DE102007041850A1 - Ultrasonic sensor with a carrier element and a membrane, wherein the membrane is embedded in the carrier element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor mit einem Trägerelement mit einer Membran und mit einem Aktor, der mit der Membran verbunden ist, wobei zwischen dem Trägerelement und der Membran ein Verdünnungsbereich zum Ermöglichen der Schwingung der Membran vorhanden ist, wobei die Membran in das Trägerelement eingebettet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Messen von Distanzen und/oder Bestimmen von Form und Beschaffenheit von zu einem Sensor beabstandeten Objekten mit einem Ultraschallsensor.The invention relates to an ultrasonic sensor having a carrier element with a membrane and having an actuator connected to the membrane, wherein between the carrier element and the membrane, a dilution region for enabling the vibration of the membrane is present, wherein the membrane is embedded in the carrier element. The invention also relates to a method for measuring distances and / or determining the shape and nature of objects spaced from a sensor with an ultrasonic sensor.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor mit einem Trägerelement, mit einer Membran und mit einem Aktor, der mit der Membran verbunden ist, wobei in dem Trägerelement und der Membran ein Verdünnungsbereich zum Ermöglichen des Schwingens der Membran vorhanden ist.The The invention relates to an ultrasonic sensor with a carrier element, with a membrane and with an actuator connected to the membrane wherein, in the support member and the membrane, a dilution region to allow the membrane to swing.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Ultraschallsensoren bekannt: Ultraschallsensoren werden in Fahrzeugen verwendet, um den Abstand zu Objekten festzustellen.Out In the prior art ultrasonic sensors are known: ultrasonic sensors are used in vehicles to determine the distance to objects.
Ein
Ultraschallsensor ist etwa aus der
Aus dem Stand der Technik bekannte Ultraschallsensoren, die auch als Ultraschallschwinger bezeichnet werden, haben den Nachteil, dass sie lediglich schmalbandig funktionieren, d. h. nur in einem bestimmten, schmalen Frequenzbereich emittierend wirken. Aufgrund entsprechender Anregung ist es zwar möglich, ganzzahlige Vielfache der Eigenfrequenz bei Verwendung von Piezo-Ultraschallsensoren zu verwenden, jedoch ist es nicht möglich, einen breiten Frequenzbereich zu bedienen. Piezo-Ultraschallsensoren weisen eine Membran auf, auf die ein Piezo-Element aufgebracht ist. Die Piezo-Elemente sind im Regelfall aufgeklebt. Ein Piezo-Element weist zwar den Vorteil auf, dass es sehr schnell aufgrund elektrischer Stimulierung eine Bewegung resultieren lässt, allerdings ist ein solches Piezo-Element sehr spröde. Bei starkem Druck, insbesondere bei starkem plötzlichem Druck, wie durch einen Stoß, zerbrechen diese spröden Piezo-Elemente häufig, was zu einem Totalausfall eines solchen Ultraschallsensors führt.Out known in the art ultrasonic sensors, which also as Ultrasonic vibrators are called, have the disadvantage that they only work narrowband, d. H. only in a certain, have a narrow frequency range emitting. Due to appropriate Although it is possible to excite integer multiples of the excitation Using natural frequency when using piezo-ultrasonic sensors, however, it is not possible to have a wide frequency range to use. Piezo ultrasonic sensors have a membrane, on which a piezo element is applied. The piezo elements are usually glued on. A piezo element has the advantage on that it is very fast due to electrical stimulation Movement can result, however, is such a Piezo element very brittle. In case of heavy pressure, especially with strong sudden pressure, like a shock, break these brittle piezo elements frequently, which leads to a total failure of such an ultrasonic sensor.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Da bestehende Ultraschallsensoren im Regelfall in einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges untergebracht sind, kann bei einem starken Stoß ein Piezo-Ultraschallsensor zerstört werden.There existing ultrasonic sensors usually in a bumper a motor vehicle can be housed in a strong Shock a piezoelectric ultrasonic sensor will be destroyed.
Ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor kann das Erfassen von Objekten nach Form und Beschaffenheit ermöglichen, so dass in Einparksystemen eine komplexere Umgebung modelliert werden kann. Dadurch können Ein- und Ausparkvorgänge für Kraftfahrzeuge deutlich besser gesteuert werden.One According to the invention, the ultrasonic sensor can detect allow objects to shape and texture, so that in parking systems a more complex environment can be modeled. This allows entry and Ausparkvorgänge for motor vehicles be controlled much better.
Dies wird gattungsgemäß dadurch gelöst, dass die Membran in das Trägerelement eingebettet ist. Dadurch, dass die Membran in das Trägeelement eingebettet ist, ergibt sich ein größer für den Aktor nutzbarer Bereich hinter dem Trägerelement. Bei Anbringung des Trägerelementes an einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei Ausführung des Trägerelementes als Stoßfänger, lässt sich der Aktor auf der dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite anbringen, so dass dieser vor Stößen geschützt ist.This is solved generically by the fact that the membrane is embedded in the carrier element. Thereby, that the membrane is embedded in the support element results a larger usable for the actuator Area behind the carrier element. When attaching the support element on a motor vehicle, in particular during execution of the Carrier element as a bumper, leaves attach the actuator on the side facing the motor vehicle, so that it is protected from shocks.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.advantageous Embodiments are defined in the subclaims claimed and explained in more detail below.
So ist es vorteilhaft, wenn der Aktor eine Spule mit ferromagnetischem Kern umfasst, wobei der Kern derart mit der Membran im Zusammenhang steht, dass eine Bewegung des Kerns eine Bewegung der Membran hervorruft. Eine Ausführung des Aktors als Spule mit ferromagnetischem Kern benötigt zwar mehr Bauraum als ein Piezo-Element, ist jedoch deutlich robuster. Ferner lassen sich unabhängig von der Eigenfrequenz des Aktors unterschiedliche Frequenzen des Ultraschallsensors emittieren. Durch eine entsprechende Ausgestaltung ist es nicht notwendig, auf einen Resonanzschwinger zurückzugreifen, der lediglich ganzzeilige Vielfache einer Eigenfrequenz beim Ultraschallsensor hervorrufen kann.So It is advantageous if the actuator is a coil with ferromagnetic Core, wherein the core is so associated with the membrane, that movement of the core causes movement of the membrane. An embodiment of the actuator as a coil with ferromagnetic Although core requires more space than a piezo element, but is much more robust. Furthermore, can be independently from the natural frequency of the actuator different frequencies of the Ultrasonic sensors emit. By an appropriate design it is not necessary to resort to a resonant oscillator the only whole-line multiple of a natural frequency in the ultrasonic sensor can cause.
Um die Bewegung des Aktors verlustarm auf die Membran zu übertragen, ist es von Vorteil, wenn der Kern mit der Membran verbunden ist, vorzugsweise über eine Metallplatte. Die Verwendung einer Metallplatte ermöglicht den Rückgriff auf kostengünstige Baumaterialien, die dazu noch besonders langlebig sind.Around transfer the movement of the actuator to the membrane with low loss it is advantageous if the core is connected to the membrane, preferably over a metal plate. The use of a metal plate allows the use of cost-effective Building materials, which are particularly durable.
Wenn der Verdünnungsbereich durch in das Trägerelement eingebrachte Nuten hervorgerufen ist, so lässt sich ein Schwingen der Membran je nach dem gewünschten Grad einstellen. Das Herstellen des Verdünnungsbereiches kann dabei nicht nur besonders kostengünstig erfolgen, sondern auch unter Zuhilfenahme bekannter und zahlreich vorhandener Werkzeuge erfolgen.If the dilution range through into the carrier element introduced grooves is so it can be Adjust the swing of the diaphragm to the desired degree. The preparation of the dilution range can not only particularly cost-effective, but also with the help known and numerous existing tools done.
Wenn die Nuten auf der Ober- und Unterseite des Trägerelementes ausgeführt sind, vorzugsweise halbkreisförmig oder kreisförmig zur Realisierung einer kreissymmetrischen Abstrahlcharakteristik, so lässt sich auf symmetrische Weise die Dicke des Verdünnungsbereiches auf einen vorbestimmten Wert einfach einstellen.If the grooves are made on the top and bottom of the support element, preferably semicircular or circular to realize a circularly symmetrical emission, so can be in a symmetrical manner, the thickness of the Ver simply set the dilution range to a predetermined value.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel wird dann erreicht, wenn die Nuten auf der Ober- und Unterseite des Trägerelementes ausgeführt sind, vorzugsweise kreisförmig zur Realisierung einer kreissymmetrischen Abstrahlcharakteristik.One another advantageous embodiment is then achieved if the grooves on the top and bottom of the support element are executed, preferably circular to Realization of a circularly symmetrical emission characteristic.
Die Fertigungszeiten lassen sich deutlich reduzieren, wenn die Membran und das Trägerelement aus einem integralen Bauteil bestehen.The Manufacturing times can be significantly reduced if the membrane and the carrier element consist of an integral component.
Es ist auch vorteilhaft, wenn zwischen der Membran und dem Trägerelement ringförmig um die Membran zumindest die Membran vom Trägerelement entkoppelnde Entkoppelungselemente vorhanden sind, die ein Übertragen von Körperschall von der Membran auf das Trägerelement und umgekehrt verhindern. Ein ungewolltes Vibrieren des Trägerelementes wird dabei unterbunden.It is also advantageous if between the membrane and the support element ring around the membrane at least the membrane from the support element decoupling decoupling elements are present, which is a transfer of structure-borne noise from the membrane to the carrier element and vice versa. An unwanted vibration of the support element is thereby prevented.
Die Entkoppelungselemente lassen sich dann besonders kostengünstig herstellen, wenn sie aus Gummi bestehen und vorzugsweise Gummipuffer sind.The Decoupling elements can then be particularly cost-effective If they are made of rubber and preferably rubber buffer are.
Wenn das Trägerelement ein vorzugsweise aus Kunststoff geformter Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges ist, so lässt sich auf zusätzliche Elemente verzichten, was die Fertigungszeiten verringert und die Wartungsfreundlichkeit erhöht.If the carrier element is preferably made of plastic Bumper of a motor vehicle is so leaves refrain from additional elements, what the production times reduced and the ease of maintenance increased.
Entsprechende Vorteile werden auch durch ein Verfahren zum Messen von Distanzen und/oder Bestimmung von Form und Beschaffenheit von zu einem Sensor beabstandeten Objekten mit einem Ultraschallsensor erreicht, der ein Trägerelement, eine Membran und einen Aktor aufweist, der mit der Membran verbunden ist, wobei zwischen Trägerelement und der Membran ein Verdünnungsbereich zum Ermöglichen des Schwingens der Membran vorhanden ist, wobei die Membran in das Trägerelement eingebettet ist. Dadurch lässt sich ein robusterer, langlebigerer Ultraschallsensor in einem Verfahren verwenden, das genauere Ergebnisse liefert.Appropriate Advantages are also provided by a method for measuring distances and / or determining the shape and nature of a sensor reaches spaced objects with an ultrasonic sensor, the a carrier element, a membrane and an actuator, which is connected to the membrane, wherein between the carrier element and permitting the membrane to dilute the swinging of the membrane is present, wherein the membrane in the Carrier element is embedded. This can be done a more robust, more durable ultrasonic sensor in one process use that provides more accurate results.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Die Erfindung wird auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:The The invention will be explained in more detail with the aid of a drawing. Showing:
Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention
Die
Vertiefungen
Bei
Montage des Trägerelementes
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in die Außenhaut
eines Stoßfängers ein Kunststoffteil eingesetzt.
Das Kunststoffteil ist im vorliegenden Fall als Trägerelement
Während
im Ausführungsbeispiel nach
Die
Membran
Ferner
ist es möglich, die ausgesendeten Signale im Sinne von
Chirp-Signalen zu modullieren, indem zunächst ein CF-FM-Signal
ausgestoßen wird, das danach in seiner Frequenz moduliert
wird. Unter CF-FM-Signal werden sog. constant frequency – frequency
modulated Signale verstanden. Durch einen derartigen Ultraschallwandler
ist eine breitbandige Anregung möglich, die es möglich
macht, komplexe Systeme nach Form und Beschaffenheit, insbesondere
auch nach Dichte, zu klassifizieren. Als Hintergrund zu Chirp-Signalen
ist auf die Druckschrift
Über den Frequenzhub lässt sich ferner auf die Form des zu erfassenden Objektes schließen, wobei sich über die unterschiedlichen Frequenzen die Beschaffenheit des im Weg befindlichen Objektes herausfinden lässt.about The frequency deviation can also be based on the shape of the detected Object close, being about the different Frequencies find out the nature of the object in the way leaves.
Über
elektrische Anregungen des Aktors
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - DE 4232254 A1 [0027] - DE 4232254 A1 [0027]
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