.

Ein Ultraschallsensor zur Detektion von Objekten zeigt eine Ultraschallquelle zur Erzeugung von Ultraschallpulsen sowie einen Ultraschallempfänger zum Empfang von Ultraschallwellen, die üblicherweise von Objekten in der Umgebung des Ultraschallsensors reflektiert werden. Darüber hinaus zeigt der Ultraschallsensor ein Dämpfungselement zur Verringerung der Nachschwingzeit der Ultraschallquelle nach der Erzeugung eines Ultraschallpulses, dabei ist das Dämpfungselement als schaltbares Element ausgeführt. Mit anderen Worten wird die Möglichkeit geschaffen, das Dämpfungselement bei Bedarf vom Rest der Schaltung abzukoppeln. Auf diese Weise wird die Gefahr des Eintrags von externen Störungen in die Empfängerschaltung über das Dämpfungselement wirksam ausgeschlossen.One Ultrasonic sensor for detecting objects shows an ultrasonic source for generating ultrasonic pulses and an ultrasonic receiver for Reception of ultrasonic waves, usually from objects in the environment of the ultrasonic sensor are reflected. Furthermore the ultrasonic sensor shows a damping element for reduction the ringing time of the ultrasonic source after the generation of a Ultrasonic pulse, while the damping element is as a switchable Element executed. In other words, the possibility is created the damping element if necessary disconnect from the rest of the circuit. This way will the risk of entry of external disturbances in the receiver circuit via the damping element effectively excluded.

Dabei kann in vorteilhafter Weise die Ultraschallquelle ein Piezoelement enthalten, das so ausgebildet ist, dass es auch zum Empfang von Ultraschallwellen verwendet werden kann. Auf diese Weise lässt sich eine besonders kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Sensors realisieren. Als Dämpfungselement kann eine parallel zu dem Piezoelement geschaltete Induktionsspule verwendet werden. Der Vorteil bei der Verwendung einer Induktionsspule liegt insbesondere darin, dass diese sich so dimensionieren lässt, dass sich ein optimales Abklingverhalten des Piezoelements nach der Anregung eines Ultraschallpulses ergibt.there Advantageously, the ultrasonic source is a piezoelectric element included, which is also designed to receive Ultrasonic waves can be used. That way you can a particularly compact design of the sensor according to the invention realize. As a damping element may be an induction coil connected in parallel with the piezoelectric element be used. The advantage of using an induction coil lies in the fact that it can be dimensioned so that an optimal decay behavior of the piezoelectric element after the excitation an ultrasonic pulse results.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zur Spannungsversorgung der Ultraschallquelle ein Transformator vorhanden, der in der Weise mit der Ultraschallquelle zusammenwirkt, dass die Sekundärspule des Transformators als Dämpfungselement dient. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Realisation des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors gewährleistet, da aufgrund der Doppelfunktionalität der Sekundärspule des Transformators ein Bauteil eingespart werden kann.In An advantageous development of the invention is the power supply the ultrasonic source, a transformer present in the manner with the ultrasonic source cooperates, that the secondary coil of the Transformer as a damping element serves. In this way, a particularly simple realization of the ultrasonic sensor according to the invention guaranteed because of the dual functionality of the secondary coil of the Transformers a component can be saved.

Der Ultraschallsensor wird in der nachfolgenden Weise betrieben: Zunächst wird das Piezoelement über einen Wechselspannung zu Schwingungen angeregt, über die ein Ultraschallpuls erzeugt wird; dabei wird nach der Erzeugung des Ultraschallpulses die Nachschwingzeit des Piezoelements dadurch verringert, dass die beim Nachschwingen des Piezoelements erzeugte elektrische Spannung von einem Dämpfungselement aufgenommen und über einen Stromfluss in elektrische Leistung umgewandelt wird, so dass die Schwingung des Piezoelementes gedämpft wird. Sobald die Nachschwingung des Piezoelements hinreichend abgeklungen ist, wird der Stromfluss durch das Dämpfungsele ment unterbunden und auf diese Weise das Dämpfungselement abgeschaltet.The ultrasonic sensor is operated in the following manner: First, the piezoelectric element is excited via an alternating voltage to oscillations, via which an ultrasonic pulse is generated becomes; In this case, after the generation of the ultrasonic pulse, the ringing time of the piezoelectric element is reduced by the electrical voltage generated during the ringing of the piezoelectric element is absorbed by a damping element and converted by a current flow into electrical power, so that the vibration of the piezoelectric element is attenuated. Once the Nachschwingung the piezoelectric element has decayed sufficiently, the current flow through the Dämpfungsele element is suppressed and thus turned off the damping element.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann es sich bei dem Dämpfungselement um eine zu dem Piezoelement parallel geschaltete Induktionsspule handeln, die dadurch abgeschaltet wird, dass über einen mit der Induktionsspule verbundenen Feldeffekttransistor eine bestehende Masseverbindung der Spule getrennt wird. Der Vorteil dieser Variante besteht in der variablen Schaltbarkeit des Feldeffekttransistors, der eine gute Kontrollierbarkeit des Abschaltvorgangs des Dämpfungselements gewährleistet.In an advantageous variant of the invention may be in the damping element around an induction coil connected in parallel to the piezoelectric element act, which is switched off by that with one with the induction coil connected field effect transistor an existing ground connection the coil is disconnected. The advantage of this variant is in the variable switchability of the field effect transistor, the one Good controllability of the shutdown of the damping element guaranteed.

Zum Schutz des Feldeffekttransistors vor hohen Spannungen kann die Induktionsspule parallel zum Feldeffekttransistor über zwei antiparallel geschaltete Dioden, insbesondere eine BAV 99 mit der Masse verbunden werden; hierdurch kann die Masseverbindung insbesondere so lange kurzgeschlossen werden, so lange in der Induktionsspule Spannungen von über 0,7 Volt induziert werden. Nachfolgend kann für geringere induzierte Spannungen ein kontrolliertes Abschalten der Induktionsspule über den Feldeffekttransistor vorgenommen werden. Dabei kann das kontrollierte Abschalten der Induktionsspule über den Feldeffekttransistor in der Weise erfolgen, dass am Gate des Feldeffekttransistors eine nach einer vorbestimmten Funktion zeitlich abfallende Spannung angelegt wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass durch ein allzu abruptes Abschalten der Induktionsspule zusätzliche Störungen, insbesondere in der Empfängerelektronik, generiert werden.To the Protection of the field effect transistor from high voltages, the induction coil parallel to the field effect transistor via two antiparallel connected Diodes, in particular a BAV 99 are connected to the ground; As a result, the ground connection can be short-circuited for so long are, as long in the induction coil voltages greater than 0.7 Volts are induced. Below can be for lower induced voltages a controlled shutdown of the induction coil over the Field effect transistor can be made. It can be controlled Turn off the induction coil via the field effect transistor in such a way that at the gate of Field effect transistor one after a predetermined function in time decreasing voltage is applied. This will prevent that by an overly abrupt shutdown of the induction coil additional disorders, especially in the receiver electronics, to be generated.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 9 näher erläutert.The invention will be described below with reference to 1 to 9 explained in more detail.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des Ultraschallsensors. Dabei ist das Piezoelement 4, das sowohl zur Anregung als auch zum Empfang von Ultraschallwellen verwendet wird, mit dem Versorgungstransformator 1 als Spannungsquelle verbunden. Der Versorgungstransformator 1 zeigt dabei die Pri märspule 11 und die Sekundärspule 12; zwischen ihm und dem Piezoelement 4 befinden sich zur Entkopplung im Signalweg die als BAV 99 ausgebildeten ersten antiparallel geschalteten Dioden 3. Die Dioden 3 dienen dabei einerseits zur Störungsentkopplung, andererseits auch zur elektrischen Abtrennung des Transformators 1, der im Empfangsfall auch das Empfangssignal kurzschließen bzw. dämpfen würde. Ebenfalls mit dem Piezoelement 4 verbunden ist die Auswerteschaltung 14, die zur Auswertung der empfangenen Signale dient. Zwischen der Auswerteschaltung 14 und dem Piezoelement 4 befinden sich zur Strombegrenzung der Ohmsche Widerstand 9 sowie zur Spannungsbegrenzung die als BAV 99 ausgebildeten zweiten antiparallel geschalteten Dioden 10 sowie der Kondensator 13, der zur Gleichstromabtrennung dient. Ebenfalls parallel zum Piezoelement 4 ist die Induktionsspule 6 geschaltet, die im vorliegenden Fall eine Induktivität von 2 mH aufweist. Die Masseverbindung der Induktionsspule 6 wird über die ebenfalls als BAV 99 ausgebildeten dritten antiparallel geschalteten Dioden 8 sowie über den dazu parallel geschalteten Feldeffekttransistor 7 realisiert. Das Gate des Feldeffekttransistors 7 ist mit der Steuerschaltung für die Gatespannung 5 verbunden. Die dritten antiparallel geschalteten Dioden 8 dienen dabei dazu, Spannungen, die einen Wert von 0,7 Volt überschreiten, über Masse abzuleiten. Auf diese Weise wird der spannungsempfindliche Feldeffekttransistor 7 vor Zerstörung oder Beschädigung durch Überspannungen geschützt. Sobald die in die Induktionsspule induzierten Spannungen einen Wert von 0,7 Volt unterschreiten, kann die Masseverbindung der Induktionsspule 6 über den Feldeffekttransistor 7 hergestellt werden, der allerdings nach einem bestimmten Zeitraum nach der Anregung des Ultraschallpulses über die Steuerschaltung für die Gatespannung 5 auf Sperren geschaltet wird. Dadurch wird die Induktionsspule 6 von der Masseverbindung getrennt und verliert ihre Wirkung als dämpfendes Element. Darüber hinaus stellt sich in erfinderischer Weise jedoch der Effekt ein, dass die Antennenwirkung der Induktionsspule 6 durch die Trennung von der Masseverbindung wesentlich reduziert wird und damit die Gefahr von eingebrachten Störungen aufgrund Einstrahlungen elektromagnetischer Wellen über die Induktionsspule 6 wirksam verringert wird. 1 shows a first embodiment of the ultrasonic sensor. Here is the piezo element 4 , which is used both for the excitation and for the reception of ultrasonic waves, with the supply transformer 1 connected as a voltage source. The supply transformer 1 shows the primary coil 11 and the secondary coil 12 ; between him and the piezo element 4 are located for decoupling in the signal path designed as BAV 99 first antiparallel connected diodes 3 , The diodes 3 serve on the one hand for interference decoupling, on the other hand, for the electrical separation of the transformer 1 , which would short circuit or attenuate the received signal in the case of reception. Also with the piezo element 4 connected is the evaluation circuit 14 , which is used to evaluate the received signals. Between the evaluation circuit 14 and the piezo element 4 are located to limit the current Ohmic resistance 9 as well as for limiting the voltage formed as BAV 99 second antiparallel connected diodes 10 as well as the capacitor 13 which serves for DC separation. Also parallel to the piezo element 4 is the induction coil 6 switched, which has an inductance of 2 mH in the present case. The earth connection of the induction coil 6 is via the also formed as BAV 99 third antiparallel connected diodes 8th as well as via the parallel field effect transistor 7 realized. The gate of the field effect transistor 7 is connected to the control circuit for the gate voltage 5 connected. The third antiparallel connected diodes 8th serve to divert voltages exceeding 0.7 volts across ground. In this way, the voltage-sensitive field effect transistor 7 Protected against destruction or damage due to overvoltages. As soon as the voltages induced in the induction coil fall below a value of 0.7 volts, the ground connection of the induction coil can 6 over the field effect transistor 7 However, after a certain period of time after the excitation of the ultrasonic pulse via the control circuit for the gate voltage 5 is switched to locks. This will cause the induction coil 6 separated from the ground connection and loses its effect as a damping element. In addition, however, in an inventive manner, the effect arises that the antenna effect of the induction coil 6 is significantly reduced by the separation of the ground connection and thus the risk of interference introduced due to irradiation of electromagnetic waves through the induction coil 6 is effectively reduced.

2 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors, bei dem der Versorgungstransformator 1 der weiteren Funktionalität zugeführt wird, dass seine Sekundärspule 12 als dämpfendes Element verwendet wird. Aus 2 wird ersichtlich, dass hierzu lediglich eine geringfügige Modifikation des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors notwendig ist; zudem können auf diese Weise sowohl die Induktionsspule 6 als auch die ersten antiparallel geschalteten Dioden (Bezugszeichen 3 in 1) eingespart werden, was zu einer Vereinfachung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors führt. 2 shows a variant of the ultrasonic sensor according to the invention, in which the supply transformer 1 the additional functionality is supplied to its secondary coil 12 is used as a damping element. Out 2 it will be seen that for this purpose only a slight modification of the ultrasonic sensor according to the invention is necessary; In addition, in this way, both the induction coil 6 as well as the first antiparallel connected diodes (reference numeral 3 in 1 ), which leads to a simplification of the ultrasonic sensor according to the invention.

3 zeigt in einer skizzenhaften Darstellung als Kurve 15a den Spannungsverlauf über der Zeit am Gate des Feldeffekttransistors 7 sowie als Kurve 16a das an dem Piezoelement 4 anliegende Spannungssignal. Dabei entspricht in 3 wie auch in den 4 und 5 ein Skalenteil auf der Abszisse einem Zeitraum von 5 ms. Kurve 17a repräsentiert das Triggersignal, durch das der Ultraschallpuls ausgelöst wird. Deutlich erkennbar ist die allmählich abfallende Spannung an dem Gate des Feldeffekttransistors 7, die dazu führt, dass der Feldeffekttransistor 7 allmählich die Induktionsspule 6 von der Masseverbindung isoliert. Dadurch wird die Wirkung der Induktionsspule 6 als Antenne, die zu störenden Effekten führt, deutlich reduziert. Darüber hinaus hat die in 3 dargestellte allmähliche Reduktion der Spannung am Gate die Wirkung, dass Störungen, die aus einem abrupten Trennen der Induktionsspule 6 resultieren könnten, weitgehend unterbunden werden. 3 shows in a sketchy representation as a curve 15a the voltage over time at the gate of the field effect transistor 7 as well as a curve 16a that on the piezoelectric element 4 fitting Voltage signal. It corresponds to in 3 as well as in the 4 and 5 a scale portion on the abscissa for a period of 5 ms. Curve 17a represents the trigger signal that triggers the ultrasound pulse. Clearly visible is the gradually decreasing voltage at the gate of the field effect transistor 7 that causes the field effect transistor 7 gradually the induction coil 6 isolated from the ground connection. This will affect the induction coil 6 as an antenna, which leads to disturbing effects, significantly reduced. In addition, the in 3 illustrated gradual reduction of the voltage at the gate the effect that interference resulting from an abrupt disconnection of the induction coil 6 could be largely prevented.

Die in 4 dargestellte Situation unterscheidet sich von der Situation in 3 dadurch, dass die Masseverbindung der Induktionsspule 6 ständig aufrechterhalten wird; also auf ein Abschalten der Induktionsspule 6 verzichtet wird. Dies wird in 3 insbesondere dadurch erkennbar, dass die Kurve 15b, die den Spannungsverlauf am Gate des Feldeffekttran sistors 7 darstellt, näherungsweise konstant verläuft. Durch diese Maßnahme bleibt die Induktionsspule 6 während der gesamten Messzeit aktiv. Ein Vergleich der in 4 dargestellten Kurve 17b mit der in 3 dargestellten Kurve 17a ergibt, dass aus dem Abschalten der Induktionsspule 6 keine Verschlechterung des Messsignals resultiert. Mit anderen Worten bleibt die Empfindlichkeit der Anordnung bei einer wesentlichen Erhöhung der Resistenz gegenüber Störungen erhalten.In the 4 The situation shown differs from the situation in 3 in that the ground connection of the induction coil 6 is constantly maintained; So on a shutdown of the induction coil 6 is waived. This will be in 3 in particular recognizable by the fact that the curve 15b , the sistor the voltage at the gate of the Feldeffekttran 7 represents, approximately constant. By this measure, the induction coil remains 6 active during the entire measuring time. A comparison of in 4 illustrated curve 17b with the in 3 illustrated curve 17a that results from turning off the induction coil 6 no deterioration of the measurement signal results. In other words, the sensitivity of the device is maintained with a substantial increase in resistance to interference.

5 bezieht sich auf die Situation, dass die Induktionsspule 6 abgeklemmt ist und damit keinen Einfluss auf das Verhalten des Ultraschallsensors haben kann. Deutlich erkennbar ist ein wesentlich längeres Nachschwingen des Piezoelementes 4, was dazu führt, dass in dieser Anordnung der aus dem Nachschwingen des Piezoelementes 4 resultierende blinde Bereich in der unmittelbaren Nähe des Ultraschallsensors gegenüber der in den 3 und 4 dargestellten Situation wesentlich vergrößert ist. 5 refers to the situation that the induction coil 6 is disconnected and thus can not influence the behavior of the ultrasonic sensor. Clearly recognizable is a much longer ringing of the piezoelectric element 4 , resulting in that in this arrangement of the ringing of the piezoelectric element 4 resulting blind area in the immediate vicinity of the ultrasonic sensor compared to in the 3 and 4 shown situation is significantly increased.

In den 6 bis 9 ist der Einfluss der Geschwindigkeit und der Zeitpunkt des Abschaltens der Induktionsspule 6 über den zeitlichen Abfall der Gatespannung illustriert. Hierzu wurde in einem Testaufbau eine Tonne als Ultraschallziel in einem festen Abstand von dem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor angeordnet und sowohl der Zeitpunkt als auch die Geschwindigkeit des Abschaltens der Induktionsspule 6 variiert. In den 6 bis 8 ist die Situation dargestellt, dass bei unveränderter Abschaltgeschwindigkeit der Induktionsspule 6 der Zeitpunkt des Ausschaltens variiert wird. Das Ausschalten der Induktionsspule 6, d. h. das Abklingen der Spannung am Gate auf 0, erstreckt sich dabei in allen drei Fällen über einen Zeitraum von ca. 20 ms. In 6 ist der Fall dargestellt, dass die Induktionsspule 6 abgeschaltet wird, nachdem das an der Tonne reflektierte Signal am Sensor eintrifft; im Gegensatz dazu ist in 7 die Situation dargestellt, dass die Induktionsspule 6 abgeschaltet wird, bevor das an der Tonne reflektierte Signal (Maximum der Kurve 16 im mittleren Bereich der Darstellung) am Sensor eintrifft. 8 zeigt den Fall, dass die Induktionsspule 6 abgeschaltet wird, während das an der Tonne reflektierte Signal am Sensor eintrifft. Die unterschiedlichen Abschaltzeitpunkte der Induktionsspule 6 werden dabei dadurch realisiert, dass das Absenken der Spannung am Gate des Feldeffekttransistors 7 von einem jeweils anderen Ausgangswert aus erfolgt. Wie bereits erwähnt, wird jedoch in jedem der geschilderten drei Fälle der Induktionsspule 6 vergleichsweise langsam, nämlich innerhalb eines Zeitraums von ca. 20 ms abgeschaltet. Aus dem Verlauf der Kurven 16d, 16e und 16f, die das am Sensor gemessene Signal repräsentieren, wird sofort erkennbar, dass bei einem derartigen vergleichsweise langsamen Abschalten der Induktionsspule 6 keine Verminderung der Qualität des empfangenen Signals zu verzeichnen ist, auch nicht in dem Fall (8), in dem das Abschalten der Induktionsspule 6 während des Empfangs des an der Tonne reflektierten Signals erfolgt.In the 6 to 9 is the influence of the speed and the time of switching off the induction coil 6 illustrated by the temporal drop of the gate voltage. For this purpose, in a test setup, a ton was arranged as the ultrasonic target at a fixed distance from the ultrasonic sensor according to the invention and both the time and the speed of switching off the induction coil 6 varied. In the 6 to 8th the situation is shown that with unchanged shutdown speed of the induction coil 6 the time of switching off is varied. Turning off the induction coil 6 , ie the decay of the voltage at the gate to 0, extends in all three cases over a period of about 20 ms. In 6 the case is shown that the induction coil 6 is turned off after the signal reflected on the bin arrives at the sensor; in contrast, is in 7 the situation illustrated that the induction coil 6 is turned off before the signal reflected at the ton (maximum of the curve 16 in the central region of the representation) arrives at the sensor. 8th shows the case that the induction coil 6 is turned off while the signal reflected at the bin arrives at the sensor. The different switch-off times of the induction coil 6 be realized thereby that the lowering of the voltage at the gate of the field effect transistor 7 from a different starting value. However, as already mentioned, in each of the three cases described, the induction coil is used 6 comparatively slowly, namely switched off within a period of about 20 ms. From the course of the curves 16d . 16e and 16f , which represent the signal measured at the sensor, it is immediately apparent that in such a comparatively slow shutdown of the induction coil 6 no reduction in the quality of the received signal, even in the case ( 8th ), in which the shutdown of the induction coil 6 during the reception of the tonne-reflected signal.

Anhand 9 ist die Situation illustriert, in der die Induktionsspule 6 vergleichsweise schnell, nämlich innerhalb ca. 3 ms abgeschaltet wird (vergleiche Kurve 15g). In diesem Fall führt das schnelle Abschalten der Induktionsspule 6 während des Eingangs eines reflektierten Signals zu einer Fehlmessung, wie aus Kurve 16g hervorgeht: das aufgenommene Signal, das nach wie vor von der Tonne herrührt, enthält ein zusätzliches Echo. Damit wird die Tonne fälschlicherweise vom Ultraschallsensor nicht als einzelnes Hindernis in einem bestimmten Abstand, sondern als zwei benachbarte Hindernisse detektiert. Hieraus geht hervor, dass es wünschenswert ist, die Induktionsspule 6 über das Absenken der Gatespannung am Feldeffekttransistor 7 möglichst langsam abzuschalten, um den geschilderten negativen Effekt zu vermeiden.Based 9 illustrates the situation in which the induction coil 6 comparatively fast, namely switched off within approx. 3 ms (compare curve 15g ). In this case, the fast shutdown of the induction coil leads 6 during the input of a reflected signal to an erroneous measurement, as from curve 16g shows that the recorded signal, which still derives from the barrel, contains an additional echo. Thus, the bin is erroneously detected by the ultrasonic sensor not as a single obstacle at a certain distance, but as two adjacent obstacles. It can be seen that it is desirable to use the induction coil 6 about the lowering of the gate voltage at the field effect transistor 7 turn off as slowly as possible to avoid the negative effect described.

11: Versorgungstransformatorsupply transformer
22: –-
33: BAV 99BAV 99
44: Piezoelementpiezo element
55: Gatespannunggate voltage
66: Induktionsspuleinduction coil
77: FeldeffekttransistorField Effect Transistor
88th: BAV 99BAV 99
99: Widerstandresistance
1010: –-
1111: Primärspuleprimary coil
1212: Sekundärspulesecondary coil
1313: Kondensatorcapacitor
1414: Auswerteschaltungevaluation
15a15a: KurveCurve
16g16g: KurveCurve
17a17a: KurveCurve
17b17b: KurveCurve

Claims

Ultrasonic sensor for detecting objects with an ultrasonic source for generating ultrasonic pulses, an ultrasonic receiver for receiving ultrasonic waves and a damping element ( 6 ) for reducing the ringing time of the ultrasonic source after the generation of an ultrasonic pulse, characterized in that the damping element ( 6 ) is designed as a switchable element.

Ultrasonic sensor according to claim 1, characterized in that it is in the damping element ( 6 ) is an induction coil.

Ultrasonic sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the ultrasound source is a piezoelectric element ( 4 ) contains.

Ultrasonic sensor according to claim 3, characterized in that the piezo element ( 4 ) is designed so that it can also be used to receive ultrasonic waves.

Ultrasonic sensor according to one of claims 2-4, characterized in that for the power supply of the ultrasonic source, a transformer ( 1 ), which cooperates with the ultrasonic source in such a way that the secondary coil ( 12 ) of the transformer ( 1 ) serves as a damping element.

Method for operating an ultrasonic sensor, wherein the ultrasonic sensor is a piezoelectric element ( 4 ) for generating ultrasonic pulses by vibrations and a damping element ( 6 ) for reducing the ringing time of the piezoelectric element ( 4 ) after the generation of an ultrasonic pulse, characterized in that the damping element ( 6 ) is switched off after a predetermined time after He generation of an ultrasonic pulse.

A method according to claim 6, characterized in that it is in the damping element ( 6 ) to one to the piezo element ( 4 ) connected in parallel induction coil.

Method according to Claim 7, characterized in that the induction coil is switched off by virtue of the fact that a field-effect transistor connected to the induction coil ( 7 ) an existing ground connection of the induction coil is disconnected.

Method according to one of claims 6-8, characterized in that the ground connection of the damping element ( 6 ) at least temporarily via two antiparallel-connected diodes ( 8th ), in particular a BAV 99, is produced.

A method according to claim 9, characterized in that the ground connection of the damping element ( 6 ) over the antiparallel-connected diodes ( 8th ) is produced so long on the damping element ( 6 ) Voltages of greater than about 0.7 volts and for lower at the damping element ( 6 ) applied voltage ranges the ground connection of the damping element ( 6 ) via the field effect transistor ( 7 ) will be produced.

Method according to one of the preceding claims 6-10, characterized in that the switching off of the damping element ( 6 ) is controlled over a predetermined period of time.

A method according to claim 11 and 8, characterized in that the controlled shutdown of the damping element ( 6 ) is effected in that the voltage at the gate of the field effect transistor ( 7 ) is lowered over a predetermined period of time according to a defined function.