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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft auf eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung, die einen Ultraschallimpuls zu einem Objekt aus einem Impulsgeber sendet und ein in ein aus einem Empfänger empfangenes Reflektionssignal gemischtes Rauschen aus dem Reflektionssignal durch Verwendung ihrer Impulszeitbreiten unterscheidet.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung wie oben erwähnt wird beispielsweise durch Patentreferenz 1 offenbart. Die in Patentreferenz 1 offenbarte Ultraschall-Detektionsvorrichtung misst eine Impulszeitbreite und speichert diese Impulszeitbreite zeitweilig, durch Verstärken eines Reflektionssignals, in welches ein Rauschen eingemischt ist, und danach Formen der Wellenformen des Reflektionssignals durch Zählenlassen eines Taktgebers unter Verwendung des in Wellenform geformten Reflektionssignals als einem Gatter. Dann misst die Ultraschall-Detektionsvorrichtung Impulszeitbreiten sequentiell durch Durchführen desselben Prozesses und, wenn die Impulszeitbreite jedes der unmittelbar vorhergehenden und nächsten Reflektionssignale gleich oder größer einem vorbestimmten Wert ist, stellt sie fest, dass die Wellenform zu dieser Zeit diejenige eines Rauschens ist.
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Verwandter Stand der Technik-Dokument
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Patentreferenz
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- Patentreferenz 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP S62-220 889 A
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DE 10 2007 043 501 A1 beschreibt einen Ansatz zur Auswertung von Ultraschallsignalen mittels eines Senders und eines Empfängers, wobei die Impulscharakteristik (Impulslänge) eines Empfangssignal hinsichtlich Störsignalen auswertet. Während der Störsignalanalyse wird die Empfangsempfindlichkeit des Empfängers verändert um aus der sich daraus ergebenden Änderung der Impulslänge des Empfangssignals eine Zuordnung zu einer bekannten Impulscharakteristik des gesendeten Ultraschallsignals oder zu einem Störsignal durchzuführen.
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DE 21 51 348 A beschreibt eine Schallanordnung zum Unterscheiden von Echosignalen bei der Impulsrückstrahlungsmethode mittels Schallimpulsen, die Nutzsignale von Störsignalen unterscheidet. Die Anordnung weist einen Spitzenwertdetektor zum Ermitteln des Spitzenwerts und einen Integralbildner zum Ermitteln des Integralwerts einer Hüllkurve des durch einen Empfänger empfangenen Echosignals auf. Ein Vergleich des Verhältnisses aus Spitzenwert und Integralwert mit einem vorgegebenen Wert führt dann zur Entscheidung über das Vorliegen eines Echosignals oder eines Störsignals.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Jedoch ändern sich gemäß der durch die oben erwähnte Patentreferenz 1 offenbarten Technologie, weil die Wellenformformung unter Verwendung eines festen Schwellenwerts durchgeführt wird, in dem Fall, in dem weder das Vollwellen-gleichgerichtete Reflektionssignal noch ein Rauschen eine Rechteckwellenform aufweisen, zum Beispiel in dem Fall, bei dem ein Vollwellen-gleichgerichtetes Reflektionssignal und ein Rauschen dreieckförmige Impulse sind, die Messwerte der Impulszeitbreiten auch wenn ihre Amplitude sich ändern, und daher kann die Rauschdiskriminierung nicht stabil ausgeführt werden.
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Wenn der für das Wellenformformen verwendete Schwellenwert weiter abgesenkt wird, um dieses Problem zu lösen, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Ultraschall-Detektionsvorrichtung fehlfunktioniert, weil diese Ultraschall-Detektionsvorrichtung die Rauschdiskriminierung ausführt, während instabile Hintergrund-Rauschkomponenten beinhaltet sind. Ein weiteres Problem ist, dass, wenn eine Impulszeitbreite aus Quantisierungsdaten bestimmt wird, ein Zeitbreitenfehler, der ein Maximum doppelt so groß wie einen Abtastzeitraum aufweist, auftritt.
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die eine Impulszeitbreite stabil bestimmen kann und einen zuverlässigen Diskriminierungsprozess ausführen kann.
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Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung bereitgestellt, die einen Ultraschallimpuls zu einem Objekt aus einem Impulsgeber derselben sendet und ein, in ein durch einen Empfänger derselben empfangenes Reflektionssignal eingemischtes Rauschen aus dem Reflektionssignal unter Verwendung einer Impulszeitbreite diskriminiert, wobei die Ultraschall-Detektionsvorrichtung eine Diskriminierungsverarbeitungseinheit zum Durchführen eines Diskriminierungsprozesses des Approximierens einer Form jedes Signals, welches das Reflektionssignal oder ein Rauschen ist, als ein gleichschenkeliges Dreieck und Berechnen einer Impulszeitbreite gleich einer Länge einer Basis des oben erwähnten approximierenden gleichschenkeligen Dreiecks, und zum Diskriminieren zwischen dem Reflektionssignal und dem Rauschsignal durch Bestimmen, ob die berechnete Impulszeitbreite einen vorbestimmten Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert übersteigt, beinhaltet.
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Weil gemäß der vorliegenden Erfindung die Diskriminierungsverarbeitungseinheit die Form jedes Signals, das das Reflektionssignal oder ein Rauschen ist, als ein gleichschenkeliges Dreieck annähert und die Impulszeitbreite gleich der Länge der Basis des oben erwähnten annähernden gleichschenkeligen Dreiecks berechnet, und zwischen dem Reflektionssignal und dem Rauschsignal dadurch diskriminiert, dass bestimmt wird, ob die berechnete Impulszeitbreite den vorbestimmten Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert übersteigt, kann die Ultraschall-Detektionsvorrichtung die Impulszeitbreite stabil bestimmen und den zuverlässigen Diskriminierungsprozess selbst dann ausführen, wenn die Wellenformen des Vollwellen-gleichgerichteten Referenzsignals und des Vollwellen-gleichgerichteten Rauschens nicht rechteckig sind.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist eine Ansicht, welche das Prinzip hinter der durch die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ausgeführten Diskriminierung zeigt;
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2 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist eine Ansicht, welche das Prinzip hinter der durch eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ausgeführten Diskriminierung zeigt;
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4 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist eine Ansicht, die das Prinzip hinter der durch eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ausgeführten Rauschdiskriminierung zeigt;
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6 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist eine Ansicht, die das Prinzip hinter einer durch eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß einer Variante von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ausgeführten Diskriminierung zeigt;
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8 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß der Variante von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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9 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Verfahren zum Berechnen einer Maximalamplitude zeigt, die zur Berechnung einer Impulszeitbreite an der Wellenform eines Impulses in der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend, um diese Erfindung detaillierter zu erläutern, werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Ausführungsform 1.
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1 ist eine Ansicht, die das Prinzip hinter einer durch eine Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 ausgeführten Rauschdiskriminierung zeigt. In 1(a), sind Wellenformen eines Übertragungsimpulses, der gesendet wird durch, und eines Empfangimpulses, der empfangen wird durch einen in der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 angeordneten Impulsgeber-/Empfänger gezeigt. In 1(b) sind eine Fläche S, eine Maximalamplitude Vp und ein Amplituden-Schwellenwert Vth, die Parameter sind, die verwendet werden, wenn eine Impulszeitbreite tw1 berechnet wird, in der Wellenform eines Signals gezeigt, das ein reflektiertes Wellensignal oder ein Rauschen ist.
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Beispielsweise sendet die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1, die als ein Ecksensor eines Fahrzeugs verwendet werden kann, einen Ultraschallimpuls zu einem Objekt aus dem Impulsgeber derselben und empfängt ein Reflektionssignal vom Objekt unter Verwendung ihres Empfängers. Es ist bekannt, dass eine Rauschkomponente einschließlich eines elektromagnetischen Rauschens, eines durch ein Pfeifgeräusch verursachten Rauschens, eines durch Regentropfen verursachten Rauschens, und eines durch von einem Reifen abgegebenen, wasserverursachten Rauschens in diesem Reflektionssignal enthalten sein können.
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In 1(a) sind ein Rauschen n, das durch Ausführen von Vollwellengleichrichtung eines durch den Empfänger empfangenen Signals ermittelt wird, und das Reflektionssignal S, wie auch der Ultraschallimpuls p, der ein Übertragungssignal ist, in Zeitabfolge auf der Zeitachse (Zeit t) gezeigt, während die vertikale Achse eine Amplitude V zeigt.
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In dieser Figur weist das Reflektionssignal S eine Fläche auf, in der der schraffierte Bereich, der in 1(b) gezeigt ist, ausgeschlossen ist.
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Weiterhin weisen das Reflektionssignal S und das Rauschen n Impulszeitbreiten ts und tn mit einer Beziehung von ts > tn auf und es ist selten, dass das Reflektionssignal S und das Rauschen n gleichzeitig erscheinen.
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Wie in 1(a) gezeigt, wenn das Reflektionssignal S und ein Rauschen n koexistieren, führt die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 arithmetische Operationen aus, um das Integral S der Amplitude jedes Signals zu berechnen, und eine Maximalamplitude Vpü jedes Signals während eines Zeitintervalls (der Impulszeitbreite tw1), während der das Signal, das das Reflektionssignal S oder das Rauschen n ist, kontinuierlich eine Amplitude gleich oder größer einem in 1(b) gezeigten Amplitudenschwellenwert Vth aufweist. Dazu approximiert die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 die Form jedes Signals, das das Reflektionssignal S oder das Rauschen n ist, als ein gleichschenkliges Dreieck, berechnet die Impulszeitbreite tw1, welches die Länge der Basis des gleichschenkligen Dreiecks ist, aus dem oben erwähnten Integral S und der oben erwähnten Maximalamplitude Vp anhand der nachfolgenden Berechnungsgleichung (1), und führt einen rauschdiskriminierenden Prozess des Diskriminierens zwischen der reflektierten Welle S und dem Rauschen n durch Bestimmen durch, ob die Impulszeitbreite einen Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert Tth übersteigt. Tw1 = 2·S/(Vp – Vth) (1)
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Auf diese Weise diskriminiert die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 zwischen der reflektierten Welle S und dem Rauschen n unter Verwendung der Basislänge im Fall des Approximierens der Form jedes Signals, welches das Reflektionssignal S oder das Rauschen n ist, als ein Dreieck, wenn die Wellenform jedes Reflektionssignals S und Rauschens n, das die Ultraschall-Detektionsvorrichtung ermittelt hat, indem eine Vollwellengleichrichtung jedes durch den Empfänger empfangenen Signals ausgeführt wird, nicht rechtwinklig ist, wodurch die Zuverlässigkeit der Rauschdiskriminierung verbessert wird.
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2 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 zeigt. Wie in 2 gezeigt, ist die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 auf solche Weise aufgebaut, dass sie einen Ultraschallsensor 11, den Impulsgeber/Empfänger 12, einen Zeitbreiten-Detektionsteil 13 und einen Impulsbreiten-Diskriminierungsteil 14 beinhaltet.
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Der Ultraschallsensor 11 ist ein Vibrator, der beispielsweise aus einem piezo-keramischen Element besteht. Es tritt zwischen den Elektroden dieses Ultraschallsensors eine elektromotorische Kraft aufgrund einer an das Element angelegten mechanischen Kraft auf. Umgekehrt, wenn eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, tritt ein mechanischer Versatz anhand der Spannung im Ultraschallsensor auf. Somit legt der Impulsgeber/Empfänger 12 elektrische Energie an den Ultraschallsensor an, um diesen Ultraschallsensor zu veranlassen, eine Ultraschallwelle zu erzeugen, während der Ultraschallsensor aus der reflektierten Welle ermittelten Ultraschallenergie in ein elektrisches Signal umwandelt und dieses Signal dem Zeitbreiten-Detektionsteil 13 bereitstellt.
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Der Zeitbreiten-Detektionsteil 13 ist auf solche Weise aufgebaut, dass er einen A/D-(Analog/Digital)-Wandler 131, einen Amplitudenvergleichsteil 132, einen Maximumdetektionsteil 133, einen Integrationsverarbeitungsteil 134 und einen Zeitbreiten-Arithmetik-Operationsteil 135 beinhaltet.
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Der A/D-Wandler 131 digitalisiert die (führt Vollwellengleichrichtung durch an der) reflektierte(n) Welle, die ein Rauschen enthält, und bei vorgegebenen Abtastzeiträumen durch den Impulsgeber/Empfänger 12 empfangen wird und stellt das Vollwellen-gleichgerichtete Signal einem Eingabeanschluss des Amplitudenvergleichsteils 132 bereit. Der Amplituden-Schwellenwert Vth wird einem anderen Eingabeanschluss des Amplitudenvergleichsteils 132 bereitgestellt und der Amplitudenvergleichsteil 132 vergleicht die Vollwellen-gleichgerichtete reflektierte Welle S, die im Rauschen n enthalten ist, mit dem Amplituden-Schwellenwert Vth und stellt die Daten mit einer Amplitude, die diesen Schwellenwert Vth übersteigt, dem Integrationsverarbeitungsteil 134 und dem Maximumdetektionsteil 133 bereit.
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Der Integrationsverarbeitungsteil 134 berechnet das Integral S (die Fläche S = ΣVi) der Amplitude der Daten während des Zeitintervalls mit einer Zeitlänge von tw1, während der das Signal, das ein Reflektionssignal S oder ein Rauschen n ist, kontinuierlich eine Amplitude gleich oder größer dem Amplituden-Schwellenwert Vth aufweist, und stellt das Integral dem Zeitbreiten-Arithmetik-Operationsteil 135 bereit. Die Maximalamplitude Vp während des Zeitintervalls von tw1 aus dem Maximumdetektionsteil 133 wird dem Zeitbreiten-Arithmetik-Operationsteil 135 bereitgestellt und der Zeitbreitenoperationsteil berechnet die Impulszeitbreite tw1 anhand der oben erwähnten Berechnungsgleichung (1) und gibt die Impulszeitbreite an den Impulsbreiten-Diskriminierungsteil 14 aus.
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Der Impulsbreiten-Diskriminierungsteil 14 beinhaltet einen Zeitkomparator 141, und der Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert Tth, wie auch das Ergebnis der oben erwähnten Berechnung von tw1, das durch den Zeitbreiten-Arithmetik-Operationsteil 135 des Detektionsteils 13 ermittelt wird, wird diesem Zeitkomparator 141 bereitgestellt.
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Der Zeitkomparator 141 vergleicht die beiden Eingaben und wenn der Wert von tw1, der durch den Zeitbreiten-Arithmetik-Operationsteil 135 berechnet und ausgegeben wird, den Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert Tth übersteigt, bestimmt er, dass das Signal das Reflektionssignal S ist, während, wenn der Wert von tw1, der durch den Zeitbreiten-Arithmetik-Operationsteil 135 berechnet und ausgegeben wird, gleich oder kleiner dem Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert Tth ist, der Zeitkomparator feststellt, dass das Signal ein Rauschen n ist.
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Somit arbeiten der oben erwähnte Detektionsteil 13 und der oben erwähnte Impulsbreiten-Diskriminierungsteil 14 in Kooperation miteinander, um als eine Diskriminierungsprozessierungseinheit zum „Approximieren der Wellenform jedes Signals, das ein Reflektionssignal oder ein Rauschsignal ist, als ein gleichschenkeliges Dreieck, Berechnen der Impulszeitbreite, die gleich der Länge der Basis des angenäherten gleichschenkeligen Dreiecks ist, Durchführen des diskriminierenden Prozesses des Diskriminierens zwischen dem Reflektionssignal und dem Rauschsignal durch Feststellen, ob die berechnete Impulszeitbreite den vorbestimmten Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert übersteigt”.
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Spezifischer bestimmt die Diskriminierungsverarbeitungseinheit das Integral (Fläche S) der Amplitude jedes Signals, das im Empfangssignal beinhaltet ist, in welchem ein Reflektionssignal S und ein Rauschen koexistieren, und die maximale Amplitude Vp jedes Signals während eines Zeitintervalls tw1, während dem alle Daten eine Amplitude gleich oder größer den Amplituden-Schwellenwert Vth kontinuierlich aufweisen, approximiert die Wellenform jedes Signals, welches das Reflektionssignal S oder das Rauschen n ist, als ein gleichschenkeliges Dreieck, und berechnet die Impulszeitbreite tw1, die gleich der Länge der Basis des Dreiecks ist, aus dem integral S und der Maximalamplitude Vp unter Verwendung des Zeitbreiten-Detektionsteils 13, und diskriminiert das Rauschen aus dem Reflektionssignal durch Bestimmen, ob die Impulszeitbreite tw1 den Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert Tth übersteigt, indem der Impulsbreiten-Diskriminierungsteil 14 verwendet wird.
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Wie oben erwähnt, selbst wenn die Wellenform sowohl des Reflektionssignals S als auch eines Rauschens n, das durch Ausführen von Vollwellengleichrichtung jedes Signals ermittelt wird, nicht rechteckig ist, approximiert die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 1 die Wellenform jedes der Signale als ein rechtschenkeliges Dreieck und berechnet die Impulsbreite tw1, die gleich der Länge der Basis des approximierenden gleichschenkeligen Dreiecks ist. Als Ergebnis kann die Ultraschall-Detektionsvorrichtung zwischen der reflektierten Welle S und dem Rauschen n diskriminieren, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird. Wenn die Abtastzeitperiodenlänge lang ist, wird das Gewicht der Messzeit durch Berechnen der Computerlänge tw1 aus der Fläche S des gleichschenkeligen Dreiecks klein, obwohl Variationen beim Messwert der Impulszeitbreite tw1 groß werden. Daher werden Variationen bei der Zeitmessung klein und die Diskriminierung und Bestimmung wird stabil.
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Ausführungsform 2.
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3 ist eine Ansicht, die das Prinzip hinter der durch die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 2 ausgeführten Diskriminierung zeigt und 4 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 2 zeigt.
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Wie aus 3 zu sehen, unterscheidet sich die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform von derjenigen der in 1 gezeigten Ausführungsform 1 darin, dass nach Approximieren der Wellenform der reflektierten Welle S (einem Rauschen n) als einem gleichschenkeligen Dreieck, wie bei der Ausführungsform 1, sie weiter ein ähnliches gleichschenkeliges Dreieck aus einem Ähnlichkeitsausdruck des gleichschenkeligen Dreiecks bestimmt und die Länge der Basis des ähnlichen gleichschenkeligen Dreiecks bestimmt, das heißt die Impulszeitbreite tw2 sowohl des Reflektionssignals als auch des Rauschens n, anhand der nachfolgenden Berechnungsgleichung 2. Ein Rauschdiskriminierungsprozess des Diskriminierens zwischen der reflektierten Welle S und dem Rauschen n durch Bestimmen, ob diese Impulszeitbreite tw2 einen Impulsbreiten-Diskriminierungs-Schwellenwert Tth übersteigt, ist derselbe wie der in Ausführungsform 1 Gezeigte. Tw2 = tw1 × Vp/(Vp – Vth) (2)
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Dazu, wie in 4 gezeigt, beinhaltet die Ultraschall-Detektionsvorrichtung einen Maximalbasiszeitbreiten-Operationsteil 136 zusätzlich zur Struktur des Detektionsteil 13 gemäß Ausführungsform 1. Der Maximalbasiszeitbreiten-Betriebsteil 136 berechnet die Impulszeitbreite tw2, welche die Basis des ähnlichen Dreiecks ist, anhand der oben erwähnten Berechnungsgleichung (2) und gibt die Impulszeitbreite an einen Impulsbreiten-Diskriminierungsteil 14 aus. Die anderen strukturellen Komponenten der Ultraschall-Detektionsvorrichtung sind dieselben wie jene von in 2 gezeigter Ausführungsform 1.
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In der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 2, weil eine Diskriminierungsbearbeitungseinheit ein ähnliches gleichschenkeliges Dreieck aus einem Ähnlichkeitsausdruck eines gleichschenkeligen Dreiecks bestimmt, das die Wellenform jedes Signals approximiert, die eine reflektierte welle S oder ein Rauschen n ist, und die Impulszeitbreite berechnet, die gleich der Länge der Basis dieses ähnlichen gleichschenkeligen Dreiecks ist, stellt diese Ausführungsform dieselben Vorteile wie jene durch die oben erwähnte Ausführungsform 1 bereitgestellten bereit. Zusätzlich, weil die nachfolgende Beziehung: tw1 < tw2 in ihren Impulszeitbreiten etabliert ist, wird ein Messfehler der Impulszeitbreite, die in tw2 auftritt, im Vergleich zu derjenigen, die in tw1 auftritt, sehr reduziert und daher kann die Zuverlässigkeit weiter verbessert werden.
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Ausführungsform 3.
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5 ist eine Ansicht, die das Prinzip hinter der durch die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 3 ausgeführten Diskriminierung zeigt und 6 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 3 zeigt.
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Reflektionssignale S1 bis S3, die zu vorbestimmten Zeiten (En0, En1 und En2) synchron mit aus einem Impulsgeber/Empfänger 12 in der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 3 gesendeten Ultraschallimpulse empfangen werden, sind in Zeitabfolge jeweils in den 5(a) bis 5(c) gezeigt. 5(d) zeigt eine Signalkomponente St, welche durch Kombinieren (Aufaddieren) der Reflektionssignale S1 bis S3, die jeweils zu den Zeiten En0, En1 und En2 empfangen werden, ermittelt werden. In 5(d) zeigt tw1i die Impulszeitbreite des Reflektionssignals St, das durch Kombinieren (Aufaddieren) der Reflektionssignale S1 bis S3 ermittelt wird.
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Bei dieser Ausführungsform führt die Ultraschall-Detektionsvorrichtung einen Rauschdiskriminierungsprozess durch, wie in Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2 erläutert, an den Reflektionssignalen S1 bis S3, die durch Addieren des Reflektionssignals S, dem ein Rauschen n überlagert ist, eine vorbestimmte Anzahl von Malen (dreimal bei En0, En1 und En2) synchron zu Ultraschallimpulsen p (Pn0, Pn1, Pn2, ...) die zu vorgegebenen Zeiten gesendet werden, ermittelt werden, und am Rauschen n1 bis n3. In diesem Fall, weil ein Referenzsignal mit einer kleinen Amplitude verstärkt wird und sich seine Amplitude vergrößert, kann ein Hindernis (Objekt) mit einer kleinen reflektiven Oberfläche oder ein bei großer Distanz positioniertes Objekt detektiert werden.
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Dazu, wie in 6 gezeigt, beinhaltet die Ultraschall-Detektionsvorrichtung zusätzlich einen Synchronisations-Additionsverarbeitungsteil 137, einen Additionsnummernkomparator 138 und eine UND-Schaltung (A139) zusätzlich zur Struktur des Zeitbreiten-Detektionsteils 13 gemäß Ausführungsform 1, wie in 2 gezeigt ist. Die anderen strukturellen Komponenten sind dieselben wie jene gemäß Ausführungsform 1.
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In 6 kombiniert (aufaddiert) der Synchronisations-Additionsverarbeitungsteil 137 die Reflektionssignale S1 bis S3, die jeweils über den A/D-Wandler 131 zu Zeiten En0, En1 und En2 ausgegeben werden, und speichert die Zeitreihendaten, wie unter Bezugnahme auf 5 erläutert. Die Ausgabe wird je einem Eingabeanschluss eines Amplitudenvergleichsteil 132, eines Maximumdetektionsteils 133 und eines Integrationsverarbeitungsteils 134 bereitgestellt. Weiterhin wird die Anzahl N, die eine Addition ausgeführt wird, und ein Schwellenwert (ab jetzt als Additions-Schwellenwert C bezeichnet) für die Anzahl von Malen, die die Addition ausgeführt wird, aus einem Impulsgeber/Empfänger 12 dem Additionsnummernkomparator 138 bereitgestellt. Zusätzlich wird das Ergebnis des Vergleichs zwischen der Anzahl von Malen, die eine Addition ausgeführt wird, und dem Additions-Schwellenwert, der aus dem Additionsnummernkomparator 138 ausgegeben wird, einem Eingabeanschluss der UND-Schaltung 139 bereitgestellt und die Ausgabe des Übertragungsimpulses (Pn0, Pn1, 2n2, ...) aus dem Impulsgeber/-Empfänger 12 wird einem anderen Eingabeanschluss des Additionsnummernkomparators bereitgestellt. Das Ergebnis der durch die UND-Schaltung ausgeführten UND-Operation wird als ein Additionsbefehl an den Synchronisations-Additionsverarbeitungsteil 137 ausgegeben. Daher wird die Synchronisationsaddition durch den Synchronisations-Additionsverarbeitungsteil 137 wiederholt ausgeführt, bis die Anzahl von Malen, die die Addition ausgeführt wird, den Additions-Schwellenwert erreicht. Spezifischer stoppt der Synchronisations-Additionsverarbeitungsteil 137 den Synchronisations-Additionsprozess, wenn N > C.
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Weil in der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 3 eine Diskriminierungsprozessierungseinheit den Diskriminierungsprozess am Reflektionssignal St durchführt, welches die Ultraschall-Detektionsvorrichtung durch Aufaddieren der Reflektionssignale S ermittelt hat, in die alle ein Rauschen n gemischt ist, für eine vorbestimmte Anzahl von Malen synchron mit den Ultraschallimpulsen p, werden die Reflektionssignale S1 bis S3 mit einer kleinen Amplitude, die das Ziel für den Diskriminierungsprozess sind, verstärkt, und wird das Reflektionssignal St, dessen Amplitude vergrößert wird, vom Rauschen diskriminiert.
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Daher können ein Hindernis (Objekt) mit einer kleinen reflektierenden Oberfläche oder ein bei einer großen Distanz positioniertes Objekt detektiert werden.
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Der diskriminierende Prozess ist einer, selbst wenn die Wellenform jedes eines Reflektionssignals S und eines Rauschens n, das durch Ausführen von Vollwellengleichrichtung jedes Signals ermittelt ist, nicht rechteckig ist, des Annäherns der Wellenform jedes der Signale als ein gleichschenkeliges Dreieck, und Berechnens der Impulszeitbreite, die gleich der Länge der Basis des annähernden gleichschenkeligen Dreiecks ist, oder derjenige des weiteren Bestimmens eines ähnlichen gleichschenkeligen Dreiecks aus einem Ähnlichkeitsausdruck des gleichschenkeligen Dreiecks und Berechnens der Impulszeitbreite, die gleich der Länge der Basis des ähnlichen gleichschenkeligen Dreiecks ist, wie in Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2 erläutert.
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Die diskriminierende Verarbeitungseinheit gemäß der oben erwähnten Ausführungsform 3 führt den diskriminierenden Prozess am Reflektionssignal St durch, das die Ultraschall-Detektionsvorrichtung erfasst hat, durch Aufaddieren der Reflektionssignale S, in die alle ein Rauschen n gemischt ist, für eine vorbestimmte Anzahl von Malen; synchron zu den Ultraschallimpulsen p. Als Alternative kann die Diskriminierungsverarbeitungseinheit die Reflektionssignale S, in die alle ein Rauschen n gemischt ist, synchron zu den Ultraschallimpulsen p aufaddieren und den Diskriminierungsprozess am Reflektionssignal nur dann durchführen, wenn das Reflektionssignal eine Amplitude aufweist, die einen vorbestimmten Amplituden-Schwellenwert übersteigt. In diesem Fall können dieselben Vorteile bereitgestellt werden. Dieser Fall wird nachfolgend als eine Variante von Ausführungsform 3 erläutert. Das Prinzip hinter der durch diese Variante ausgeführten Rauschdiskriminierung wird in 7 gezeigt und die Struktur einer Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Variante ist in 8 gezeigt.
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Wie in 7(d) gezeigt, addiert die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß dieser Variante von Ausführungsform 3 die Reflektionssignale S1 bis S3, die zu dem Zeitpunkt von En0, En1 bzw. En2 erfasst werden, auf, und führt den Diskriminierungsprozess am Reflektionssignal St nur dann durch, wenn das Reflektionssignal eine Amplitude aufweist, welche den Schwellenwert tw1i übersteigt. Die Ultraschall-Detektionsvorrichtung kann ein Hindernis (Objekt) mit einer kleinen reflektierenden Oberfläche oder ein bei großer Distanz positioniertes Objekt detektieren und kann daher ihre Sensitivität der Hindernisdetektion verbessern, wie bei der oben erwähnten Ausführungsform 3.
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In diesem Fall wird in der Ultraschall-Detektionsvorrichtung der Additionsnummernkomparator 138 im Zeitbreiten-Detektionsteil 13 von 6 durch einen Amplitudenkomparator 140 ersetzt, wie in 8 gezeigt, und dieser Amplitudenkomparator 140 ist auf solche Weise konstruiert, dass die Ausgabe des Synchronisations-Additionsverarbeitungsteils 137 zu einem Eingabeanschluss desselben geliefert wird und der Amplituden-Schwellenwert Vth an einen anderen Eingangsanschluss desselben geliefert wird, und wenn die Ausgabe des Synchronisations-Additionsverarbeitungsteils 137 den Amplituden-Schwellenwert Vth übersteigt, gibt der Amplitudenkomparator einen Additionsstoppbefehl an die UND-Schaltung 139 aus. Die anderen strukturellen Komponenten dieser Variante sind dieselben wie jene von Ausführungsform 3.
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Gemäß der Variante dieser Ausführungsform 3, weil eine Diskriminierungsverarbeitungseinheit die Reflektionssignale S, in die alle ein Rauschen gemischt ist, synchron mit den Ultraschallimpulsen p aufaddiert und den Diskriminierungsprozess am Reflektionssignal St nur dann durchführt, wenn dieses Reflektionssignal eine den Schwellenwert übersteigende Amplitude aufweist, werden die Reflektionssignale S1 bis S3 mit einer kleinen Amplitude, die das Ziel für den Diskriminierungsprozess sind, verstärkt, und es wird das Reflektionssignal St, dessen Amplitude vergrößert ist, ermittelt. Daher kann die Ultraschall-Detektionsvorrichtung ein Hindernis (Objekt) mit einer kleinen reflektierenden Oberfläche oder ein bei großem Abstand positioniertes Objekt detektieren und kann daher ihre Sensitivität der Hindernisdetektion verbessern.
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In der Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß irgendeiner der oben erwähnten Ausführungsformen 1 bis 3, wenn die Maximalamplitude Vp eine große Variation aufweist, werden Fehler zur Zeit des Berechnens der Impulszeitbreite tw1 oder tw2, was die Länge der Basis ist, akkumuliert, entweder aus der Fläche des gleichschenkeligen Dreiecks oder der Fläche des ähnlichen gleichschenkeligen Dreiecks, wird es bevorzugt, einen Prozess des Mittels der Maximalamplitude auszuführen. 9 ist eine Ansicht, die schematisch ein Verfahren des Berechnens der Maximalamplitude Vp zeigt, die erforderlich ist, um die Impulszeitbreite an der Wellenform eines Impulses zu berechnen.
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Wie in 9 gezeigt, wird es bevorzugt, dass die größte der Amplituden, die den vorbestimmten Amplituden-Schwellenwert Vth übersteigt, der Durchschnitt der n größten Amplituden (wobei n eine positive Ganzzahl ist) oder der Durchschnitt der n größten Amplituden außer der größten Amplitude, als die Maximalamplitude Vp jeweils eines Reflektionssignals S und eines Rauschens n definiert ist. Die Variation bei der Maximalamplitude Vp kann durch diese Maßnahme unterdrückt werden und der Einfluss der Variation bei der Maximalamplitude Vp auf die Berechnung der Impulszeitbreite kann reduziert werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Ultraschall-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise auf einen Ecksensor eines Fahrzeugs angewendet und unterscheidet ein Rauschen, das einem Reflektionssignal aufgeprägt ist, von dem Reflektionssignal, indem eine Zeitbreite jedes Impulssignals verwendet wird. Spezifischer approximiert die Ultraschall-Detektionsvorrichtung die Form jedes Impulssignals, das ein Reflektionssignal S oder ein Rauschen n ist, das durch sie empfangen wird, als ein gleichschenkeliges Dreieck, berechnet eine Maximalamplitude Vp und einen akkumulierten Wert (Fläche S) jedes dieser Signale während eines Zeitintervalls, während dem das Signal eine Amplitude gleich oder größer einem vorbestimmten Amplituden-Schwellenwert Vth aufweist und berechnet die Impulszeitbreite, welches die Länge der Basis des Dreiecks ist, aus den Werten von Vp und S, um das Rauschen unter Verwendung dieser Impulszeitbreite gegenüber dem Reflektionssignal zu diskriminieren. Im Falle von Binärdaten reduziert die Ultraschall-Detektionsvorrichtung die Gewichtung von Daten mit einer Amplitude nahe am Amplituden-Schwellenwert Vth durch Bestimmen der Fläche S eines Teils des gleichschenkeligen Dreiecks mit einer Amplitude gleich oder größer dem festen Amplituden-Schwellenwert Vth, wodurch Fehler reduziert werden, die im Abtastzeitraum auftreten. Weiterhin dann die Ultraschall-Detektionsvorrichtung die Impulszeitbreite mit Stabilität bestimmen, durch Bestimmen der Impulszeitbreite, die die Länge der Basis eines ähnlichen gleichschenkeligen Dreiecks mit der längsten Basis ist. Daher kann die Ultraschall-Detektionsvorrichtung für alle Anwendungen zum Messen von Anwesenheit oder Abwesenheit eines Hindernisses (Objektes) oder Messen der Distanz zu einem Objekt verwendet werden, um nichts von einem Eckensensor zu sagen.
