DE102015002269B3 - Method and device for detecting an object by means of ultrasound during the decaying process of an ultrasonic transducer for automotive applications - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung des Spannungssignals eines piezoelektrischen Ultraschall-Transducers (TR) zur Verbesserung der Nahbereichserkennung. Ein erster Schritt des Verfahrens ist das periodisches Aussenden und Empfangen eines Ultraschall-Bursts mit einer Sendeperiode, mittels eines Ultraschall-Transducers (TR) und das Wandeln des empfangenen Schallsignals in ein Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR). Dabei beginnt die Sendeperiode mit dem Beginn der Ansteuerung des Ultraschall-Treibers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) in der aktuellen Sendeperiode und endet mit dem Beginn der Ansteuerung des Ultraschall-Treibers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) in der nachfolgenden Sendeperiode. Durch Vergleichen des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) oder eines daraus abgeleiteten Signals mit einem zweiten Schwellwert (SW2) zur Bildung eines zweiten Ausgangssignals (CMP2out) und das Bilden und ggf. Verstärken und ggf. Filtern der Hüllkurve des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) wird ein Hüllkurvensignal (H) gebildet. Es folgt das Bilden eines Schwellwertsignals (SW1), wobei das Schwellwertsignal (SW1) typischerweise durch Filterung aus dem Hüllkurvensignal (H) und/oder aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mittels einer Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) gewonnen werden kann oder fest vorgegeben werden kann. Auch kann es durch eine Schwellwerterzeugung (VS), erzeugt werden. Das Schwellwertsignal (SW1) liegt im Vergleich zum zweiten Schwellwert (SW2) derartig, dass der erste Komparator (CMP1), der das erste Ausgangssignal (dig. Out) bildet, bei höheren Amplituden des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als ein erster Komparator (CMP1). Es folgt sodann das Vergleichen des Hüllkurvensignals (H) mit dem Schwellwertsignal (SW1) zur Bildung eines ersten Ausgangssignals (dig. IO). Außerdem umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Feststellen eines Zeitpunktes B des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) innerhalb der Sendeperiode. Dies erfolgt durch das Erfassen des Zeitpunkts B durch eine Zeiterfassungseinheit (ZE) innerhalb der Sendeperiode zu dem das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) nach dem Ausschalten der Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) innerhalb der Sendeperiode keine Signalpegeländerung mehr zeigt. Abhängig von diesem Zeitpunkt B erfolgt ein Invertieren des logischen Pegels des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) für einen durch einen Zeitgeber (ZG) vorbestimmten ersten Zeitraum Δt1 nach diesem Zeitpunkt B des Ausschwingens des ...The invention relates to a method for evaluating the voltage signal of a piezoelectric ultrasonic transducer (TR) for improving proximity detection. A first step of the method is to periodically transmit and receive an ultrasonic burst having a transmit period, by means of an ultrasonic transducer (TR) and converting the received sound signal into a voltage signal of the ultrasonic transducer (TR). In this case, the transmission period begins with the start of the control of the ultrasonic driver (TR) by a driver circuit (DR) in the current transmission period and ends with the start of the control of the ultrasonic driver (TR) by a driver circuit (DR) in the subsequent transmission period , By comparing the voltage signal of the ultrasound transducer (TR) or a signal derived therefrom with a second threshold value (SW2) to form a second output signal (CMP2out) and, if appropriate, amplifying and possibly filtering the envelope of the voltage signal of the ultrasound transducer (TR), an envelope signal (H) is formed. This is followed by the formation of a threshold signal (SW1), wherein the threshold signal (SW1) can typically be obtained by filtering from the envelope signal (H) and / or the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) by means of an envelope generating device (HE) or fixed can be. It can also be generated by threshold value generation (VS). The threshold signal (SW1) is compared to the second threshold (SW2) such that the first comparator (CMP1) forming the first output signal (dig Out) switches on at higher amplitudes of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) first comparator (CMP1). It then follows the comparison of the envelope signal (H) with the threshold signal (SW1) to form a first output signal (dig. IO). In addition, the method according to the invention comprises determining a point in time B of the ultrasonic transducer (TR) swinging out during the transmission period. This is done by detecting the time B by a time detection unit (ZE) within the transmission period to which the second output signal (CMP2out) of the second comparator (CMP2) after turning off the drive of the ultrasonic transducer (TR) within the transmission period no longer shows a signal level change , Depending on this point in time B, the logic level of the first output signal (dig.10) of the first comparator (CMP1) is inverted for a first time period Δt1 predetermined by a timer (ZG) after this point in time B of the swinging out of the ...

Description

Einleitungintroduction

Die Erfindung befasst sich mit der verbesserten Erkennung von Objekten mittels Ultraschallreflexionsmessvorrichtungen im Nahbereich von Automobilen. Hierbei wird ein Ultraschall-Transducer (TR) durch einen Treiber (DR) mit einer Wechselspannung einer vordefinierten Frequenz beaufschlagt, sodass dieser in Resonanz gerät und Schallwellen im Ultraschallbereich abgibt. Der Ultraschall-Transducer (TR) wird typischerweise periodisch durch eine Treiberschaltung (DR) angesteuert und zur Aussendung von Schallwellen veranlasst. Der Betrieb des Ultraschall-Transducers gliedert sich dabei in Sendeperioden, die mit der Aussendung des Ultraschall-Bursts durch den Ultraschall-Transducer beginnen, durch eine Ausschwingphase fortgesetzt werden, an die sich eine Empfangsphase anschließt. Spätestens mit dem Beginn des nächsten Ultraschall-Bursts endet die aktuelle Sendeperiode und beginnt die nächste Sendeperiode. Nach dem Aussenden des Sende-Bursts soll der Ultraschall-Transducer (TR) in der Ausschwingphase möglichst schnell wieder abschwingen, um nun als Empfänger in der Empfangsphase dienen zu können. In der Ausschwingzeit, in der der Ultraschall-Transducer (TR) noch nicht abgeschwungen ist, kann der Ultraschall-Transducer (TR) allerdings in der Regel noch nicht für den Empfang verwendet werden, weil die Eingangsschaltungen typischerweise in dieser Totzeit zwischen dem Ausschalten der Sendeerregung der Schwingung und dem Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) nicht unterscheiden können, ob das Schwingungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) auf das Ausschwingen zurückzuführen ist oder auf den Empfang einer Schallreflektion durch den Ultraschall-Transducer (TR) zurückzuführen ist. Typischerweise weisen Ultraschall-Transducer (TR) eine relativ hohe Güte auf, weshalb sie nicht beliebig schnell in Schwingung versetzt werden können und auch nicht beliebig schnell gedämpft werden können.The invention relates to the improved detection of objects by means of ultrasound reflection measuring devices in the vicinity of automobiles. In this case, an ultrasonic transducer (TR) is acted upon by an AC voltage of a predefined frequency by a driver (DR), so that it resonates and emits sound waves in the ultrasonic range. The ultrasonic transducer (TR) is typically driven periodically by a driver circuit (DR) and causes the emission of sound waves. The operation of the ultrasound transducer is subdivided into transmission periods, which begin with the transmission of the ultrasound burst through the ultrasound transducer, are continued by a decay phase, followed by a reception phase. At the latest with the beginning of the next ultrasonic burst, the current transmission period ends and begins the next transmission period. After transmitting the transmit burst, the ultrasonic transducer (TR) should swing down as quickly as possible in the decompression phase in order to be able to serve as a receiver in the receive phase. However, in the decay time, in which the ultrasonic transducer (TR) has not yet sagged, the ultrasonic transducer (TR) can not usually be used for reception, because the input circuits are typically in this dead time between turning off the transmit excitation the vibration and decay of the ultrasonic transducer (TR) can not distinguish whether the vibration signal of the ultrasonic transducer (TR) is due to the decay or due to the receipt of a sound reflection by the ultrasonic transducer (TR). Typically, ultrasonic transducers (TR) have a relatively high quality, which is why they can not be vibrated arbitrarily fast and can not be damped at any speed.

Zunächst wird der Stand der Technik anhand der 1 erläutert. Hierbei wird zunächst die Erkennung eines Echos, welches bereits am Ende der Ausschwingzeit auftritt, diskutiert. Die 1 zeigt beispielhaft die relevanten Signale eines Systems aus dem Stand der Technik für ein Echo bei 17 cm.First, the prior art based on the 1 explained. Here, first of all, the recognition of an echo, which already occurs at the end of the decay time, is discussed. The 1 shows by way of example the relevant signals of a system of the prior art for an echo at 17 cm.

Eine nicht gezeichnete Verstärker- und Filterschaltung, insbesondere eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE), erzeugt aus dem Signal des Ultraschall-Transducers (TR) ein Eingangssignal, dass der geforderten Hüllkurve (Hüllkurve) entspricht. Während der Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) zur Erzeugung des Sende-Schall-Bursts, die Teil der Vorrichtung ist, übersteuert dieser Schaltungsteil typischerweise, weshalb das Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) in diesem ersten Zeitraum der Ansteuerung und in der ersten Phase des Ausschwingvorgangs aufgrund der großen Signalamplitude übersteuert ist und sich daher am oberen Rand des Aussteuerbereiches des Hüllkurvensignals (Hüllkurve, H) befindet.A not shown amplifier and filter circuit, in particular an envelope generating device (HE), generates from the signal of the ultrasonic transducer (TR) an input signal that corresponds to the required envelope (envelope). During the activation of the ultrasonic transducer (TR) by a driver circuit (DR) for generating the transmit-sound burst, which is part of the device, this circuit part typically overrides, and therefore the envelope signal (envelope, H) in this first time period of the drive and is overdriven in the first phase of the decay process due to the large signal amplitude and is therefore located at the upper edge of the control range of the envelope signal (envelope, H).

In einer zweiten Phase nach dem Abschalten der Treiberschaltung (DR) der Vorrichtung können das Ende des Ausschwingens und das Echo im Hüllkurvensignal (Hüllkurve) noch gut unterschieden werden, wenn das Echo spät genug am Ultraschall-Transducer (TR) eintrifft und diesen ausreichend zum Schwingen anregt. Aus dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) wird mit Hilfe eines hier zunächst nicht weiter diskutierten Algorithmus ein Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) abgeleitet. Zuerst gehen wir in dieser Beschreibung von einem Schellwertsignal (Schwellwert, SW1) mit einem fest eingestellten Pegel aus. Später wird noch ausgeführt, wie dieses Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) modifiziert werden sollte. Fällt das Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) unter dieses Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) so schaltet das Ausgangssignal (dig. IO) eines ersten Komparators (CMP1) um bzw. das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) wird invertiert. In diesem Beispiel schaltet der Ausgang des ersten Komparators (CMP1) auf eine beispielhafte logische 0.In a second phase after switching off the driver circuit (DR) of the device, the end of the dying out and the echo in the envelope signal (envelope curve) can still be well distinguished if the echo arrives late enough at the ultrasonic transducer (TR) and sufficiently vibrates it stimulates. From the envelope signal (envelope, H), a threshold signal (threshold value, SW1) is derived with the aid of an algorithm which is not further discussed here. First, in this description, we will assume a threshold signal (threshold, SW1) with a fixed level. Later it will be explained how this threshold signal (threshold, SW1) should be modified. If the envelope signal (envelope, H) falls below this threshold signal (threshold value, SW1), then the output signal (dig.10) of a first comparator (CMP1) switches or the first output signal (dig.10) of the first comparator (CMP1) is inverted , In this example, the output of the first comparator (CMP1) switches to an exemplary logical 0.

Zu Beginn führt noch die große Amplitude während des Ausschwingvorgangs zu einem diesem Beispiel entsprechenden logischen 0-Signal auf dem ersten Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1). Erstmalig schaltet der erste Komparator (CMP1) sein erstes Ausgangssignal (dig. IO) erst nach einer Zeit auf die diesem Beispiel entsprechende logische 1, die in dem Beispiel einer Entfernung von ca. 10 cm entspricht. Dies ist der Moment, wo systemtechnisch der beispielhafte Ultraschall-Transducer (TR) als abgeschwungen gilt und ab dem eine Detektion möglich sein sollte.At the beginning, the large amplitude during the decay process leads to a logical 0 signal corresponding to this example on the first output signal (dig.10) of the first comparator (CMP1). For the first time, the first comparator (CMP1) switches its first output signal (digital IO) only after a time to the logical 1 corresponding to this example, which in the example corresponds to a distance of about 10 cm. This is the moment where systemically, the exemplary ultrasonic transducer (TR) is considered to be attenuated and from which a detection should be possible.

Die Schwellwertfunktion wird dabei aufgrund von hier nicht weiter diskutierten Faktoren so gewählt, dass Mehrfachechos (1. Reflektion) nicht zu dem besagten Umschalten oder Invertieren des Ausgangs (dig. IO) des ersten Komparators führen.Due to factors not discussed further here, the threshold value function is chosen such that multiple echoes (1st reflection) do not lead to the said switching or inversion of the output (dig.10) of the first comparator.

2 zeigt nun anhand eines kritischeren Beispiels die Verhältnisse bei einem Echo bei beispielhaften 13 cm. Das Echo des beispielhaften Objekts bei 13 cm ist zeitlich nun so dicht an das Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) nach links gerückt, dass zwischen dem Ausschwingzeitpunkt des Ultraschall-Transducers (TR) und dem Wiederanstieg der Hüllkurve (Hüllkurve) das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) das Schwellwertsignal (Schwellwert) nicht mehr unterschreitet. Der minimale Punkt des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) (A) liegt in diesem Beispiel nun oberhalb des Schwellwertsignals (Schwellwert, SW1) Somit schaltet der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) nicht mehr um. Ausschwingen und Echo können daher hier im Stand der Technik nicht mehr unterschieden werden. Der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) signalisiert in diesem Beispiel erst zu einem Zeitpunkt, der einem Abstand von ca. 17 cm entspricht, ein Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR). Die Ausschwingzeit wird also scheinbar durch das sehr nahe Objekt verlängert. 2 shows by a more critical example, the conditions at an echo at exemplary 13 cm. The echo of the exemplary object at 13 cm is now shifted so close to the decay of the ultrasonic transducer (TR) that between the decay time of the ultrasonic transducer (TR) and the rebound of the envelope (envelope) the envelope signal (envelope ) no longer falls below the threshold signal (threshold value). The minimum point of the envelope signal (envelope) (A) lies in this example now above the threshold value signal (threshold value, SW1) Thus, the output (dig. IO) of the first comparator (CMP1) no longer switches. Decay and echo can therefore no longer be distinguished here in the prior art. The output (dig IO) of the first comparator (CMP1) signaled in this example only at a time corresponding to a distance of about 17 cm, a decay of the ultrasonic transducer (TR). The decay time is thus apparently prolonged by the very close object.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Erkennung von Objekten in der Nähe des Ultraschall-Transducers (TR) zu ermöglichen.It is the object of the invention to enable detection of objects in the vicinity of the ultrasound transducer (TR).

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 2 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 2.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird nun ein zweiter Komparator (CMP2) vorgesehen, der direkt mit dem Ultraschall-Transducer (TR) verbunden ist und die Ausgangsspannungen des Ultraschall-Transducers (TR) direkt mit einem festen zweiten Schwellwert (SW2) vergleicht. Das zweite Ausgangssignal (CMP2out) dieses zweiten Komparators (CMP2) ist in 3 eingezeichnet. Ansonsten entspricht 3 der 1.In contrast to the prior art, a second comparator (CMP2) is now provided, which is directly connected to the ultrasound transducer (TR) and directly compares the output voltages of the ultrasound transducer (TR) with a fixed second threshold (SW2). The second output signal (CMP2out) of this second comparator (CMP2) is in 3 located. Otherwise corresponds 3 of the 1 ,

Das Ausgangssignal (CMP2out) des 2. Komparators (CMP) zeigt eine digitale Oszillation solange die Amplitude des Ultraschall-Transducers (TR) noch eine erhebliche Höhe hat. Der feste zweite Schwellwert für den Vergleich mit der Transducer-Spannungsamplitude durch den zweiten Komparator (CMP2) wird dabei so gewählt, dass sich der Zeitpunkt des Endes dieser Oszillation (B) innerhalb einer Sendeperiode auch bei einem sehr nahen Echo nicht oder nur um wenige Oszillationstakte verschiebt. Damit kann durch digitale Glättung und Filterung ein Ende der Ausschwingzeit zu einem Zeitpunkt (B) innerhalb einer Sendeperiode fest detektiert werden. Dieser Zeitpunkt (B) liegt zwar um eine erste Zeitdifferenz Δt1 vor dem Unterschreiten des Pegels des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve), ist aber aufgrund der großen Amplitude praktisch unabhängig von Rückwirkungen durch Schallreflektionen auf den Ultraschall-Transducer.The output signal (CMP2out) of the second comparator (CMP) shows a digital oscillation as long as the amplitude of the ultrasonic transducer (TR) still has a considerable height. The fixed second threshold for the comparison with the transducer voltage amplitude by the second comparator (CMP2) is chosen so that the time of the end of this oscillation (B) within a transmission period even with a very close echo or only a few oscillatory cycles shifts. Thus, an end of the settling time at a point in time (B) within a transmission period can be detected by digital smoothing and filtering. Although this time (B) is a first time difference .DELTA.t 1 before falling below the level of the threshold signal (threshold) by the envelope signal (envelope), but is due to the large amplitude virtually independent of repercussions by sound reflections on the ultrasound transducer.

Erfindungsgemäß wird nun im Gegensatz zum Stand der Technik bezogen auf diesen ersten Zeitpunkt (B) erst nach dem Verstreichen einer folgenden sechsten Zeitdifferenz (Δt6) durch einen Zeitgeber (ZG), der mit dem Erreichen des Zeitpunktes (B) gestartet wird, und mittels einer Logik (LG) zugelassen, dass das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) den Empfang eines Echos signalisiert.According to the invention, in contrast to the prior art based on this first time (B) only after the lapse of a following sixth time difference (.DELTA.t 6 ) by a timer (ZG), which is started with the arrival of the time (B), and by a logic (LG) allowed that the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) signals the receipt of an echo.

4 zeigt nun die Verhältnisse im Falle eines sehr nahen Objekts. Die Figur entspricht der 2 ergänzt um das Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2). Bezogen auf den unveränderten Zeitpunkt (B) ab dem der Ausgangs (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) keine Oszillation mehr zeigt, hat sich der Zeitraum, bis das Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) seinen Wert ändert, auf einen zweiten Zeitraum (Δt2) erhöht. 4 now shows the conditions in the case of a very close object. The figure corresponds to the 2 supplemented by the output signal (CMP2out) of the second comparator (CMP2). Based on the unchanged time (B) from which the output (CMP2out) of the second comparator (CMP2) no longer shows oscillation, the time period until the output signal (dig.10) of the first comparator (CMP1) changes its value to a second period (.DELTA.t 2 ) increases.

Eine korrigierte Anzeige einer Reflektion durch das herkömmliche Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) kann durch eine kleine Modifikation herbeigeführt werden. Dabei wird das Ende des Ausschwingvorgangs signalisiert, indem die Ausgangsleitung (dig. IO) des ersten Komparators am Endes des durch das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) signalisierten Ende des Ausschwingvorgangs (B) des Ultraschall-Transducers (TR) für eine vordefinierte Zeit bezogen auf den Zeitpunkt (B) des durch den zweiten Komparator (CMP2) detektierten Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) beispielsweise mittels eines EXOR-Gatters auf einen dem Beispiel entsprechenden logischen 1-Pegel geschaltet wird. Die Länge dieses Zeitraums entspricht dabei vorzugsweise einem ersten Zeitraum (Δt1). Dies ist in 5 dargestellt. Ansonsten entspricht die 5 den 1 und 3.A corrected indication of reflection by the conventional output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) can be brought about by a small modification. In this case, the end of the decay process is signaled by the output line (dig IO) of the first comparator at the end of by the second output signal (CMP2out) of the second comparator (CMP2) signaled end of the decay process (B) of the ultrasonic transducer (TR) a predefined time is switched to a logical 1 level corresponding to the example, for example by means of an EXOR gate, based on the time (B) of the decay of the ultrasonic transducer (TR) detected by the second comparator (CMP2). The length of this period preferably corresponds to a first time period (Δt 1 ). This is in 5 shown. Otherwise, the equivalent 5 the 1 and 3 ,

Befindet sich nun ein Objekt nahe am Transducer (6), so schaltet der Ausgang des zweiten Komparators (CMP2) auf eine dem Beispiel entsprechende logische 0, was einem Echo entspricht. Mit dieser erfindungsgemäßen Methode ist zwar eine genaue Lagebestimmung im Nahbereich nicht möglich. Es ist aber für die meisten Anwendungsfälle vollkommen ausreichend, wenn bereits das Vorhandensein eines Objekts in diesem Bereich detektierbar ist. Diese Maßnahmen bis zu diesen Punkt verbessern das Empfangsverhalten des Ultraschallmesssystems bereits im Nahbereich.If there is an object close to the transducer ( 6 ), the output of the second comparator (CMP2) switches to a logical 0 corresponding to the example, which corresponds to an echo. With this method according to the invention, although a precise position determination in the near range is not possible. However, it is completely sufficient for most applications if the presence of an object in this area is already detectable. These measures up to this point improve the reception behavior of the ultrasonic measuring system already at close range.

Es hat sich jedoch darüber hinaus gezeigt, dass eine optimierte Anpassung der Filterung des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) und des Schwellwertsignals (Schwellwert) parallel zu den vorstehenden Maßnahmen durchgeführt werden sollte, um tatsächlich im automobilen Bereich brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass beide Maßnahmen, die vorstehende und die im Folgenden beschriebene für sich alleine genommen bereits eine Verbesserung bringen, für automobile Anwendungen aber alleine eben nicht ausreichend sind.However, it has also been found that an optimized adaptation of the envelope signal (envelope) and threshold signal (threshold) filtering should be carried out in parallel with the above measures in order to actually achieve useful results in the automotive field. According to the invention, it was recognized that both measures, the above and those described below, taken alone, bring about an improvement, but are not sufficient for automotive applications alone.

Aus der EP2478389B1 ist bereits ein Verfahren zu einer Anpassung der Parameter des Hüllkurvenfilters des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) bekannt. From the EP2478389B1 A method is already known for adapting the parameters of the envelope filter of the envelope signal (envelope).

Die nicht beanspruchte 7 zeigt den Verlauf des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) entsprechend der EP2478389B1 . Ab einem bestimmten Punkt, vorzugsweise mit Unterschreiten des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) unter das Schwellwertsignal (Schwellwert) wird die Bandpasscharakteristik des Eingangsfilters, das besagte Hüllkurvenfilter, so umgeschaltet, dass er schmalbandiger wird. In der Folge sinkt das Hüllkurvensignal mit einer langsameren Flanke ab. 10 lässt erkennen, dass bei einem solchen Schwellwertsignal mit der bisherigen Kurve ein nahes Echo nicht mehr zu einer Unterschreitung des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) führtThe unclaimed 7 shows the shape of the envelope signal (envelope) according to the EP2478389B1 , At a certain point, preferably below the envelope signal (envelope) below the threshold signal (threshold value), the bandpass characteristic of the input filter, the said envelope filter, is switched so that it becomes narrowband. As a result, the envelope signal decreases with a slower edge. 10 indicates that with such a threshold signal with the previous curve, a close echo no longer leads to an undershooting of the threshold signal (threshold value) by the envelope signal (envelope curve)

Im Gegensatz dazu wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Hüllkurvenfilter schrittweiseweise umgeschaltet. Dies kann im Extremfall so geschehen, dass analoge, Kennfrequenz bestimmende Komponenten des Hüllkurvenfilters kontinuierlich nachgeregelt werden. Das Umschalten oder das Nachregeln, insbesondere der Kennfrequenzen, des Hüllkurvenfilters, typischerweise eines Bandpassfilters, erfolgt typischerweise in Abhängigkeit von der Zeit nach Ausschalten der Treiberstufen für den Ultraschall-Transducer (TR) zu einem Zeitpunkt A und/oder in Abhängigkeit von der Zeit ab dem bereits besprochenen Zeitpunkt B ab dem der zweite Komparator (CMP2) keine Oszillationen mehr zeigt und/oder in Abhängigkeit von dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) selbst. Im letzteren Fall erfordert eine schrittweise Umschaltung weitere Komparatoren in Abhängigkeit von entsprechenden weiteren Schaltschwellen. Im Ergebnis erhält man eine schnellere fallende Flanke des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) wodurch das System früher in der Lage ist, eine Reflektion zu erkennen.In contrast, in the device according to the invention, the envelope filter is switched stepwise. In the extreme case, this can be done in such a way that analog, characteristic frequency components of the envelope filter are continuously readjusted. The switching or readjustment, in particular of the characteristic frequencies, of the envelope filter, typically a bandpass filter, typically occurs as a function of the time after switching off the driver stages for the ultrasound transducer (TR) at a time A and / or as a function of the time from already discussed point B from the second comparator (CMP2) no longer shows oscillations and / or in response to the envelope signal (envelope) itself. In the latter case, a step-by-step switching requires further comparators in response to corresponding other switching thresholds. The result is a faster falling edge of the envelope signal (envelope), which allows the system to detect a reflection earlier.

11 zeigt ein Objekt abseits der Sensorachse, das umgekehrt nicht mehr zu einem Überschreiten des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) führt. Auch dieser Fall mit einer optimierten Hüllkurvenfilterung wie beschrieben, führt immer noch zu einer verfälschten Aussage über die Anwesenheit und/oder Position eines Objektes im Nahbereich einer Ultraschallentfernungsmessvorrichtung. 11 shows an object away from the sensor axis, which in turn no longer causes the threshold signal (threshold value) to be exceeded by the envelope signal (envelope curve). Also, this case with an optimized envelope filtering as described, still leads to a falsified statement about the presence and / or position of an object in the vicinity of an ultrasonic distance measuring device.

Angepasst an diesen systemtypischen Hüllkurvenverlauf des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) kann nun erfindungsgemäß zusätzlich noch ein exponentiell abfallendes Schwellwertsignal (Schwellwert) vorgegeben werden. Dies ist in 9 dargestellt. Hierbei wird beispielsweise wieder das Unterschreiten des Schwellwertsignals (Schwellwert) durch das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) detektiert. Zeitverzögert um einen dritten Zeitraum (Δt3) gegenüber dem besagten Zeitpunkt (B) innerhalb der Sendeperiode beginnt dann der exponentielle Abfall des Schwellwertsignals (Schwellwert) auf einen vorgegebenen oder sonst wie ermittelten Restschwellwert (RSW) mit einer vorgegebenen oder ermittelten ersten Zeitkonstante τ1.Adapted to this system-typical envelope curve of the envelope signal (envelope curve), according to the invention, an exponential decaying threshold signal (threshold value) can additionally be predefined. This is in 9 shown. In this case, for example, falling below the threshold signal (threshold value) is again detected by the envelope signal (envelope curve). Time delayed by a third period of time (At 3) relative to said time point (B) within the transmission period then begins the exponential decay of the threshold (threshold value) to a predetermined or otherwise determined Restschwellwert (RSW) with a predetermined or learned first time constant τ. 1

12 zeigt anhand des Beispiels aus 11, dass mit einer derartig optimierten Schwelle und einem derartig optimierten Filterung des Hüllkurvensignals eine optimierte Erkennung im Nahbereich möglich ist. 12 shows by example 11 in that optimized detection in the near range is possible with such an optimized threshold and such optimized filtering of the envelope signal.

Bei der Erfindung handelt es sich also zum einen um ein Verfahren zur Auswertung des Spannungssignals eines piezoelektrischen Ultraschall-Transducers. Dabei wird als erster Schritt das Vergleichen des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) oder eines daraus abgeleiteten Signals mit einem zweiten Schwellwert zur Bildung eines zweiten Ausgangssignals (CMP2out) durchgeführt. Hierfür wird, wie beschrieben typischerweise ein zweiter Komparator (CMP2) genutzt. Es folgt das Bilden, sowie ggf. das Verstärken und ggf. das Filtern der Hüllkurve des Spannungssignals in einem Hüllkurvenfilter des Ultraschall-Transducers (TR) zu einem Hüllkurvensignal (Hüllkurve). Die Filterung in dem Hüllkurvenfilter kann dabei umschaltbar bzw. regelbar gestaltet werden. In einem nächsten Schritt wird das Schwellwertsignals (Schwellwert) gebildet. Insbesondere kann das Schwellwertsignal (Schwellwert) durch Filterung aus dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) und/oder dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) gewonnen werden. Typischerweise liegt dabei das Schwellwertsignal im Vergleich zum zweiten Schwellwert so, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Amplituden des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als ein erster Komparator (CMP1). Der erste Komparator (CMP1) vergleicht sodann das Hüllkurvensignals (Hüllkurve) mit dem Schwellwertsignal (Schwellwert) und bildet das erste Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1). Erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung ist das Feststellen des Zeitpunktes (B) des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers. Dies geschieht durch die Erfassung des Zeitpunkts (B) zu dem der Ausgang (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) nach dem Ausschalten der Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) kein Signal mehr zeigt. Dieses Ereignis zum Zeitpunkt B startet typischerweise einen Zeitgeber.The invention thus relates on the one hand to a method for evaluating the voltage signal of a piezoelectric ultrasonic transducer. In this case, the first step is to compare the voltage signal of the ultrasound transducer (TR) or of a signal derived therefrom with a second threshold value to form a second output signal (CMP2out). As described, a second comparator (CMP2) is typically used for this purpose. This is followed by the formation, and possibly the amplification and optionally the filtering of the envelope of the voltage signal in an envelope filter of the ultrasonic transducer (TR) to an envelope signal (envelope curve). The filtering in the envelope filter can be made switchable or controllable. In a next step, the threshold value signal (threshold value) is formed. In particular, the threshold signal (threshold value) can be obtained by filtering from the envelope signal (envelope curve) and / or the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR). Typically, the threshold signal is compared to the second threshold such that the second comparator (CMP2) switches at higher amplitudes of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) than a first comparator (CMP1). The first comparator (CMP1) then compares the envelope signal (envelope) with the threshold signal (threshold) and forms the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1). Of particular importance according to the invention is the determination of the time (B) of the swinging out of the ultrasound transducer. This is done by detecting the time (B) at which the output (CMP2out) of the second comparator (CMP2) after turning off the drive of the ultrasonic transducer (TR) shows no signal. This event at time B typically starts a timer.

Dieser Zeitgeber schaltet das erste Ausgangssignals (dig. Out) des ersten Komparators (CMP1) für einen vorbestimmten ersten Zeitraum Δt1 nach dem Zeitpunkt (B) des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) auf den jeweils anderen logischen Wert entsprechend dem Beispiel um. Also beispielsweise von 1 nach 0 und umgekehrt je nach Systemauslegung.This timer switches the first output (dig Out) of the first comparator (CMP1) for a predetermined first period .DELTA.t 1 after the time (B) of the swinging of the ultrasonic transducer (TR) to the other logical value according to the example. So for example, from 1 to 0 and vice versa depending on the system design.

Diesem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren entspricht eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die das entsprechende Verfahren durchführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines erfindungsgemäßen Ultraschallmesssystems insbesondere im Automobil. Sie weist einem Ultraschall-Transducer (TR) auf, dessen Spannungssignal erfasst wird. Eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung, die Teil der Vorrichtung ist, ermittelt aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) das besagte Hüllkurvensignal (Hüllkurve). Eine Schwellwerterzeugung, die ebenfalls Teil der Vorrichtung ist, erzeugt ein Schwellwertsignal (Schwellwert). Des Weiteren weist die Vorrichtung den besagten ersten Komparator (CMP1) auf, der das Schwellwertsignal (Schwellwert) mit dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) vergleicht und ein erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) erzeugt. Typischerweise wird dabei das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) durch eine Logik mittels eines Steuersignals invertiert oder auf einen festen Wert, insbesondere entsprechend dem Beispiel auf logisch 1, gelegt. Darüber hinaus weist die Vorrichtung einen zweiten Komparator (CMP2) auf, der das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert vergleicht, wobei dieser zweite Schwellwert im Vergleich zum Schwellwertsignal so gewählt ist, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1). Wie zuvor bereits beschrieben, weist die Vorrichtung eine Zeitpunktfeststellvorrichtung auf, die den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) bestimmt, ab dem der Pegel des Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten.This inventive method described above corresponds to a device according to the invention, which carries out the corresponding method. The device according to the invention serves to detect the presence of objects in the vicinity of an ultrasonic measuring system according to the invention, in particular in the automobile. It has an ultrasound transducer (TR) whose voltage signal is detected. An envelope generating device, which is part of the device, determines from the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) the said envelope signal (envelope curve). Threshold generation, which is also part of the device, generates a threshold signal (threshold). Furthermore, the device has the said first comparator (CMP1), which compares the threshold signal (threshold value) with the envelope signal (envelope curve) and generates a first output signal (dig.10) of the first comparator (CMP1). Typically, the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) is inverted by logic by means of a control signal or is set to a fixed value, in particular corresponding to the example of logical 1. In addition, the device has a second comparator (CMP2) which compares the voltage signal of the ultrasound transducer (TR) with a second threshold value, this second threshold value being selected in comparison to the threshold signal such that the second comparator (CMP2) is at higher Voltage levels of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) switches as the first comparator (CMP1). As already described above, the device has a time-determining device which determines the time (B) after the end of the active activation of the ultrasound transducer (TR), from which the level of the voltage signal of the ultrasound transducer (TR) is no longer sufficient. to switch the second comparator (CMP2).

Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung startet mittels eines Startsignals einen Zeitgeber, der Teil der Vorrichtung ist, der für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Steuersignals ab dem festgestellten Zeitpunkt (B) das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) auf einen Zustand in der Art schaltet, der dem logischen Wert entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde.This time determination device starts by means of a start signal a timer, which is part of the device, for a first period (.DELTA.t 1 ) by means of the control signal from the detected time (B), the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) to a State in the way that corresponds to the logical value switches as if there were no reflection.

Darüber hinaus weist eine weitere Vorrichtung ein weiteres Merkmal auf, das für sich alleine bereits zu einer Verbesserung über den Stand der Technik hinaus führt, jedoch für sich alleine genommen noch nicht die modernen Anforderungen des automobilen Marktes erfüllt. Eine solche Vorrichtung zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems weist wieder einem Ultraschall-Transducer (TR) auf, dessen Spannungssignal erfasst wird, und eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung, die aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) ein Hüllkurvensignal (Hüllkurve) ermittelt. Dabei umfasst diese Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung ein steuerbares Hüllkurvenfilter. Die Vorrichtung weist wieder eine Schwellwerterzeugung auf, die ein Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, und einen ersten Komparator (CMP1), der das Schwellwertsignal mit dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve) vergleicht und ein erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) erzeugt. Mindestens eine Kennfrequenz des steuerbaren Hüllkurvenfilters wird während des Betriebes der Vorrichtung zu zumindest einem Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem ersten Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) oder korreliert zu diesem geändert.In addition, another device has a further feature, which on its own already leads to an improvement over the prior art, but taken alone does not meet the modern requirements of the automotive market. Such an apparatus for detecting the presence of objects in the vicinity of an ultrasound measuring system again has an ultrasound transducer (TR) whose voltage signal is detected, and an envelope generating device which determines an envelope signal (envelope curve) from the voltage signal of the ultrasound transducer (TR) , In this case, this envelope generating device comprises a controllable envelope filter. The device again has threshold generation producing a threshold signal (threshold) and a first comparator (CMP1) which compares the threshold signal with the envelope signal (envelope) and generates a first output (dig IO) of the first comparator (CMP1) , At least one characteristic frequency of the controllable envelope filter is changed during operation of the device at least one time in dependence on the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) or correlated thereto.

In einer weiteren Ausprägung weist die Vorrichtung darüber hinaus einen zweiten Komparator (CMP2) auf, der das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert vergleicht, wobei dieser zweite Schwellwert im Vergleich zum Schwellwertsignal wieder so gewählt ist, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1). Zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs weist die Vorrichtung wieder die besagte Zeitpunktfeststellvorrichtung auf. Diese bestimmt den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR), ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten. Auf diese Weise wird ein fester zeitlicher Bezugspunkt geschaffen, der nun Steuerungsaufgaben ermöglicht, die im Stand der Technik unbekannt sind. In Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit bezogen auf diesen Zeitpunkt (B) können nun Steuerungsaufgaben für das Hüllkurvenfilter und die Schwellwerterzeugung zeitabhängig durchgeführt werden. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung typischerweise einen Zeitgeber auf, der nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den besagten Zeitpunkt (B) die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung mindestens zweimal ändert. Es ist natürlich denkbar, diese Änderung zu sehr vielen Zeitpunkten vorzunehmen, wodurch eine quasikontinuierliche Änderung des Schwellwertsignals und/oder der Parameter des Hüllkurvenfilters erfolgt. Im Extremfall kann es sich bei dem Zeitgeber um eine Analoge Vorrichtung handeln, die ein analoges Signal erzeugt, das beispielsweise durch einen Pegel den verstrichenen Zeitraum linear oder nichtlinear aber streng monoton fallend oder steigend repräsentiert und das Schwellspannungssignal und/oder einen oder mehrere der Parameter des Hüllkurvenfilters kontinuierlich steuert.In a further embodiment, the device furthermore has a second comparator (CMP2) which compares the voltage signal of the ultrasound transducer (TR) with a second threshold value, this second threshold value being selected again in comparison to the threshold signal such that the second comparator (CMP2) at higher voltage levels of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) switches than the first comparator (CMP1). To control the time sequence, the device again has the said time-determining device. This determines the time (B) after the end of active activation of the ultrasonic transducer (TR), from which the level of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) is no longer sufficient to switch the second comparator (CMP2). In this way, a fixed time reference point is created, which now allows control tasks that are unknown in the prior art. Depending on the elapsed time relative to this time (B), control tasks for the envelope filter and the threshold value generation can now be carried out in a time-dependent manner. For this purpose, the device typically has a timer which changes the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device at least twice after at least a third period (Δt 3 ) and after at least a fourth period (Δt 4 ) relative to said time (B). It is of course conceivable to make this change at very many points in time, whereby a quasi-continuous change of the threshold signal and / or the parameters of the envelope filter takes place. In an extreme case, the timer may be an analogue device which generates an analogue signal which, for example, represents linear or nonlinear but strictly monotonically decreasing or rising through a level and the threshold voltage signal and / or continuously controls one or more of the parameters of the envelope filter.

Im Falle einer diskreten Steuerung beispielsweise durch einen digitalen Zeitgeber kann dieser beispielsweise auch nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den Zeitpunkt (B) die Schwellwerterzeugung derart ändern, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ1 auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt.In the case of a discrete control, for example, by a digital timer this can for example after at least a fifth period (At 5 ) relative to the time (B) change the threshold generation such that the threshold signal (threshold) from this point exponentially with a first time constant τ 1 drops to a residual threshold (RSW).

13 zeigt ein stark schematisiertes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Treiberschaltung (DR) steuert den Ultraschall-Transducers (TR) mit dem Sendesignal typischerweise zu Beginn einer Sendeperiode an. Die Treiberschaltung ist nach dem Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) für den Rest der Sendeperiode inaktiv. Der Rest der Sendeperiode gliedert sich in Ausschwingzeit und Empfangszeit. Die Sendeperioden werden typischerweise periodisch wiederholt. Ein zweiter Komparator (CMP2) vergleicht das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2), der typischerweise vorgegeben wird. Der zweite Schwellwert (SW2) wird dabei so gewählt, dass er von der Wirkung her über dem Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) liegt. Das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) wird von der Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) ausgewertet. Diese Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) bestimmt den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR), ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten. Typischerweise liegt dieser Zeitpunkt (B) in Form eines geeigneten Signals am Ausgang der Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) vor. Dieses Signal startet typischerweise den Zeitgeber (ZG). Der Zeitgeber (ZG) wird somit durch das Erreichen des Zeitpunkts (B) innerhalb einer Sendeperiode gestartet. Dies erfolgt typischerweise bei einer abgeschalteten Treiberschaltung (DR). In einer ersten Ausprägung der Erfindung schaltet der Zeitgeber (ZG) für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Logiksteuersignals (S1) ab dem Zeitpunkt (B) in der betreffenden Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) typischerweise mittels einer Logik (LO) auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde. In einer zweiten weniger bevorzugten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber (ZG) mittels weiterer Steuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (B) + (Δt3) ist ebenso denkbar. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge des Zeitpunkts (B). Gegenüber der Steuerung der Filtercharakteristik über den Zeitgeber wird jedoch die Steuerung des Hüllkurvenfilters mittels der Filtersteuerung (FE) und auf Basis des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) bevorzugt. In einer dritten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber (ZG) nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung (VS) mittels der Schwellwertsteuerung (SWS) derart, dass das durch die Schwellwerterzeugung (VS) generierte Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) ab diesem Zeitpunkt (Δt5) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ1 auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt. 13 shows a highly schematic block diagram of the device according to the invention. The driver circuit (DR) typically drives the ultrasound transducer (TR) with the transmit signal at the beginning of a transmit period. The driver circuit is inactive after the ultrasonic transducers (TR) swing out for the remainder of the transmission period. The remainder of the transmission period is divided into settling time and reception time. The transmission periods are typically repeated periodically. A second comparator (CMP2) compares the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) with a second threshold (SW2), which is typically specified. The second threshold value (SW2) is chosen so that its effect is above the threshold signal (threshold value, SW1). The second output signal (CMP2out) of the second comparator (CMP2) is evaluated by the timing detection device (ZE). This timing detector (ZE) determines the time (B) after the end of the active driving of the ultrasonic transducer (TR), from which the level of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) is no longer sufficient to switch the second comparator (CMP2) , Typically, this point in time (B) is in the form of a suitable signal at the output of the time-setting device (ZE). This signal typically starts the timer (ZG). The timer (ZG) is thus started by reaching the time point (B) within a transmission period. This is typically done with a driver circuit (DR) turned off. In a first embodiment of the invention, the timer (ZG) switches the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) for a first period (.DELTA.t 1 ) by means of the logic control signal (S1) from the instant (B) in the respective transmission period. typically by means of a logic (LO) to the state corresponding to such a logical value of the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) as if there were no reflection. In a second less preferred embodiment of the invention, the timer (ZG) changes the filter characteristic of the envelope filter by means of further control lines after at least a third period (Δt 3 ) and after at least a fourth period (Δt 4 ) with respect to the time (B) in the transmission period the envelope generation device (HE) thus at least twice in the transmission period. A quasi-continuous or continuous change with a change function from a third point in time (B) + (Δt 3 ) is also conceivable. Particularly preferred is the change of the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE) at four time points in chronological succession of the time point (B). In contrast to the control of the filter characteristic via the timer, however, the control of the envelope filter by means of the filter control (FE) and based on the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) is preferred. In a third embodiment of the invention, the timer (ZG) changes the threshold value generation (VS) by means of the threshold value control (SWS) after at least a fifth time period (Δt 5 ) in relation to the time (B) of a transmission period in such a way that the threshold value generation (VS ) generated threshold value (threshold, SW1) from this point in time (Δt 5 ) decreases exponentially with a first time constant τ 1 to a residual threshold (RSW).

Es bleibt noch zu erwähnen, dass das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) durch eine typische Signalverarbeitung, beispielsweise in Form eines Verstärkers (V), vor der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) mit dem Hüllkurvenfilter aufbereitet wird.It remains to be noted that the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) is processed by the typical signal processing, for example in the form of an amplifier (V), before the envelope generating device (HE) with the envelope filter.

Der besagte erste Komparator (CMP1) vergleicht das Ausgangssignal (H) der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) mit dem ersten Schwellwert (SW1) in Form des Schwellwertsignals (Schwellwert) und erzeugt daraus das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1), das ggf. noch durch die Logik (LO) modifiziert wird.Said first comparator (CMP1) compares the output signal (H) of the envelope generation device (HE) with the first threshold value (SW1) in the form of the threshold value signal (threshold value) and generates therefrom the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1), which is possibly modified by the logic (LO).

Dem Fachmann ist offensichtlich, dass die in diesem Blockschaltbild dargestellten Funktionalitäten zu großen Teilen auch als Software auf einem Signalprozessor ablaufen können. Insofern können ein oder mehrere Komponenten dieses Blockschaltbildes in einer Realisierung auch zu einer einzigen Vorrichtung zusammengefasst sein.It is obvious to the person skilled in the art that the functionalities shown in this block diagram can to a large extent also run as software on a signal processor. In this respect, one or more components of this block diagram can in one implementation also be combined into a single device.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit im Wesentlichen zwei Hauptschritte:

  • 1. Die Bestimmung der Ausschwingzeit in Form eines Zeitpunkts (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) in der betreffenden Sendeperiode, ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten. Dies kann auch als Plausibilitätsprüfung dienen, ob beispielsweise der Sensor vorhanden oder verschmutzt etc. ist. Diese Bestimmung der Ausschwingzeit findet ohne nahes Echo statt. In diesem Zusammenhang muss erwähnt werden, dass ein Echo am Ende des Ausschwingvorgangs nicht mehr klar zu erkennen ist und die so ermittelte Ausschwingzeit verfälschen kann.
  • 2. Es folgt die Bestimmung der Ausschwingzeit unabhängig von nahen Echos mit Hilfe eines zweiten Komparators (CMPS2), der direkt am Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) angeschlossen ist.
The method according to the invention thus essentially comprises two main steps:
  • 1. the determination of the settling time in the form of a time point (B) after the end of the active control of the ultrasonic transducer (TR) in the relevant transmission period, from which the level of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) is no longer sufficient to the second comparator (CMP2) switch. This can also serve as a plausibility check, for example if the sensor is present or contaminated, etc. This determination of the decay time takes place without close echo. In this context, it must be mentioned that an echo at the end of the decay process is not is more clearly recognizable and can distort the so determined swing time.
  • 2. The decay time is determined independently of nearby echoes using a second comparator (CMPS2) connected directly to the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR).

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Selbst wenn die Position nicht immer bestimmt werden kann, so kann doch auch in Extremfällen somit mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Objekt innerhalb des Ausschwingvorgangs/Blindbereichs durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erkannt werden. Dabei werden, je nach Form des Hindernisses, mehrfach hin- und herlaufende Echos erkannt. Dadurch können Echos auch im Bereich ab 1 cm vom Ultraschall-Transducer (TR) teilweise entdeckt werden. Das Verhalten auf der Ausgangsleitung (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) incl. der erfindungsgemäßen Modifikation ist kompatibel zu dem bisherigen System, da es im Nahbereich immer eine Echo-Anzeige gibt. Die erste steigende Flanke nach dem Sendepuls zeigt immer die Ausschwingzeit an, unabhängig von der Position der nahen Echos.Even if the position can not always be determined, an object within the decompression process / blind area can be detected by the method according to the invention and the device according to the invention even in extreme cases with high probability. Depending on the shape of the obstacle, multiple reciprocating echoes are detected. As a result, echoes can also be partially detected in the range from 1 cm above the ultrasound transducer (TR). The behavior on the output line (dig IO) of the first comparator (CMP1) including the modification according to the invention is compatible with the previous system, since there is always an echo display in the near range. The first rising edge after the transmit pulse always indicates the settling time, regardless of the position of the near echoes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

  • AA
    minimaler Punkt des Hüllkurvensignals (Hüllkurve) zwischen Abschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) und dem Eintreffen des ersten Nahbereichsechos.minimum point of the envelope signal (envelope) between swinging of the ultrasonic transducer (TR) and the arrival of the first near-field echo.
    BB
    Zeitpunkt zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ausschwingen feststellt.Time at which the second comparator (CMP2) detects the decay.
    CMP1CMP 1
    erster Komparator. Der erste Komparator vergleicht das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) mit dem Schwellwertsignal und erzeugt daraus das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1).first comparator. The first comparator compares the envelope signal (envelope) with the threshold signal and generates therefrom the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1).
    CMP2CMP2
    zweiter Komparator. Der zweite Komparator vergleicht das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2), der typischerweise vorgegeben wird. Der zweite Schwellwert (SW2) wird dabei so gewählt, dass er von der Wirkung her über dem Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) liegt.second comparator. The second comparator compares the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) with a second threshold (SW2), which is typically specified. The second threshold value (SW2) is chosen so that its effect is above the threshold signal (threshold value, SW1).
    CMP2outCMP2out
    zweites Ausgangssignal des zweiten Komparators (CMP2).second output signal of the second comparator (CMP2).
    dig. IOdig. IO
    erstes Ausgangssignal des ersten Komparators (CMP1)first output signal of the first comparator (CMP1)
    DRDR
    Treiberschaltung zur Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) mit dem Sendesignal innerhalb einer Sendeperiode. Die Treiberschaltung ist nach dem Ausschwingen des Ultraschall-Transducers (TR) für den Rest der Sendeperiode inaktiv.Driver circuit for controlling the ultrasonic transducer (TR) with the transmission signal within a transmission period. The driver circuit is inactive after the ultrasonic transducers (TR) swing out for the remainder of the transmission period.
    FSFS
    Filtersteuerung für die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE). In einer Ausprägung der Erfindung ändert die Filtersteuerung mittels Filtersteuerleitungen (FSS) nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf die fallende Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (Δt3) bezogen auf diese Flanke ist ebenso denkbar. Auch kann bei der Invertierung aller logischen Signale natürlich auch eine steigende Flanke verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge der besagten Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) nach dem Zeitpunkt (B). Dies ist die bevorzugte Form der Filtersteuerung.Filter control for the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE). In one embodiment of the invention, the filter control changes by means of filter control lines (FSS) after at least a third period (.DELTA.t 3 ) and after at least a fourth period (.DELTA.t 4 ) with respect to the falling edge of the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1 ) in the transmission period, the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE) thus at least twice in the transmission period. A quasi-continuous or continuous change with a change function from a third time (Δt 3 ) with respect to this edge is also conceivable. Of course, when inverting all logic signals, a rising edge can also be used. Particularly preferred is the change in the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE) at four time points in chronological succession of the said edge of the first output signal (dig. IO) after the time (B). This is the preferred form of filter control.
    FSSFSS
    Filtersteuerleitungen. In einer Ausprägung der Erfindung ändert die Filtersteuerung (FS) mittels dieser Filtersteuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf die fallende Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (Δt3) bezogen auf diese Flanke ist ebenso denkbar. Auch kann bei der Invertierung aller logischen Signale natürlich auch eine steigende Flanke verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge der besagten Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) nach dem Zeitpunkt (B). Dies ist die bevorzugte Form der Filtersteuerung.Filter control lines. In one embodiment of the invention, the filter control changes (FS) by means of these filter control lines after at least a third period (.DELTA.t 3 ) and after at least a fourth period (.DELTA.t 4 ) based on the falling edge of the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) in the transmission period, the filter characteristic of Envelope filter of the envelope generating device (HE) thus at least twice in the transmission period. A quasi-continuous or continuous change with a change function from a third time (Δt 3 ) with respect to this edge is also conceivable. Of course, when inverting all logic signals, a rising edge can also be used. Particularly preferred is the change in the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE) at four time points in chronological succession of the said edge of the first output signal (dig. IO) after the time (B). This is the preferred form of filter control.
    HH
    Ausgangssignal der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) und Eingangssignal des ersten Komparators (CMP1).Output of the envelope generator (HE) and input of the first comparator (CMP1).
    HEHE
    Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung. Die Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung übernimmt vom Verstärker (V) das verstärkte Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR). Es umfasst unter anderem ein Hüllkurvenfilter das mittels weiterer Leitungen durch den Zeitgeber oder besser und bevorzugt mittels der Filtersteuerleitungen durch die Filtersteuerung (FE) gesteuert wird. In einer Ausprägung der Erfindung ändert die Filtersteuerung (FS) mittels der Filtersteuerleitungen (FSS) nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf die fallende Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (Δt3) bezogen auf diese Flanke ist ebenso denkbar. Auch kann bei der Invertierung aller logischen Signale natürlich auch eine steigende Flanke verwendet werden. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge der besagten Flanke des ersten Ausgangssignals (dig. IO) nach dem Zeitpunkt (B). Dies ist die bevorzugte Form der Filtersteuerung.Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung. The envelope generating device takes over from the amplifier (V) the amplified voltage signal of the ultrasonic transducer (TR). It comprises, inter alia, an envelope filter which is controlled by means of further lines by the timer or better and preferably by means of the filter control lines through the filter control (FE). In one embodiment of the invention, the filter control (FS) changes by means of the filter control lines (FSS) after at least a third period (.DELTA.t 3 ) and after at least a fourth period (.DELTA.t 4 ) with respect to the falling edge of the first output signal (dig first comparator (CMP1) in the transmission period, the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE) thus at least twice in the transmission period. A quasi-continuous or continuous change with a change function from a third time (Δt 3 ) with respect to this edge is also conceivable. Of course, when inverting all logic signals, a rising edge can also be used. Particularly preferred is the change in the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE) at four time points in chronological succession of the said edge of the first output signal (dig. IO) after the time (B). This is the preferred form of filter control.
    LOLO
    Logik. In einer ersten Ausprägung der Erfindung schaltet der Zeitgeber (ZG) für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Logiksteuersignals (S1) ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) mittels dieser Logik (LO) auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde.Logic. In a first aspect of the invention, the timer (ZG) on for a first time period (At 1) by means of the logic control signal (S1) from the time (B) in the transmission period, the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) by means of this logic (LO) on the state corresponding to such a logical value of the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1), as if there was no reflection.
    τ1 τ 1
    erste Zeitkonstante (τ1). Nachdem der fünfte Zeitraum (Δt5) zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, vergangen ist, wird die Schwellwerterzeugungseinheit, die das Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, so beispielsweise durch einen Zeitgeber so umgeschaltet, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt (Δt5) exponentiell mit der ersten Zeitkonstante (τ1) auf einen Restschwellwert (RSW) abfälltfirst time constant (τ 1 ). After the fifth period of time (At 5) between time (B) when the second comparator (CMP2), the end of the Settle stop of the ultrasonic transducer (TR) after the completion of drive phase by a disappearance of the digital oscillation indicates, has passed, the threshold value generating unit, which generates the threshold signal (threshold), so for example by a timer switched so that the threshold signal (threshold) from this time (.DELTA.t 5 ) exponentially with the first time constant (τ 1 ) to a residual threshold (RSW) drops
    Δt1 Δt 1
    erster Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu dem das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) das Schwellwertsignal (Schwellwert) kreuzt und somit der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) seinen logischen Wert ändert. Dies gilt, wenn kein Objekt nahe am Ultraschall-Transducer (TR) ist. Dieser erste Zeitraum kann auch als ein erster Zeitpunkt (Δt1) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den ersten Zeitraum verschoben ist. first period between the time point (B) at which the second comparator (CMP2) the end of the swinging of the ultrasonic transducer (TR) after the Indicating termination of the drive phase by a disappearance of the digital oscillation, and the time at which the envelope signal (envelope) crosses the threshold signal (threshold) and thus the output (dig IO) of the first comparator (CMP1) changes its logic value. This applies if no object is close to the ultrasound transducer (TR). This first period can also be understood as a first time (Δt 1 ), which is shifted by the first time period from the time (B).
    Δt2 Δt 2
    zweiter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu dem das Hüllkurvensignal (Hüllkurve) das Schwellwertsignal (Schwellwert) kreuzt und somit der Ausgang (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) seinen logischen Wert ändert. Hierbei ist jedoch ein Objekt so nahe am Ultraschall-Transducer, dass der zweite Zeitraum (Δt2) gegenüber dem ersten Zeitraum (Δt1) vergrößert ist. Dieser zweite Zeitraum kann auch als ein zweiter Zeitpunkt (Δt2) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den zweiten Zeitraum verschoben ist.second period between the time point (B) at which the second comparator (CMP2) indicates the end of the decay of the ultrasound transducer (TR) after the termination of the drive phase by a disappearance of the digital oscillation, and the time at which the envelope signal ( Envelope) crosses the threshold signal (threshold) and thus the output (dig IO) of the first comparator (CMP1) changes its logic value. Here, however, an object is so close to the ultrasonic transducer that the second period (At 2 ) is increased from the first period (At 1 ). This second period can also be understood as a second time (Δt 2 ), which is shifted by the second time period compared to the time (B).
    Δt3 Δt 3
    dritter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt zu dem typischerweise ein Zeitgeber bezogen auf den besagten Zeitpunkt (B) die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung ändert. Dieser dritte Zeitraum kann auch als ein dritter Zeitpunkt (Δt3) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den dritten Zeitraum verschoben ist.third period between the time point (B) at which the second comparator (CMP2) indicates the end of the swinging of the ultrasonic transducer (TR) after the completion of the drive phase by disappearance of the digital oscillation, and the time to which a timer is typically related at the said time (B) changes the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device. This third period can also be understood as a third time (Δt 3 ), which is shifted by the third period from the time (B).
    Δt4 Δt 4
    vierter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt zu dem typischerweise ein Zeitgeber bezogen auf den besagten Zeitpunkt (B) die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung ändert. Der vierte Zeitraum ist typischerweise verschieden vom dritten Zeitraum (Δt3). Dieser vierte Zeitraum kann auch als ein vierter Zeitpunkt (Δt4) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den vierten Zeitraum verschoben ist.fourth period between the time point (B) when the second comparator (CMP2) indicates the end of swinging of the ultrasonic transducer (TR) after completion of the driving phase by disappearance of the digital oscillation, and the timing to which a timer is typically related at the said time (B) changes the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device. The fourth period is typically different from the third period (Δt 3 ). This fourth period can also be understood as a fourth time (Δt 4 ), which is shifted by the fourth period from the time (B).
    Δt5 .delta.t 5
    fünfter Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B) zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, zu dem die Schwellwerterzeugungseinheit, die das Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, so beispielsweise durch einen Zeitgeber umgeschaltet wird, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante (τ1) auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt Dieser fünfte Zeitraum kann auch als ein fünfter Zeitpunkt (Δt5) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den fünften Zeitraum verschoben ist.fifth period between the time point (B) at which the second comparator (CMP2) indicates the end of the swinging of the ultrasonic transducer (TR) after the completion of the driving phase by disappearance of the digital oscillation, and the timing at which the threshold generating unit, the threshold signal (threshold value) is generated, for example, by a timer is switched, that the threshold signal (threshold) from this point exponentially with a first time constant (τ 1 ) to a residual threshold (RSW) drops this fifth period can also be a fifth time ( Δt 5 ), which is shifted from the time (B) by the fifth period.
    Δt6 Δt 6
    sechster Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt (B) zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, und dem Zeitpunkt, ab dem ein fallendes erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) als erkanntes Echo gewertet wird. Typischerweise wird der sechste Zeitraum Δt6 um 20% länger als der Mittelwert des ersten Zeitraums Δt1 gewählt, da der Zeitpunkt Δt1 selbst mit einem Jitter belegt ist. Für den Fall, dass die Varianz des ersten Zeitraums Δt1 gegenüber dessen Mittelwert in einer Realisierung größer ist, sollte der sechste Zeitraum Δt6 entsprechend vergrößert werden. Ist die Varianz kleiner, so kann der sechste Zeitraum Δt6 verkleinert werden. Außerdem tragen Temperaturschwankungen und ggf. Änderungen der Pulsanzahl des Sendebursts zu Änderungen des ersten Zeitraums Δt1 bei, die bei der Einstellung des sechsten Zeitraums Δt6 berücksichtigt werden sollten. Dieser sechste Zeitraum kann auch als ein sechster Zeitpunkt (Δt6) verstanden werden, der gegenüber dem Zeitpunkt (B) um den sechsten Zeitraum verschoben ist.sixth period between the time point (B) at which the second comparator (CMP2) indicates the end of the decay of the ultrasonic transducer (TR) after the completion of the drive phase by a disappearance of the digital oscillation, and the time from which a falling first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) is evaluated as detected echo. Typically, the sixth period .DELTA.t is 6 to 20% longer than the average value of the first period .DELTA.t 1 is selected as the time At is 1 itself covered with a jitter. In the case that the variance of the first period .DELTA.t 1 with respect to its mean value is larger in one implementation, the sixth period .DELTA.t should be increased accordingly. 6 If the variance is smaller, then the sixth period Δt 6 can be reduced. In addition, temperature fluctuations and possibly changes in the number of pulses of the transmission burst contribute to changes in the first time period Δt 1 , which should be taken into account when setting the sixth time period Δt 6 . This sixth period can also be understood as a sixth time (Δt 6 ), which is shifted from the time (B) by the sixth period.
    Hüllkurveenvelope
    Hüllkurvensignal, die mittels einer Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) gewonnen wird.Envelope signal, which is obtained by means of an envelope generating device from the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR).
    RSWRSW
    Restschwellwert auf den das Schwellwertsignal (Schwellwert) bei exponentieller Reduktion nach dem Zeitpunkt (B) und dem Verstreichen des fünften Zeitraums (Δt5) abfällt. Nachdem der fünfte Zeitraum (Δt5) zwischen dem Zeitpunkt (B), zu dem der zweite Komparator (CMP2) das Ende des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) nach der Beendigung der Ansteuerphase durch ein Verschwinden der digitalen Oszillation anzeigt, vergangen ist, wird die Schwellwerterzeugungseinheit, die das Schwellwertsignal (Schwellwert) erzeugt, beispielsweise durch einen Zeitgeber so umgeschaltet, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt (Δt5) exponentiell mit der ersten Zeitkonstante (τ1) auf einen Restschwellwert (RSW) abfälltResidual threshold to which the threshold signal (threshold value) drops when exponentially reduced after time (B) and the lapse of the fifth period (Δt 5 ). After the fifth period of time (At 5) between the time (B), to which the end of Settle stop of the ultrasonic transducer (TR) indicative of the second comparator (CMP2) after completion of the drive phase by a disappearance of the digital oscillation, has passed, is the threshold generation unit that generates the threshold (threshold value), so switched for example by a timer that the threshold (threshold) (5 .DELTA.t) exponentially to the first time constant (τ 1) to a Restschwellwert (RSW) decreases from this point
    S1S1
    Logiksteuersignal zur Steuerung der Logik durch den Zeitgeber. Mittels der Logik schaltet in einer Ausprägung der Erfindung der Zeitgeber (ZG) für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Logiksteuersignals ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) auf den Zustand, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde.Logic control signal for controlling the logic by the timer. By means of the logic switches in one embodiment of the invention, the timer (ZG) for a first period (.DELTA.t 1 ) by means of the logic control signal from the time (B) in the transmission period, the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) on the State corresponding to such logical value of the first output (dig IO) of the first comparator (CMP1) as if there were no reflection.
    SW2SW2
    Signal für den zweiten Schwellwert.Signal for the second threshold.
    SWS SWS
    Schwellwertsteuerung. Die Schwellwertsteuerung wird durch den Zeitgeber gesteuert. In einer Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber (ZG) nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung (VS) des ersten Schwellwerts (SW1) derart, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) ab diesem Zeitpunkt (Δt5) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante (τ1) auf einen Restschwellwert (RSW) abfälltThreshold control. The threshold control is controlled by the timer. In one embodiment of the invention, the timer (ZG) changes the threshold value generation (VS) of the first threshold value (SW1) after at least a fifth time period (Δt 5 ) relative to the time point (B) of a transmission period such that the threshold signal (threshold value, SW1) from this point in time (Δt 5 ) drops exponentially with a first time constant (τ 1 ) to a residual threshold value (RSW)
    Schwellwertthreshold
    Das Schwellwertsignal. Das Schwellwertsignal wird typischerweise in einer Schwellwerterzeugungseinheit generiert.The threshold signal. The threshold signal is typically generated in a threshold generation unit.
    TRTR
    Ultraschall-Transducer.Ultrasonic transducer.
    VV
    Verstärkeramplifier
    VSVS
    Schwellwerterzeugung für das erste Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1). Die Schwellwerterzeugung wird durch die Schwellwertsteuerung (SWS) gesteuert.Threshold generation for the first threshold signal (threshold, SW1). The threshold generation is controlled by the threshold control (SWS).
    ZGZG
    Zeitgeber. Der Zeitgeber wird durch das Erreichen des Zeitpunkts (B) in einer Sendeperiode gestartet. Zu Beginn einer Sendeperiode wird der Zeitgeber typischerweise durch eine nicht gezeichnete Sendesteuerung zurückgesetzt oder ist selbst Teil einer solchen Sendesteuerung, die die Sendeperiodenlänge bestimmt. In einer ersten Ausprägung der Erfindung schaltet der Zeitgeber für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Logiksteuersignals (S1) ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) typischerweise mittels einer Logik (LO) auf den Zustand schaltet, der einem solchen logischen Wert des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde. In einer zweiten weniger bevorzugten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber mittels weiterer Steuerleitungen nach mindestens einem dritten Zeitraum (Δt3) und nach mindestens einem vierten Zeitraum (Δt4) bezogen auf den Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode die Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) somit mindestens zweimal in der Sendeperiode. Eine quasikontinuierliche oder kontinuierliche Änderung mit einer Änderungsfunktion ab einem dritten Zeitpunkt (B) + (Δt3) ist ebenso denkbar. Besonders bevorzugt ist die Änderung der Filtercharakteristik des Hüllkurvenfilters der Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) zu vier Zeitpunkten in zeitlicher Nachfolge des Zeitpunkts (B). Bevorzugt wird jedoch die Steuerung des Hüllkurvenfilters mittels der Filtersteuerung (FE) und auf Basis des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1). In einer dritten Ausprägung der Erfindung ändert der Zeitgeber nach mindestens einem fünften Zeitraum (Δt5) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Schwellwerterzeugung derart, dass das Schwellwertsignal (Schwellwert) ab diesem Zeitpunkt (Δt5) exponentiell mit einer ersten Zeitkonstante τ1 auf einen Restschwellwert (RSW) abfällt. In einer vierten Ausprägung der Erfindung erlaubt der Zeitgeber nach mindestens einem sechsten Zeitraum (Δt6) bezogen auf den Zeitpunkt (B) einer Sendeperiode die Erkennung eines Echos. Hierzu modifiziert er mittels der Logik (LO) das erste Ausgangssignal (dig. IO) derart, dass das erste Ausgangssignal (dig. IO) erst nach Ablauf des sechsten Zeitraums (Δt6) den Empfang eines Echos signalisieren kann.Timer. The timer is started by reaching the time point (B) in a transmission period. At the beginning of a transmission period, the timer is typically reset by an unsigned transmission control or is itself part of such a transmission control that determines the transmission period length. In a first embodiment of the invention, the timer for a first period (.DELTA.t 1 ) by means of the logic control signal (S1) from the time (B) in the transmission period, the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) typically by means of logic (LO) switches to the state corresponding to such a logical value of the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) as if there were no reflection. In a second less preferred embodiment of the invention, the timer changes the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device by means of further control lines after at least a third period (Δt 3 ) and after at least a fourth period (Δt 4 ) relative to the point in time (B) in the transmission period ( HE) thus at least twice in the transmission period. A quasi-continuous or continuous change with a change function from a third point in time (B) + (Δt 3 ) is also conceivable. Particularly preferred is the change of the filter characteristic of the envelope filter of the envelope generating device (HE) at four time points in chronological succession of the time point (B). However, the control of the envelope filter by means of the filter control (FE) and on the basis of the first output signal (dig. IO) of the first comparator (CMP1) is preferred. In a third embodiment of the invention, the timer after at least a fifth period (.DELTA.t 5 ) based on the time (B) of a transmission period, the threshold value generation such that the threshold signal (threshold) from this time (.DELTA.t 5 ) exponentially with a first time constant τ 1 drops to a residual threshold (RSW). In a fourth embodiment of the invention, the timer allows the detection of an echo after at least a sixth period (.DELTA.t 6 ) with respect to the time (B) of a transmission period. For this purpose, it modifies by means of the logic (LO), the first output signal (digital IO) such that the first output signal (dig. IO) can signal the receipt of an echo only after the expiration of the sixth period (.DELTA.t 6 ).
    ZEZE
    Zeitpunktfeststellvorrichtung. Diese bestimmt den Zeitpunkt (B) nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR), ab dem der Pegel des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um den zweiten Komparator (CMP2) umzuschalten.Time locking device. This determines the time (B) after the end of active activation of the ultrasonic transducer (TR), from which the level of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) is no longer sufficient to switch the second comparator (CMP2).

Claims (2)

Verfahren zur Auswertung des Spannungssignals eines piezoelektrischen Ultraschall-Transducers (TR) zur Verbesserung der Nahbereichserkennung gekennzeichnet durch die Schritte a. periodisches Aussenden und Empfangen eines Ultraschall-Bursts mit einer Sendeperiode, mittels eines Ultraschall-Transducers (TR) und Wandeln des empfangenen Schallsignals in ein Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR), b. wobei die Sendeperiode mit dem Beginn der Ansteuerung des Ultraschall-Treibers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) in der aktuellen Sendeperiode beginnt und mit dem Beginn der Ansteuerung des Ultraschall-Treibers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) in der nachfolgenden Sendeperiode endet, c. Vergleichen des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) oder eines daraus abgeleiteten Signals mit einem zweiten Schwellwert (SW2) zur Bildung eines zweiten Ausgangssignals (CMP2out), durch einen zweiten Komparator (CMP2), d. Bilden und Verstärken, und Filtern der Hüllkurve des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) zu einem Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) in einer Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE), e. Bilden eines Schwellwertsignals (Schwellwert, SW1), i. wobei das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) durch Filterung aus dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) und/oder aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) gewonnen werden kann oder fest vorgegeben werden kann oder durch eine Schwellwerterzeugung (VS) erzeugt werden kann, und ii. wobei das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) im Vergleich zum zweiten Schwellwert (SW2) so liegt, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Amplituden des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als ein erster Komparator (CMP1), f. Vergleichen des Hüllkurvensignals (Hüllkurve, H) mit dem Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) zur Bildung eines ersten Ausgangssignals (dig. IO) durch den ersten Komparator (CMP1), g. Feststellen des Zeitpunktes (B) des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) innerhalb der Sendeperiode durch Erfassen eines Zeitpunkts (B) innerhalb der Sendeperiode, zu dem das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) nach dem Ausschalten der Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) innerhalb der Sendeperiode keine Signalpegeländerung mehr zeigt, h. Invertieren des logischen Pegels des ersten Ausgangssignals (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) für einen vorbestimmten ersten Zeitraum (Δt1) nach dem Zeitpunkt (B) des Ausschwingens des Ultraschall-Transducers (TR) innerhalb der Sendeperiode.Method for evaluating the voltage signal of a piezoelectric ultrasonic transducer (TR) for improving close range detection characterized by the steps a. periodically emitting and receiving an ultrasonic burst having a transmission period, by means of an ultrasonic transducer (TR) and converting the received sound signal into a voltage signal of the ultrasonic transducer (TR), b. wherein the transmission period starts with the start of drive of the ultrasonic driver (TR) by a driver circuit (DR) in the current transmission period and ends with the start of drive of the ultrasonic driver (TR) by a driver circuit (DR) in the subsequent transmission period , c. Comparing the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) or a signal derived therefrom with a second threshold value (SW2) to form a second output signal (CMP2out), by a second comparator (CMP2), d. Forming and amplifying, and filtering the envelope of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) to an envelope signal (envelope, H) in an envelope generating device (HE), e. Forming a threshold signal (threshold, SW1), i. wherein the threshold signal (threshold value, SW1) can be obtained by filtering from the envelope signal (envelope, H) and / or from the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) or can be fixed or can be generated by a threshold value generation (VS), and ii. wherein the threshold signal (threshold, SW1) compared to the second threshold (SW2) is such that the second comparator (CMP2) switches at higher amplitudes of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) than a first comparator (CMP1), f. Comparing the envelope signal (envelope, H) with the threshold signal (threshold, SW1) to form a first output signal (dig. IO) by the first comparator (CMP1), g. Determining the time (B) of the ultrasonic transducer (TR) swinging out within the transmission period by detecting a time (B) within the transmission period to which the second output signal (CMP2out) of the second comparator (CMP2) turns off the control of the ultrasound Transducers (TR) no longer shows signal level change within the transmission period, h. Inverting the logic level of the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) for a predetermined first time period (Δt 1 ) after the instant (B) of the ultrasonic transducer (TR) swinging out within the transmission period. Vorrichtung zur Verbesserung der Erkennung der Anwesenheit von Objekten im Nahbereich eines Ultraschallmesssystems, gekennzeichnet dadurch a. dass sie einen Ultraschall-Transducer (TR) zum periodischen Senden und Empfangen von Ultraschall-Bursts mit einer Sendeperiode aufweist, dessen Spannungssignal erfasst wird, b. wobei die Sendeperiode mit dem Beginn der Ansteuerung des Ultraschall-Treibers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) in der aktuellen Sendeperiode beginnt und mit dem Beginn der Ansteuerung des Ultraschall-Treibers (TR) durch eine Treiberschaltung (DR) in der nachfolgenden Sendeperiode endet und c. dass sie eine Hüllkurvenerzeugungsvorrichtung (HE) aufweist, die aus dem Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) ein Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) ermittelt, und d. dass sie eine Schwellwerterzeugung (VS) aufweist, die ein Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) erzeugt, und e. dass sie einen ersten Komparator (CMP1) aufweist, der das Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) mit dem Hüllkurvensignal (Hüllkurve, H) vergleicht und ein erstes Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) erzeugt, wobei das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP) durch eine Logik (LO) mittels eines Steuersignals (S1) invertiert oder auf einen festen Wert gelegt werden kann, und f. dass sie einen zweiten Komparator (CMP2) aufweist, der das Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) mit einem zweiten Schwellwert (SW2) vergleicht, wobei dieser zweite Schwellwert (SW1) im Vergleich zum Schwellwertsignal (Schwellwert, SW1) so gewählt ist, dass der zweite Komparator (CMP2) bei höheren Spannungspegeln des Spannungssignals des Ultraschall-Transducers (TR) schaltet als der erste Komparator (CMP1), und g. dass sie eine Zeitpunktfeststellvorrichtung (ZE) aufweist, die den Zeitpunkt (B) in einer Sendeperiode nach dem Ende der aktiven Ansteuerung des Ultraschall-Transducers (TR) in der Sendeperiode bestimmt, ab dem der Pegel des Spannungssignal des Ultraschall-Transducers (TR) nicht mehr ausreicht, um das zweite Ausgangssignal (CMP2out) des zweiten Komparators (CMP2) zu invertieren, und h. dass sie einen Zeitgeber (ZG) aufweist, der für einen ersten Zeitraum (Δt1) mittels des Steuersignals (S1) ab dem Zeitpunkt (B) in der Sendeperiode das erste Ausgangssignal (dig. IO) des ersten Komparators (CMP1) auf den Zustand schaltet, der einem solchen logischen Wert entspricht, als ob keine Reflektion vorliegen würde.Device for improving the detection of the presence of objects in the vicinity of an ultrasonic measuring system, characterized by a. it has an ultrasonic transducer (TR) for periodically transmitting and receiving ultrasonic bursts having a transmission period whose voltage signal is detected, b. wherein the transmission period starts with the start of drive of the ultrasonic driver (TR) by a driver circuit (DR) in the current transmission period and ends with the start of drive of the ultrasonic driver (TR) by a driver circuit (DR) in the subsequent transmission period and c. in that it comprises an envelope generating device (HE) which determines an envelope signal (envelope, H) from the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR), and d. that it has a threshold value generation (VS) which generates a threshold signal (threshold value, SW1), and e. in that it comprises a first comparator (CMP1) which compares the threshold signal (threshold value, SW1) with the envelope signal (envelope, H) and generates a first output signal (dig.10) of the first comparator (CMP1), the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP) can be inverted or set to a fixed value by a logic (LO) by means of a control signal (S1), and f. in that it comprises a second comparator (CMP2) which compares the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) with a second threshold value (SW2), this second threshold value (SW1) being selected in comparison with the threshold signal (threshold value, SW1) the second comparator (CMP2) switches at higher voltage levels of the voltage signal of the ultrasonic transducer (TR) than the first comparator (CMP1), and g. in that it comprises a time-determining device (ZE) which determines the time (B) in a transmission period after the end of active activation of the ultrasonic transducer (TR) in the transmission period, from which the level of the voltage signal of Ultrasonic transducer (TR) is no longer sufficient to invert the second output signal (CMP2out) of the second comparator (CMP2), and h. in that it has a timer (ZG) for a first time period (Δt 1 ) by means of the control signal (S1) from the time (B) in the transmission period, the first output signal (dig IO) of the first comparator (CMP1) on the state switches, which corresponds to such a logical value, as if there was no reflection.
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