DE102009048779A1

DE102009048779A1 - Ultraschallwandler

Info

Publication number: DE102009048779A1
Application number: DE102009048779A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NIES
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2011-04-14
Also published as: EP2312572B1; EP2312572A1

Abstract

Es wird ein Ultraschallwandler mit einem Generator (G) zur Erzeugung der Ultraschallschwingungen und einer elektrischen Schaltung zur Anpassung der Impedanz des Generators (G) an die Impedanz eines piezoelektrischen Schwingelements (PS) im Ultraschallwandler vorgeschlagen. Zur Anpassung der Impedanz des Generators (G) an das piezoelektrische Schwingelement (PS) im Ultraschallwandler in der elektrischen Verbindungsleitung (VL) ist zwischen dem Generator (G) und dem piezoelektrischen Schwingelement (PS) eine Gyratorschaltung (GS) als Impedanzwandler dem Generator (G) und dem piezoelektrischen Schwingelement (PS) parallelgeschaltet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit einem Generator zur Erzeugung der Ultraschallschwingungen und einer elektrischen Schaltung zur Anpassung der Impedanz des Generators an die Impedanz eines piezoelektrischen Schwingelements, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Umfelderkennung von Fahrzeugen, wie etwa zur Abstandsmessung während eines Einparkvorgangs zu vor und/oder seitlich neben und/oder hinter einem Fahrzeug befindlichen Objekten, sind Ultraschallwandler oder -sensoren hinlänglich bekannt. Beispielsweise werden aus der DE 102 37 721 A1 bekannte Umfelderkennungssysteme mit mindestens einem Ultraschallwandler aufgebaut, wobei jeder Ultraschallwandler ein Ultraschallsignal aussendet, welches von einem möglichen Hindernis reflektiert wird und von Ultraschallsensoren im gleichen Ultraschallwandler und oder von weiteren Ultraschallwandlern oder -sensoren empfangen werden können.
Bei solchen serienmäßigen Ultraschallwandlern beispielsweise für Parkhilfe-Anwendungen bei Fahrzeugen wird zur Anpassung der Sendeendstufe des Generators in Bezug auf die 12 V-Bordspannung des Fahrzeugs an das Piezo-Schwingelement des Ultraschallwandlers in der Regel ein Übertrager mit einer Parallelinduktivität mit einem definierten Übersetzungsverhältnis eingesetzt. Die herkömmliche Bauform dieses Übertragers mit einer eisenbehafteten Induktivität erschwert dabei eine wünschenswerte flache Bauweise der Leiterplatte für die Ansteuerungselektronik und somit des kompletten Ultraschallwandlers.
Für sich gesehen ist aus der DE 692 09 358 T2 bekannt, dass als Äquivalent für eine Induktivität eine sogenannte Gyratorschaltung für die Anwendung in einem Impedanzwandler eingesetzt werden kann. Hierbei wird mit einer mit Kapazitäten und Widerständen beschalteten Halbleiterschaltung eine Induktivität quasi simuliert. Solche an sich bekannten Gyratorschaltungen werden beispielsweise auch in der NF-Audio-Technik in Entzerrerschaltungen und zur Klangregelungen eingesetzt.
Als eine Aufgabe der Erfindung kann es angesehen werden, einen Ultraschallwandler hinsichtlich der Einbaumaße zu optimieren und gleichzeitig dabei schaltungstechnisch notwendige Maßnahmen zu realisieren.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird bei einem Ultraschallwandler mit einem Generator zur Erzeugung der Ultraschallschwingungen und einer elektrischen Schaltung zur Anpassung der Impedanz des Generators an die Impedanz eines piezoelektrischen Schwingelements im Ultraschallwandler erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Anpassung der Impedanz des Generators an das piezoelektrische Schwingelement im Ultraschallwandler in der elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem Generator und dem piezoelektrischen Schwingelement in vorteilhafter Weise eine Gyratorschaltung dem Generator und dem piezoelektrischen Schwingelement als Impedanzwandler parallel geschaltet ist.
Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich, wenn der Ultraschallwandler Bestandteil eines Umfelderkennungssystem für eine Parkassistenzvorrichtung in einem Fahrzeug ist.
Die Gyratorschaltung besteht vorzugsweise aus einem bipolaren Transistor, einem FET (Feldeffekttransistor) oder einem Operationsverstärker, der mit seinem Kollektor an der Verbindungsleitung und mit seinem Emitter an Masse und somit parallel zum Generator und zum piezoelektrischen Schwingelement liegt und die Basis des Transistors vom Verbindungspunkt einer RC-Reihenschaltung angesteuert wird, die ebenfalls von der Verbindungsleitung nach Masse geführt ist. Die hier bevorzugte Gyratorschaltung ist somit in vorteilhafter Weise als bevorzugte Ausführungsform zum Beispiel eine an sich bekannte bipolare Transistorschaltung, bei der die Phasenverschiebung der Spannungen zwischen der Steuerelektrode (Basis) und dem Ausgang (Kollektor) 180° beträgt. Wird diese Gyratorschaltung dann mit einer entsprechenden Kapazität beschaltet, wirkt dann diese Schaltung wie eine Induktivität und kann dann als Übertrager dienen. Diese Schaltungseigenschaften führen damit in vorteilhafter Weise dazu, dass diese Gyratorschaltung zur Erzeugung eines Parallelresonanzkreises zusammen mit der Kapazität des piezoelektrischen Schwingelements eines Ultraschallwandlers als Übertrager benutzt werden kann, ohne eine eisenbehaftete Induktivität einbauen zu müssen.
Zwischen der Gyratorschaltung und dem piezoelektrischen Schwingelement kann dabei zu besseren Simulation der Induktivität noch eine Parallelschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität angeordnet werden, die von der Verbindungsleitung nach Masse geführt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei
1 eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für einen Ultraschallwandler mit einer Gyratorschaltung als Impedanzwandler zeigt.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Aus 1 ist eine Ansteuerschaltung für einen Ultraschallwandler ersichtlich, bei der ein Generator G zur Erzeugung der Ultraschallschwingung beispielsweise im Bereich von 50 KHz arbeitet. Über einen niederohmigen Widerstand R7 ist das Ausgangssignal des Generators G über eine Verbindungsleitung VL zu einem piezoelektrische Schwingelement PS als wesentlichem Bestandteil des Ultraschallwandlers, beispielsweise zur Anwendung in einem Parkassistenzsystem in einem Fahrzeug, geführt.
Zur Anpassung der Sendeendstufe des Generators G an die Verhältnisse im hier nicht dargestellten Fahrzeug, zum Beispiel aufgrund der 12 V-Bordspannung des Fahrzeugs, an das piezoelektrische Schwingelement PS des Ultraschallwandlers, ist gemäß des hier gezeigten Ausführungsbeispiels die sonst in herkömmlicher Weise verwendete eisenbehaftete Induktivität für einen Übertrager mit einer Parallelinduktivität und mit einem definierten Übersetzungsverhältnis durch eine Gyratorschaltung GS ersetzt.
Die Gyratorschaltung GS besteht bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem bipolaren Transistor Q1, der mit seinem Kollektor direkt an der Verbindungsleitung VL und mit seinem Emitter über einen Widerstand R6 an Masse und somit parallel zum Generator G und zum piezoelektrischen Schwingelement PS liegt. Die Basis des Transistors Q1 wird über eine RC-Reihenschaltung aus einem Widerstand R5 und einer Kapazität C3 angesteuert, die ebenfalls von der Verbindungsleitung VL nach Masse geführt ist.
Diese Gyratorschaltung GS bewirkt somit, dass die Phasenverschiebung der Spannungen zwischen der Steuerelektrode (Basis) und dem Ausgang (Kollektor) 180° beträgt. Wird diese Gyratorschaltung GS dann mit einer entsprechenden Kapazität, hier die Kapazität des piezoelektrischen Schwingungselements PS, beschaltet, dann wirkt diese Schaltung GS wie eine Induktivität und kann dann als Übertrager dienen.
Das piezoelektrische Schwingungselement PS ist dabei in herkömmlicher Weise durch entsprechende Ersatzkapazitäten C1 und C2 sowie durch eine Induktivität L1 und einen Widerstand R1 gekennzeichnet.
Zwischen der Gyratorschaltung GS und dem piezoelektrischen Schwingelement PS ist zur besseren Simulation der Induktivität für den Übertrager noch eine Parallelschaltung aus einem hochohmigen Widerstand R4 und einer Kapazität C4 angeordnet, die ebenfalls von der Verbindungsleitung VL nach Masse geführt ist.
Als weitere Ausführungsbeispiele sind auch Schaltungen mit einem FET (Feldeffekttransistor) oder einem OP (Operationsverstärker) ausführbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10237721 A1 [0002]
DE 69209358 T2 [0004]

Claims

Ultraschallwandler mit einem Generator (G) zur Erzeugung der Ultraschallschwingungen und einer elektrischen Schaltung zur Anpassung der Impedanz des Generators (G) an die Impedanz eines piezoelektrischen Schwingelements (PS) im Ultraschallwandler, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Impedanz des Generators (G) an das piezoelektrische Schwingelement (PS) im Ultraschallwandler in der elektrischen Verbindungsleitung (VL) zwischen dem Generator (G) und dem piezoelektrischen Schwingelement (PS) eine Gyratorschaltung (GS) als Impedanzwandler dem Generator (G) und dem piezoelektrische Schwingelement (PS) parallelgeschaltet ist.
Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gyratorschaltung (GS) aus einem bipolaren Transistor (Q1) besteht, der mit seinem Kollektor an der Verbindungsleitung (VL) und mit seinem Emitter an Masse und somit parallel zum Generator (G) und zum piezoelektrischen Schwingelement (PS) liegt und die Basis des Transistors (Q1) vom Verbindungspunkt einer RC-Reihenschaltung (R5, C3) angesteuert wird, die ebenfalls von der Verbindungsleitung (VL) nach Masse geführt ist.
Ultraschallwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gyratorschaltung (GS) und dem piezoelektrischen Schwingelement (PS) noch eine Parallelschaltung aus eine Widerstand (R4) und einer Kapazität (C4) von der Verbindungsleitung (VL) nach Masse geführt ist.
Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gyratorschaltung (GS) eine Schaltung mit einem FET (Feldeffekttransistor) oder einem OP (Operationsverstärker) verwendet wird.
Anwendung des Ultraschallwandlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler Bestandteil eines Umfelderkennungssystem für eine Parkassistenzvorrichtung in einem Fahrzeug ist.