EP2881181A1 - Method for determining electrical parameters of a tuning unit for an ultrasonic transducer - Google Patents

Method for determining electrical parameters of a tuning unit for an ultrasonic transducer Download PDF

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EP2881181A1
EP2881181A1 EP13196307.6A EP13196307A EP2881181A1 EP 2881181 A1 EP2881181 A1 EP 2881181A1 EP 13196307 A EP13196307 A EP 13196307A EP 2881181 A1 EP2881181 A1 EP 2881181A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
tuning unit
parallel
resistance
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13196307.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Egbert Spiegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Elmos Semiconductor SE filed Critical Elmos Semiconductor SE
Priority to EP13196307.6A priority Critical patent/EP2881181A1/en
Publication of EP2881181A1 publication Critical patent/EP2881181A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0215—Driving circuits for generating pulses, e.g. bursts of oscillations, envelopes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/30—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups with electronic damping

Definitions

  • the invention relates to a method for determining electrical parameters of a tuning unit for an ultrasonic transducer.
  • This ultrasonic transducer has a voltage transformer and is represented by an equivalent electrical circuit diagram with a series circuit consisting of an inductor, a capacitor and a resistor having a series resonant frequency, wherein the tuning unit has a parallel circuit with a capacitance and a resistor, which together with a parallel-connected inductance of the voltage transformer forms a parallel resonant frequency having a parallel resonant circuit.
  • Ultrasonic devices find use, for example, as parking aids or distance measurement for other purposes or for room monitoring.
  • Ultrasonic devices typically include an ultrasonic transducer that converts an electrical signal into an acoustic or vice versa.
  • An ultrasonic transducer can therefore be used both as transmitter and receiver.
  • ultrasonic transducers which are switched intermittently as a transmitter and receiver.
  • an ultrasound transducer has a resonant circuit in the form of a series resonant circuit which, in the equivalent circuit diagram of the ultrasound transducer, comprises an inductance, a capacitance and a resistor and defines a component-related series resonant frequency.
  • the overall systems of ultrasonic transducers sometimes include tuning units that include a tuning capacitance and a tuning resistor in parallel.
  • the tuning unit is connected between a voltage converter and the ultrasonic transducer itself. This is parallel to the tuning unit defined by the voltage transformer Inductance, so that the tuning unit forms a parallel resonance circuit together with this inductance.
  • an ultrasound transducer value is set to a power adaptation, i. Value on the tuning of the resonant frequencies of both resonant circuits, which should be as equal as possible.
  • the parallel resonant circuit is suitably damped by means of a resistor in order to favorably influence the decay process, that is, to be prepared as soon as possible after the end of the transmission operation for the reception of ultrasonic signals. Namely, if the ultrasonic transducer still oscillates while it is already exposed to incoming ultrasonic signals, these incoming ultrasonic signals can not be detected with sufficient reliability.
  • the object of the invention is therefore to be able to determine the electrical parameters of a tuning unit for an ultrasonic transducer with respect to the above criteria.
  • the inventive approach is to minimize the decay of the overall system of tuning unit and ultrasonic transducer (including voltage transformer), so that the settling time is reduced.
  • a (damping) resistor is integrated in the tuning unit, which is connected in parallel to a tuning capacity of the tuning unit, which compensates for example, in practice sometimes quite large temperature coefficient of the piezoelectric crystal of the ultrasonic transducer at least partially.
  • the frequency response should on the one hand be sufficiently narrow band in order to avoid interference of the received signal to a sufficient extent, but on the other hand not be too narrow band, as this adversely affects the frequency tolerance, which in particular when using the ultrasonic transducer for distance measurement in the application as eg motor vehicle Parking assistance may be a disadvantage.
  • the inductance of the parallel resonant circuit of the tuning unit is selected at a predetermined value for the capacity such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit of the tuning unit is equal to the series resonant frequency of the series circuit of the ultrasonic transducer.
  • the invention is particularly useful if the determination of the resistance is made in the event that the ultrasonic transducer is operated alternately in a transmitting module for emitting ultrasonic signals in the form of ultrasonic pulses and in particular ultrasonic pulse packets and in a receiving mode for receiving ultrasonic signals ,
  • Another method for determining the optimum value or resistance of the parallel resonant circuit is to determine the frequency response of the total system of tuning unit and ultrasonic transducer in the case of operation of the entire system in a receiving mode for a predetermined initial value of the resistance of the parallel resonant circuit and the value This resistance gradually or continuously or quasi continuously until a target value is reached, in which the frequency response has a maximum at which the second derivative after the frequency is equal to or substantially equal to zero.
  • the resistance value of the series circuit of the equivalent circuit of the ultrasonic transducer is selected as the initial value for the resistance of the parallel resonant circuit. If, for whatever reason, an error occurs in this procedure, for example because the two resonant circuits are out of tune, then the method should be terminated with an upper limit for the resistance of the parallel resonant circuit, this upper limit being, for example, 100 times the resistance value of the Series connection of the equivalent circuit of the ultrasonic transducer is.
  • the change in the value of the resistance of the parallel resonant circuit is varied so that the degree of change in the value of this resistor is selected in proportion to the degree of the previous change in the frequency response in the range of the maximum.
  • the target value for the resistance of the parallel resonance circuit is determined by successive approximation.
  • the inductance of the parallel resonant circuit of the tuning unit is selected at a predetermined value for the capacity such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit of the tuning unit is equal to the series resonant frequency of the series circuit of the ultrasonic transducer.
  • this tuning unit can also be used in an ultrasound transducer which can be operated alternately in a transmission module for emitting ultrasound signals in the form of ultrasound pulses and in particular ultrasound pulse packets and in a reception mode for receiving ultrasound signals.
  • Ultrasonic transducers 12 and transducers are usually controlled by means of a voltage transformer.
  • the inductance is designed so that the resonant frequency, together with the parallel-connected (parasitic) capacitance of the piezoelectric crystal, is equal to the resonant frequency of the transducer.
  • the decay behavior of the entire arrangement can be minimized by "damping" the parallel resonant circuit with the aid of this resistor.
  • Fig. 1 shows the equivalent circuit of an ultrasonic device 10 in the receive mode.
  • This ultrasonic device 10 has an ultrasonic transducer 12, which in Fig. 1 as an equivalent circuit diagram 14 with a series circuit 16 of an inductance L0, a capacitor C0 and a resistor R0 and with a power source Vin and a further capacitor CP (caused by the oscillator, eg piezoelectric crystal 18) is shown.
  • the energy source Vin generates an electrical voltage as a result of the ultrasonic waves acting on the ultrasonic transducer 12 in the receiving mode.
  • the ultrasonic transducer 12 is followed by a tuning unit 20 with a parallel circuit 22 of a capacitance CADD and the above-mentioned resistance RD, whereupon a transformer 24 follows, from which in Fig. 1 the inductance LT is shown in the equivalent circuit diagram.
  • Parallel to the parallel circuit 22 is the inductance LT, which forms a parallel resonant circuit 26 together with the parallel circuit 22.
  • the impedance given by the ultrasonic device 10 is composed of the interconnection of the aforementioned elements as shown in FIG Fig. 3 is reproduced.
  • FIGS. 1 and 2 can then derive the transfer functions of the ultrasonic device 10 for the transmission and the reception case, it is now possible to determine the optimal for these applications components.
  • this will be shown below at the resistor RD, where Fig. 4 shows the transfer function as a function of RD.
  • the ultrasound device 10 operates in the receive mode like a (bandpass) filter, which is tunable according to the invention by an adjustment unit (to be explained below).
  • the filter should have the widest possible bandwidth, as this determines the response time of the filter in the time domain and thus allows a good distance resolution.
  • the bandwidth of the filter should be chosen so that it is not too wide, because otherwise noise and other sources of acoustic interference fall within the transmission range of the filter and are detected as an echo. If this resistor RD is not present, the impedance matching function of the circuit is still present, but optimization of the required bandwidth of the filter can not be achieved without a resistor RD connected in parallel with the transformer.
  • the local maxima for the case RD ⁇ RD OPT or the local minima for the case RD> RD OPT are exactly at the resonance frequency of the entire system.
  • the curve is right-curved in this case for the case RD ⁇ RD OPT , left-curved for RD> RD OPT .
  • this means that the second derivative is less than zero for RD ⁇ RD OPT and greater than zero for RD> RD OPT .
  • the second derivative is zero.
  • y y - 1 - 2 ⁇ y 0 + y + 1 H 2 used.
  • y 0 is the value of the transfer function at resonant frequency.
  • Y -1 and Y +1 are two points to the left and right of it.
  • the value of RD is increased in small steps until a sign change of the second derivative occurs. It has proved to be reliable, as a starting value for RD the value RO of the transducer too use. In the case of a faulty input and highly detuned oscillating circuits, an upper limit of RD of eg 100 * RO makes sense.

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Abstract

Die Abstimmeinheit (20) für einen Ultraschallwandler (12) mit Spannungstransformator, der durch ein elektrisches Ersatzschaltbild (14) mit einer eine Serienresonanzfrequenz aufweisenden Reihenschaltung (16) aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand repräsentierbar ist, ist versehen mit einer Parallelresonanzschaltung (26) aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand, wobei die Parallelresonanzschaltung (26) eine Parallelresonanzfrequenz aufweist. Die Induktivität der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) bei vorgegebenem Wert für deren Kapazität ist derart gewählt, dass die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) gleich der Serienresonanzfrequenz der Reihenschaltung des Ultraschallwandlers (12) ist. Die Größe des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) ist bestimmt, dass die zweite mathematische Ableitung des eine resultierende Gesamtresonanzfrequenz aufweisenden Frequenzgangs in einem Frequenzbereich, innerhalb dessen die Serien- bzw. Parallelresonanzfrequenz liegt, im Wesentlichen gleich null ist, wobei der Frequenzbereich eine untere Grenzfrequenz, die um einen ersten Wert von etwa 2 % bis 10 %, insbesondere 2 % bis 8 % bzw. bis 6 % bzw. bis 4 % der Gesamtresonanzfrequenz unterhalb dieser liegt, und eine obere Grenzfrequenz aufweist, die um etwa 2 % bis 10 % der Resonanzfrequenz oberhalb dieser liegt.The tuning unit (20) for an ultrasonic transducer (12) with voltage transformer, which is represented by an equivalent electrical circuit diagram (14) having a series resonance (16) consisting of an inductor, a capacitor and a resistor having a series resonance frequency, is provided with a parallel resonant circuit ( 26) of an inductor, a capacitor and a resistor, wherein the parallel resonant circuit (26) has a parallel resonance frequency. The inductance of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit (20) for a given value for the capacitance is chosen such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit (20) is equal to the series resonant frequency of the series connection of the ultrasonic transducer (12). The magnitude of the resistance of the parallel resonance circuit (26) of the tuning unit (20) is determined to be substantially equal to zero in a frequency range within which the series or parallel resonance frequency is the second mathematical derivative of the frequency response resulting in a total resonance frequency Frequency range, a lower cutoff frequency, which is by a first value of about 2% to 10%, in particular 2% to 8% or to 6% or to 4% of the total resonant frequency below this, and has an upper cutoff frequency, the by about 2 % to 10% of the resonant frequency is above this.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von elektrischen Parametern einer Abstimmeinheit für einen Ultraschallwandler. Dieser Ultraschallwandler weist einen Spannungstransformator auf und ist durch ein elektrisches Ersatzschaltbild mit einer eine Serienresonanzfrequenz aufweisenden Reihenschaltung aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand repräsentierbar, wobei die Abstimmeinheit eine Parallelschaltung mit einer Kapazität und einem Widerstand aufweist, die zusammen mit einer parallel geschalteten Induktivität des Spannungstransformators eine eine Parallelresonanzfrequenz aufweisende Parallelresonanzschaltung bildet.The invention relates to a method for determining electrical parameters of a tuning unit for an ultrasonic transducer. This ultrasonic transducer has a voltage transformer and is represented by an equivalent electrical circuit diagram with a series circuit consisting of an inductor, a capacitor and a resistor having a series resonant frequency, wherein the tuning unit has a parallel circuit with a capacitance and a resistor, which together with a parallel-connected inductance of the voltage transformer forms a parallel resonant frequency having a parallel resonant circuit.

Ultraschallvorrichtungen finden beispielsweise Verwendung als Einparkhilfen oder Abstandsmessung für andere Zwecke oder aber auch zur Raumüberwachung. Ultraschallvorrichtungen weisen im Regelfall einen Ultraschallwandler auf, der ein elektrisches Signal in ein akustisches oder umgekehrt wandelt. Ein Ultraschallwandler kann demzufolge sowohl als Sender als auch Empfänger genutzt werden. Darüber hinaus existieren sogenannte Ultraschall-Transducer, die intermittierend als Sender und Empfänger geschaltet werden. Ein Ultraschallwandler weist im Regelfall einen Schwingkreis in Form einer Serienresonanzschaltung auf, die im Ersatzschaltbild des Ultraschallwandlers eine Induktivität, eine Kapazität und einen Widerstand umfasst und eine bauteilbedingte Serienresonanzfrequenz definiert.Ultrasonic devices find use, for example, as parking aids or distance measurement for other purposes or for room monitoring. Ultrasonic devices typically include an ultrasonic transducer that converts an electrical signal into an acoustic or vice versa. An ultrasonic transducer can therefore be used both as transmitter and receiver. In addition, there are so-called ultrasonic transducers, which are switched intermittently as a transmitter and receiver. As a rule, an ultrasound transducer has a resonant circuit in the form of a series resonant circuit which, in the equivalent circuit diagram of the ultrasound transducer, comprises an inductance, a capacitance and a resistor and defines a component-related series resonant frequency.

Zusätzlich weisen die Gesamtsysteme von Ultraschallwandlern mitunter auch Abstimmeinheiten auf, die eine Abstimmkapazität und einen Abstimmwiderstand als Parallelschaltung umfassen. Die Abstimmeinheit ist zwischen einem Spannungswandler und dem Ultraschallwandler selbst geschaltet. Damit liegt parallel zur Abstimmeinheit die durch den Spannungstransformator definierte Induktivität, so dass die Abstimmeinheit zusammen mit dieser Induktivität eine Parallelresonanzschaltung bildet.In addition, the overall systems of ultrasonic transducers sometimes include tuning units that include a tuning capacitance and a tuning resistor in parallel. The tuning unit is connected between a voltage converter and the ultrasonic transducer itself. This is parallel to the tuning unit defined by the voltage transformer Inductance, so that the tuning unit forms a parallel resonance circuit together with this inductance.

Um Ultraschallsignale mit möglichst großer Energie aussenden zu können, legt man im Sendemodus eines Ultraschallwandlers Wert auf eine Leistungsanpassung, d.h. Wert auf die Abstimmung der Resonanzfrequenzen beider Resonanzkreise, die möglichst gleich sein sollten. Der parallele Schwingkreis ist mit Hilfe eines Widerstandes geeignet zu bedämpfen, um den Ausschwingvorgang günstig zu beeinflussen, d.h., um möglichst kurzzeitig nach der Beendigung des Sendebetriebs für den Empfang von Ultraschallsignalen vorbereitet zu sein. Wenn nämlich der Ultraschallwandler noch ausschwingt, während er bereits ankommenden Ultraschallsignalen ausgesetzt ist, können diese ankommenden Ultraschallsignale nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit detektiert werden.In order to be able to emit ultrasound signals with as great an energy as possible, in the transmission mode of an ultrasound transducer value is set to a power adaptation, i. Value on the tuning of the resonant frequencies of both resonant circuits, which should be as equal as possible. The parallel resonant circuit is suitably damped by means of a resistor in order to favorably influence the decay process, that is, to be prepared as soon as possible after the end of the transmission operation for the reception of ultrasonic signals. Namely, if the ultrasonic transducer still oscillates while it is already exposed to incoming ultrasonic signals, these incoming ultrasonic signals can not be detected with sufficient reliability.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die elektrischen Parameter einer Abstimmeinheit für einen Ultraschallwandler im Hinblick auf die obigen Kriterien bestimmen zu können.The object of the invention is therefore to be able to determine the electrical parameters of a tuning unit for an ultrasonic transducer with respect to the above criteria.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung von elektrischen Parametern einer Abstimmeinheit für einen einen Spannungstransformator aufweisenden Ultraschallwandler vorgeschlagen, wobei der Ultraschallwandler durch ein elektrisches Ersatzschaltbild mit einer eine Serienresonanzfrequenz aufweisenden Reihenschaltung aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand repräsentierbar ist und die Abstimmeinheit eine Parallelschaltung mit einer Kapazität und einem (Dämpfungs-)Widerstand aufweist, die zusammen mit einer parallel geschalteten Induktivität des Spannungstransformators einer eine Parallelresonanzfrequenz aufweisende Parallelresonanzschaltung bildet, wobei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren

  • die Größe des (Dämpfungs-)Widerstandes der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit bestimmt wird, indem der Frequenzgang des eine resultierende Gesamtresonanzfrequenz aufweisenden Gesamtsystems aus Abstimmeinheit und Ultraschallwandler bei verschieden großen Werten für den (Dämpfungs-)Widerstand der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit ermittelt wird, und zwar entweder messtechnisch oder durch Berechnung oder durch Simulation, wobei als (Dämpfungs-)Widerstand für die Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit derjenige Wert gewählt wird, bei dem die zweite mathematische Ableitung des Frequenzgangs in einem Frequenzbereich, innerhalb dessen die Gesamtresonanzfrequenz liegt, im Wesentlichen gleich null ist, wobei der Frequenzbereich eine untere Grenzfrequenz, die um einen ersten Wert von etwa 2 % bis 10 %, insbesondere 2 % bis 8 % bzw. bis 6 % bzw. bis 4 % der Gesamtresonanzfrequenz unterhalb dieser liegt, und eine obere Grenzfrequenz aufweist, die um einen zweiten Wert von etwa 2 % bis 10 %, insbesondere 2 % bis 8 % bzw. bis 6 % bzw. bis 4 % der Gesamtresonanzfrequenz oberhalb dieser liegt.
To solve this problem, the invention proposes a method for determining electrical parameters of a tuning unit for a voltage transformer having an ultrasonic transducer, wherein the ultrasonic transducer is represented by an equivalent electrical circuit diagram having a series resonance frequency series circuit of an inductor, a capacitor and a resistor and the tuning unit comprises a parallel circuit having a capacitance and a (damping) resistor which, together with a parallel-connected inductance of the voltage transformer, forms a parallel resonant circuit having a parallel resonance frequency, wherein in the method according to the invention
  • the magnitude of the (damping) resistance of the parallel resonant circuit of the tuning unit is determined by the frequency response of the overall system having a resultant overall resonant frequency is determined from tuning unit and ultrasonic transducer at different values for the (damping) resistance of the parallel resonant circuit of the tuning unit, either by measurement or by calculation or by simulation, being selected as (damping) resistor for the parallel resonant circuit of the tuning unit that value, wherein the second mathematical derivative of the frequency response is substantially equal to zero in a frequency range within which the total resonance frequency is, the frequency range being a lower cutoff frequency which is a first value of about 2% to 10%, in particular 2% to 8%. or to 6% or 4% of the total resonance frequency is below this, and has an upper cutoff frequency, which by a second value of about 2% to 10%, in particular 2% to 8% or 6% and 4, respectively % of the total resonance frequency is above this.

Der erfindungsgemäße Ansatz geht dahin, das Ausschwingverhalten des Gesamtsystems aus Abstimmeinheit und Ultraschallwandler (einschließlich Spannungstransformator) zu minimieren, so dass die Ausschwingzeit verringert ist. Zu diesem Zweck wird in die Abstimmeinheit ein (Dämpfungs-)Widerstand integriert, der parallel zu einer Abstimmkapazität der Abstimmeinheit geschaltet ist, die beispielsweise die in der Praxis mitunter recht großen Temperaturkoeffizienten des Piezokristalls des Ultraschallwandlers zumindest teilweise kompensiert.The inventive approach is to minimize the decay of the overall system of tuning unit and ultrasonic transducer (including voltage transformer), so that the settling time is reduced. For this purpose, a (damping) resistor is integrated in the tuning unit, which is connected in parallel to a tuning capacity of the tuning unit, which compensates for example, in practice sometimes quite large temperature coefficient of the piezoelectric crystal of the ultrasonic transducer at least partially.

Es hat sich nun gezeigt, dass es hinsichtlich eines guten und insbesondere kurzen Ausschwingverhaltens (Betrachtung im Zeitbereich) von Vorteil ist, wenn sich im Frequenzbereich ein ausgewogener, flacher Frequenzgang ohne Überhöhung gegeben ist. Dabei sollte der Frequenzgang einerseits ausreichend schmalbandig sein, um Störungen des Empfangssignals in einem ausreichenden Maße vermeiden zu können, aber andererseits auch nicht zu schmalbandig sein, da dies die Frequenztoleranz negativ beeinträchtigt, was insbesondere beim Einsatz des Ultraschallwandlers zur Abstandsmessung in der Applikation als z.B. Kfz-Einparkhilfe von Nachteil sein kann.It has now been shown that it is advantageous in terms of a good and in particular short decay behavior (consideration in the time domain), if in the frequency domain, a balanced, flat frequency response without exaggeration is given. The frequency response should on the one hand be sufficiently narrow band in order to avoid interference of the received signal to a sufficient extent, but on the other hand not be too narrow band, as this adversely affects the frequency tolerance, which in particular when using the ultrasonic transducer for distance measurement in the application as eg motor vehicle Parking assistance may be a disadvantage.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann unter dem Aspekt der Leistungsanpassung vorgesehen sein, dass die Induktivität der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit bei vorgegebenem Wert für deren Kapazität derart gewählt wird, dass die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit gleich der Serienresonanzfrequenz der Reihenschaltung des Ultraschallwandlers ist.In a further advantageous embodiment of the invention may be provided from the aspect of power adjustment that the inductance of the parallel resonant circuit of the tuning unit is selected at a predetermined value for the capacity such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit of the tuning unit is equal to the series resonant frequency of the series circuit of the ultrasonic transducer.

Wie bereits oben erwähnt, ist die Erfindung insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Bestimmung des Widerstandes für den Fall erfolgt, dass der Ultraschallwandler alternierend in einem Sendemoduls zum Aussenden von Ultraschallsignalen in Form von Ultraschallpulsen und insbesondere Ultraschallpulspaketen und in einem Empfangsmodus zum Empfangen von Ultraschallsignalen betrieben wird.As already mentioned above, the invention is particularly useful if the determination of the resistance is made in the event that the ultrasonic transducer is operated alternately in a transmitting module for emitting ultrasonic signals in the form of ultrasonic pulses and in particular ultrasonic pulse packets and in a receiving mode for receiving ultrasonic signals ,

Eine weitere Methode, den Optimal- bzw. Zielwert des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung zu ermitteln, besteht darin, den Frequenzgang des Gesamtsystems aus Abstimmeinheit und Ultraschallwandler im Falle des Betriebs des Gesamtsystems in einem Empfangsmodus für einen vorgebbaren Anfangswert des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung zu ermitteln und den Wert dieses Widerstandes schrittweise oder kontinuierlich bzw. quasi kontinuierlich solange bis zum Erreichen eines Zielwerts zu verändern, bei dem der Frequenzgang ein Maximum aufweist, bei welchem die zweite Ableitung nach der Frequenz gleich oder im Wesentlichen gleich null ist.Another method for determining the optimum value or resistance of the parallel resonant circuit is to determine the frequency response of the total system of tuning unit and ultrasonic transducer in the case of operation of the entire system in a receiving mode for a predetermined initial value of the resistance of the parallel resonant circuit and the value This resistance gradually or continuously or quasi continuously until a target value is reached, in which the frequency response has a maximum at which the second derivative after the frequency is equal to or substantially equal to zero.

Hierbei kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass als Anfangswert für den Widerstand der Parallelresonanzschaltung der Widerstandswert der Serienschaltung des Ersatzschaltbildes des Ultraschallwandlers gewählt wird. Sollte sich bei dieser Vorgehensweise aus welchen Gründen auch immer ein Fehler einstellen, etwa weil die beiden Resonanzschaltungen verstimmt sind, sollte man bei einem oberen Grenzwert für den Widerstand der Parallelresonanzschaltung das Verfahren beenden, wobei dieser obere Grenzwert beispielsweise gleich dem 100-Fachen des Widerstandswerts der Serienschaltung des Ersatzschaltbildes des Ultraschallwandlers ist.It can be expediently provided that the resistance value of the series circuit of the equivalent circuit of the ultrasonic transducer is selected as the initial value for the resistance of the parallel resonant circuit. If, for whatever reason, an error occurs in this procedure, for example because the two resonant circuits are out of tune, then the method should be terminated with an upper limit for the resistance of the parallel resonant circuit, this upper limit being, for example, 100 times the resistance value of the Series connection of the equivalent circuit of the ultrasonic transducer is.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Veränderung des Werts des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung dahingehend variiert wird, dass der Grad der Veränderung des Werts dieses Widerstandes proportional zum Grad der vorherigen Veränderung des Frequenzgangs im Bereich des Maximums gewählt wird. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass der Zielwert für den Widerstand der Parallelresonanzschaltung durch sukzessive Approximation ermittelt wird.In a further advantageous embodiment of the invention can be provided that the change in the value of the resistance of the parallel resonant circuit is varied so that the degree of change in the value of this resistor is selected in proportion to the degree of the previous change in the frequency response in the range of the maximum. Finally, it can also be provided that the target value for the resistance of the parallel resonance circuit is determined by successive approximation.

Die oben genannte Aufgabe wird u.a. auch durch eine Abstimmeinheit für einen Ultraschallwandler mit Spannungstransformator gelöst, der durch ein elektrisches Ersatzschaltbild mit einer eine Serienresonanzfrequenz aufweisenden Reihenschaltung aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand repräsentierbar ist, wobei diese Abstimmeinheit versehen ist mit

  • einer Parallelresonanzschaltung aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand, wobei die Parallelresonanzschaltung eine Parallelresonanzfrequenz aufweist,
  • wobei zweckmäßigerweise gilt, dass die Induktivität der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit bei vorgegebenem Wert für deren Kapazität derart gewählt ist, dass die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit gleich der Serienresonanzfrequenz der Reihenschaltung des Ultraschallwandlers ist, und
  • wobei die Größe des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit bestimmt ist, dass die zweite mathematische Ableitung des eine resultierende Gesamtresonanzfrequenz aufweisenden Frequenzgangs in einem Frequenzbereich, innerhalb dessen die Serien- bzw. Parallelresonanzfrequenz liegt, im Wesentlichen gleich null ist, wobei der Frequenzbereich eine untere Grenzfrequenz, die um einen ersten Wert von etwa 2 % bis 10 %, insbesondere 2 % bis 8 % bzw. bis 6 % bzw. bis 4 % der Gesamtresonanzfrequenz unterhalb dieser liegt, und eine obere Grenzfrequenz aufweist, die um etwa 2 % bis 10 % der Resonanzfrequenz oberhalb dieser liegt.
The object mentioned above is also achieved, inter alia, by a tuning unit for an ultrasonic transducer with a voltage transformer which can be represented by an equivalent electrical circuit diagram with a series circuit comprising an inductance, a capacitance and a resistor having a series resonant frequency, this tuning unit being provided with
  • a parallel resonant circuit of an inductor, a capacitor and a resistor, the parallel resonant circuit having a parallel resonant frequency,
  • wherein expediently applies that the inductance of the parallel resonant circuit of the tuning unit is selected at a predetermined value for the capacitance such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit of the tuning unit is equal to the series resonant frequency of the series circuit of the ultrasonic transducer, and
  • wherein the magnitude of the resistance of the parallel resonance circuit of the tuning unit is determined to be substantially equal to zero, the second mathematical derivative of the frequency response having a resultant total resonance frequency in a frequency range within which the series or parallel resonance frequency is, the frequency range being a lower limit frequency, which is a first value of about 2% to 10%, in particular 2% to 8% or to 6% or 4% of the total resonance frequency below this, and has an upper cutoff frequency which is about 2% to 10% of Resonance frequency is above this.

Bei dieser Abstimmeinheit kann ferner mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Induktivität der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit bei vorgegebenem Wert für deren Kapazität derart gewählt ist, dass die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung der Abstimmeinheit gleich der Serienresonanzfrequenz der Reihenschaltung des Ultraschallwandlers ist.In this tuning unit can also be advantageously provided that the inductance of the parallel resonant circuit of the tuning unit is selected at a predetermined value for the capacity such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit of the tuning unit is equal to the series resonant frequency of the series circuit of the ultrasonic transducer.

Schließlich kann auch diese Abstimmeinheit bei einem Ultraschallwandler eingesetzt werden, der alternierend in einem Sendemoduls zum Aussenden von Ultraschallsignalen in Form von Ultraschallpulsen und insbesondere Ultraschallpulspaketen und in einem Empfangsmodus zum Empfangen von Ultraschallsignalen betreibbar ist.Finally, this tuning unit can also be used in an ultrasound transducer which can be operated alternately in a transmission module for emitting ultrasound signals in the form of ultrasound pulses and in particular ultrasound pulse packets and in a reception mode for receiving ultrasound signals.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Im Einzelnen zeigen dabei:

Fign. 1 bis 3
verschiedene Darstellungen der elektrischen Beschaltung einer Ultraschallvorrichtung bei deren Betrieb im Empfangs- und im Sendemodus sowie zur Darstellung der Impedanzfunktionsermittlung, und
Fig. 4
die Übertragungsfunktion einer für den Empfangsmodus optimierten Ultraschallvorrichtung in Abhängigkeit von RD.
The invention will be described below with reference to an embodiment and with reference to the drawings. In detail, they show:
FIGS. 1 to 3
various representations of the electrical wiring of an ultrasonic device in their operation in the receive and in the transmission mode and for representing the impedance function determination, and
Fig. 4
the transfer function of an optimized for the receiving mode ultrasonic device as a function of RD.

Ultraschallwandler 12 bzw. -Transducer werden in der Regel mittels eines Spannungstransformators angesteuert. Die Induktivität wird dabei so ausgelegt, dass die Resonanzfrequenz zusammen mit der parallel geschalteten (parasitären) Kapazität des Piezokristalls gleich der Resonanzfrequenz des Transducers ist. Mit Hilfe eines zusätzlichen, parallel geschalteten (Dämpfungs)Widerstandes RD kann das Ausschwingverhalten der gesamten Anordnung minimiert werden, indem der parallele Schwingkreis mit Hilfe dieses Widerstandes bei geeigneter Wahl "bedämpft" wird. Eine analytische Lösung für dieses Problem ist mit vertretbarem Aufwand (wenn überhaupt) kaum möglich.Ultrasonic transducers 12 and transducers are usually controlled by means of a voltage transformer. The inductance is designed so that the resonant frequency, together with the parallel-connected (parasitic) capacitance of the piezoelectric crystal, is equal to the resonant frequency of the transducer. With the help of an additional, parallel-connected (damping) resistor RD, the decay behavior of the entire arrangement can be minimized by "damping" the parallel resonant circuit with the aid of this resistor. An analytical solution to this problem is scarcely possible (if at all) with justifiable effort.

Daher wird nachfolgend ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich der Widerstand RD schnell und effizient bestimmen lässt.Therefore, a method that can be used to determine the resistance RD quickly and efficiently is presented below.

Fig. 1 zeigt das Ersatzschaltbild einer Ultraschallvorrichtung 10 im Empfangsmodus. Diese Ultraschallvorrichtung 10 weist einen Ultraschallwandler 12 auf, der in Fig. 1 als Ersatzschaltbild 14 mit einer Reihenschaltung 16 aus einer Induktivität L0, einer Kapazität C0 und einem Widerstand R0 und mit einer Energiequelle Vin sowie einer weiteren Kapazität CP (hervorgerufen durch den Oszillator, z.B. Piezokristall 18) dargestellt ist. Die Energiequelle Vin erzeugt in Folge der im Empfangsmodus auf den Ultraschallwandler 12 einwirkenden Ultraschallwellen eine elektrische Spannung. An den Ultraschallwandler 12 schließt sich eine Abstimmeinheit 20 mit einer Parallelschaltung 22 aus einer Kapazität CADD und dem bereits oben angesprochenen Widerstand RD an, woraufhin ein Transformator 24 folgt, von dem in Fig. 1 die Induktivität LT im Ersatzschaltbild gezeigt ist. Parallel zur Parallelschaltung 22 liegt die Induktivität LT, die zusammen mit der Parallelschaltung 22 eine Parallelresonanzschaltung 26 bildet. Fig. 1 shows the equivalent circuit of an ultrasonic device 10 in the receive mode. This ultrasonic device 10 has an ultrasonic transducer 12, which in Fig. 1 as an equivalent circuit diagram 14 with a series circuit 16 of an inductance L0, a capacitor C0 and a resistor R0 and with a power source Vin and a further capacitor CP (caused by the oscillator, eg piezoelectric crystal 18) is shown. The energy source Vin generates an electrical voltage as a result of the ultrasonic waves acting on the ultrasonic transducer 12 in the receiving mode. The ultrasonic transducer 12 is followed by a tuning unit 20 with a parallel circuit 22 of a capacitance CADD and the above-mentioned resistance RD, whereupon a transformer 24 follows, from which in Fig. 1 the inductance LT is shown in the equivalent circuit diagram. Parallel to the parallel circuit 22 is the inductance LT, which forms a parallel resonant circuit 26 together with the parallel circuit 22.

Die durch die Ultraschallvorrichtung 10 gegebene Impedanz setzt sich aus der Verschaltung der zuvor genannten Elemente zusammen, wie es in Fig. 3 wiedergegeben ist.The impedance given by the ultrasonic device 10 is composed of the interconnection of the aforementioned elements as shown in FIG Fig. 3 is reproduced.

Aus den Fign. 1 und 2 lassen sich dann die Übertragungsfunktionen der Ultraschallvorrichtung 10 für den Sende- und den Empfangsfall ableiten, wobei es nun möglich ist, die für diese Einsätze optimalen Bauteile zu bestimmen. Exemplarisch soll dies nachfolgend am Widerstand RD dargestellt werden, wobei Fig. 4 die Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von RD zeigt. Die Ultraschallvorrichtung 10 arbeitet im Empfangsmodus wie ein (Bandpass-)Filter, das erfindungsgemäß durch eine Abgleicheinheit (wird weiter unten erläutert) abstimmbar ist. Dabei sollte das Filter eine möglichst große Bandbreite aufweisen, da dies die Antwortzeit des Filters im Zeitbereich bestimmt und damit eine gute Entfernungsauflösung erlaubt. Auf der anderen Seite ist die Bandbreite des Filters so zu wählen, dass es nicht zu breit ist, weil sonst Rauschen und andere akustische Störquellen in den Übertragungsbereich des Filters fallen und als Echo erfasst werden. Wenn dieser Widerstand RD nicht vorhanden ist, ist die Impedanzanpassungsfunktion der Schaltung nach wie vor gegeben, aber eine Optimierung der erforderlichen Bandbreite des Filters lässt sich ohne einen parallel zu dem Transformator geschalteten Widerstand RD nicht erreichen.From the FIGS. 1 and 2 can then derive the transfer functions of the ultrasonic device 10 for the transmission and the reception case, it is now possible to determine the optimal for these applications components. As an example, this will be shown below at the resistor RD, where Fig. 4 shows the transfer function as a function of RD. The ultrasound device 10 operates in the receive mode like a (bandpass) filter, which is tunable according to the invention by an adjustment unit (to be explained below). The filter should have the widest possible bandwidth, as this determines the response time of the filter in the time domain and thus allows a good distance resolution. On the other hand, the bandwidth of the filter should be chosen so that it is not too wide, because otherwise noise and other sources of acoustic interference fall within the transmission range of the filter and are detected as an echo. If this resistor RD is not present, the impedance matching function of the circuit is still present, but optimization of the required bandwidth of the filter can not be achieved without a resistor RD connected in parallel with the transformer.

Anhand von Fig. 4 soll nachfolgend weiter auf die Erfindung eingegangen werden.Based on Fig. 4 will be further discussed below on the invention.

Es hat sich gezeigt, dass für den Fall RD=RDOPT in der Praxis die Ausschwingzeit nahezu minimal ist. Im Folgenden wird kurz ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorgehensweise skizziert.It has been found that for the case RD = RD OPT in practice, the settling time is almost minimal. In the following, an embodiment of the procedure according to the invention is briefly outlined.

Die lokalen Maxima für den Fall RD<RDOPT bzw. die lokalen Minima für den Fall RD>RDOPT liegen genau bei der Resonanzfrequenz des Gesamtsystems. Der Kurvenverlauf ist in diesem Punkt für den Fall RD<RDOPT rechtsgekrümmt, für RD>RDOPT linksgekrümmt. Mathematisch bedeutet das, dass die zweite Ableitung kleiner null für RD<RDOPT und größer null für RD>RDOPT ist. Bei RD=RDOPT ist die zweite Ableitung gleich null. Grundsätzlich ist es möglich, die zweite Ableitung des Betrags der Übertragungsfunktion analytisch zu bestimmen. Dies ist aber sehr umfangreich. Hier wird die numerische Bestimmung der zweiten Ableitung mit Hilfe einer numerischen Näherung z.B. yʺ = y - 1 - 2 ⋅ y 0 + y + 1 h 2

Figure imgb0001

verwendet. Dabei ist y0 der Wert der Übertragungsfunktion bei Resonanzfrequenz. Y-1 und Y+1 sind zwei Punkte jeweils links und rechts davon.The local maxima for the case RD <RD OPT or the local minima for the case RD> RD OPT are exactly at the resonance frequency of the entire system. The curve is right-curved in this case for the case RD <RD OPT , left-curved for RD> RD OPT . Mathematically, this means that the second derivative is less than zero for RD <RD OPT and greater than zero for RD> RD OPT . For RD = RD OPT , the second derivative is zero. In principle, it is possible to analytically determine the second derivative of the amount of the transfer function. This is very extensive. Here, the numerical determination of the second derivative using a numerical approximation, for example y" = y - 1 - 2 ⋅ y 0 + y + 1 H 2
Figure imgb0001
used. Here y 0 is the value of the transfer function at resonant frequency. Y -1 and Y +1 are two points to the left and right of it.

Ausgehend von einem Startwert wird der Wert von RD in kleinen Schritten erhöht bis ein Vorzeichenwechsel der zweiten Ableitung auftritt. Es hat sich als zuverlässig erwiesen, als Startwert für RD den Wert RO des Transducers zu verwenden. Für den Fall einer fehlerhaften Eingabe und stark gegeneinander verstimmter Schwingkreise, ist eine obere Schranke für RD von z.B. 100*RO sinnvoll.Starting from a starting value, the value of RD is increased in small steps until a sign change of the second derivative occurs. It has proved to be reliable, as a starting value for RD the value RO of the transducer too use. In the case of a faulty input and highly detuned oscillating circuits, an upper limit of RD of eg 100 * RO makes sense.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Ultraschallvorrichtungultrasound device
1212
Ultraschallwandlerultrasound transducer
1414
elektrisches Ersatzschaltbildelectrical equivalent circuit diagram
1616
Reihenschaltungseries connection
1818
Piezokristallpiezo crystal
2020
Abstimmeinheittuning
2222
Parallelschaltungparallel connection
2424
Spannungstransformatorvoltage transformer
2626
ParallelresonanzschaltungParallel resonant circuit
CADDCADD
(Abgleich-)Kapazität(Balancing) Capacity
LTLT
Induktivität des SpannungstransformatorsInductance of the voltage transformer
RDRD
(Dämpfungs-)Widerstand(Damping) resistor
C0C0
parasitäre Kapazität des Ultraschallwandlersparasitic capacitance of the ultrasonic transducer
L0L0
parasitäre Induktivität des Ultraschallwandlersparasitic inductance of the ultrasonic transducer
R0R0
(Innen-)Widerstand des Ultraschallwandlers(Internal) resistance of the ultrasonic transducer

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung von elektrischen Parametern einer Abstimmeinheit für einen einen Spannungstransformator aufweisenden Ultraschallwandler (12), wobei der Ultraschallwandler (12) durch ein elektrisches Ersatzschaltbild (14) mit einer eine Serienresonanzfrequenz aufweisenden Reihenschaltung (16) aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand repräsentierbar ist und die Abstimmeinheit (20) eine Parallelschaltung (22) mit einer Kapazität und einem Widerstand aufweist, die zusammen mit einer parallel geschalteten Induktivität des Spannungstransformators einer eine Parallelresonanzfrequenz aufweisende Parallelresonanzschaltung (26) bildet, wobei bei dem Verfahren - die Größe des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) bestimmt wird, indem der Frequenzgang des eine resultierende Gesamtresonanzfrequenz aufweisenden Gesamtsystems aus Abstimmeinheit (20) und Ultraschallwandler (12) bei verschieden großen Werten für den Widerstand der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) ermittelt wird, und zwar entweder messtechnisch oder durch Berechnung oder durch Simulation, wobei als Widerstand für die Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) derjenige Wert gewählt wird, bei dem die zweite mathematische Ableitung des Frequenzgangs in einem Frequenzbereich, innerhalb dessen die Gesamtresonanzfrequenz liegt, im Wesentlichen gleich null ist, wobei der Frequenzbereich eine untere Grenzfrequenz, die um einen ersten Wert von etwa 2 % bis 10 %, insbesondere 2 % bis 8 % bzw. bis 6 % bzw. bis 4 % der Gesamtresonanzfrequenz unterhalb dieser liegt, und eine obere Grenzfrequenz aufweist, die um einen zweiten Wert von etwa 2 % bis 10 %, insbesondere 2 % bis 8 % bzw. bis 6 % bzw. bis 4 % der Gesamtresonanzfrequenz oberhalb dieser liegt. A method for determining electrical parameters of a tuning unit for a voltage transformer having an ultrasonic transducer (12), wherein the ultrasonic transducer (12) by an electrical equivalent circuit diagram (14) having a series resonant frequency series circuit (16) of an inductance, a capacitor and a resistor representable and the tuning unit (20) comprises a parallel circuit (22) having a capacitance and a resistance, which together with a parallel-connected inductance of the voltage transformer of a parallel resonant frequency having parallel resonant circuit (26), wherein the method the magnitude of the resistance of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit (20) is determined by the frequency response of the total system consisting of a total resonance frequency comprising tuning unit (20) and ultrasound transducer (12) with different values for the resistance of the parallel resonance circuit (26) Tuning unit (20) is determined, either by measurement or by calculation or by simulation, being selected as the resistance for the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit (20) the value at which the second mathematical derivative of the frequency response in a frequency range, within the frequency range is a lower limit frequency which is a first value of about 2% to 10%, in particular 2% to 8% or to 6% or to 4% of the total resonance frequency below this is, and has an upper cutoff frequency, which is a two Value of about 2% to 10%, in particular 2% to 8% or up to 6% or up to 4% of the total resonance frequency is above this. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) bei vorgegebenem Wert für deren Kapazität derart gewählt wird, dass die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit gleich der Serienresonanzfrequenz der Reihenschaltung des Ultraschallwandlers (12) ist.A method according to claim 1, characterized in that the inductance of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit (20) at a given Value for the capacitance is chosen such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit is equal to the series resonance frequency of the series circuit of the ultrasonic transducer (12). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Widerstandes für den Fall erfolgt, dass der Ultraschallwandler (12) alternierend in einem Sendemoduls zum Aussenden von UI-traschallsignalen in Form von Ultraschallpulsen und insbesondere Ultraschallpulspaketen und in einem Empfangsmodus zum Empfangen von Ultraschallsignalen betrieben wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the determination of the resistance is carried out for the case that the ultrasonic transducer (12) alternately in a transmission module for emitting UI-ultrasonic signals in the form of ultrasonic pulses and in particular ultrasonic pulse packets and in a receive mode for receiving Ultrasonic signals is operated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgang des Gesamtsystems aus Abstimmeinheit (20) und Ultraschallwandler (12) im Falle des Betriebs des Gesamtsystems in einem Empfangsmodus für einen vorgebbaren Anfangswert des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung (26) ermittelt wird und der Wert dieses Widerstandes schrittweise oder kontinuierlich bzw. quasi kontinuierlich solange bis zum Erreichen eines Zielwerts verändert wird, bei dem der Frequenzgang ein Maximum aufweist, bei welchem die zweite Ableitung nach der Frequenz gleich oder im Wesentlichen gleich null ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the frequency response of the total system of tuning unit (20) and ultrasonic transducer (12) in the case of operation of the entire system in a receive mode for a predetermined initial value of the resistance of the parallel resonant circuit (26) is determined and the value of this resistance is varied stepwise or continuously, until a target value is attained, at which the frequency response has a maximum at which the second derivative after the frequency is equal to or substantially equal to zero. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Anfangswert für den Widerstand der Parallelresonanzschaltung (26) der Widerstandswert der Serienschaltung des Ersatzschaltbildes (14) des Ultraschallwandlers (12) gewählt wird.Method according to Claim 4, characterized in that the resistance value of the series connection of the equivalent circuit diagram (14) of the ultrasonic transducer (12) is selected as the initial value for the resistance of the parallel resonance circuit (26). Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Werts des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung (26) dahingehend variiert wird, dass der Grad der Veränderung des Werts dieses Widerstandes proportional zum Grad der vorherigen Veränderung des Frequenzgangs im Bereich des Maximums gewählt wird.A method according to claim 4 or 5, characterized in that the variation in the value of the resistance of the parallel resonant circuit (26) is varied so that the degree of change in the value of this resistance is chosen to be proportional to the degree of previous change in the frequency response in the region of the maximum. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielwert für den Widerstand der Parallelresonanzschaltung (26) durch sukzessive Approximation ermittelt wird.Method according to claims 4 to 6, characterized in that the target value for the resistance of the parallel resonant circuit (26) is determined by successive approximation. Abstimmeinheit (20) für einen Ultraschallwandler (12) mit Spannungstransformator, der durch ein elektrisches Ersatzschaltbild (14) mit einer eine Serienresonanzfrequenz aufweisenden Reihenschaltung (16) aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand repräsentierbar ist, mit - einer Parallelresonanzschaltung (26) aus einer Induktivität, einer Kapazität und aus einem Widerstand, wobei die Parallelresonanzschaltung (26) eine Parallelresonanzfrequenz aufweist, - wobei die Größe des Widerstandes der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) bestimmt ist, dass die zweite mathematische Ableitung des eine resultierende Gesamtresonanzfrequenz aufweisenden Frequenzgangs in einem Frequenzbereich, innerhalb dessen die Serien- bzw. Parallelresonanzfrequenz liegt, im Wesentlichen gleich null ist, wobei der Frequenzbereich eine untere Grenzfrequenz, die um einen ersten Wert von etwa 2 % bis 10 %, insbesondere 2 % bis 8 % bzw. bis 6 % bzw. bis 4 % der Gesamtresonanzfrequenz unterhalb dieser liegt, und eine obere Grenzfrequenz aufweist, die um etwa 2 % bis 10 % der Resonanzfrequenz oberhalb dieser liegt. Tuning unit (20) for an ultrasonic transducer (12) with a voltage transformer, which is represented by an equivalent electrical circuit diagram (14) with a series resonance (16) having a series resonance (16) of an inductance, a capacitance and a resistance, with a parallel resonant circuit (26) comprising an inductance, a capacitance and a resistor, the parallel resonant circuit (26) having a parallel resonance frequency, - Wherein the magnitude of the resistance of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit (20) is determined that the second mathematical derivative of a resulting overall resonant frequency having frequency response in a frequency range within which the series or parallel resonance frequency is substantially equal to zero wherein the frequency range has a lower cutoff frequency which is lower by a first value of about 2% to 10%, in particular 2% to 8% or to 6% or to 4% of the total resonant frequency, and an upper cutoff frequency which is around about 2% to 10% of the resonant frequency is above this. Abstimmeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit (20) bei vorgegebenem Wert für deren Kapazität derart gewählt ist, dass die Parallelresonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung (26) der Abstimmeinheit gleich der Serienresonanzfrequenz der Reihenschaltung des Ultraschallwandlers (12) ist.Tuning unit according to claim 8, characterized in that the inductance of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit (20) is selected at a predetermined value for the capacitance such that the parallel resonance frequency of the parallel resonant circuit (26) of the tuning unit equal to the series resonant frequency of the series circuit of the ultrasonic transducer (12 ). Abstimmeinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (12) alternierend in einem Sendemoduls zum Aussenden von Ultraschallsignalen in Form von Ultraschallpulsen und insbesondere Ultraschallpulspaketen und in einem Empfangsmodus zum Empfangen von Ultraschallsignalen betreibbar ist.Tuning unit according to claim 8 or 9, characterized in that the ultrasonic transducer (12) alternately in a transmission module for emitting ultrasonic signals in the form of ultrasonic pulses and in particular Ultraschallpulspaketen and is operable in a receive mode for receiving ultrasonic signals.
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