ITTO20010450A1

ITTO20010450A1 - Ricetrasmettitore di onde ultrasoniche.

Info

Publication number: ITTO20010450A1
Application number: IT2001TO000450A
Authority: IT
Inventors: Shinji Amaike; Junshi Ota
Original assignee: Murata Manufacturing Co
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-15
Also published as: US20020021056A1; DE10123612A1; DE10123612B9; JP2001326987A; CN1325193A; CN1200525C; DE10123612B4; ITTO20010450A0; JP3501100B2; US6593680B2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Ricetrasmettitore di onde ultrasòniche",

CONTESTO DELL'INVENZIONE

1. Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche utilizzato, ad esempio, come sensore di prossimità e sensore posteriore in campo automobilistico.

2. Descrizione dello stato dell'arte anteriore Finora, è noto un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche nel quale un elemento piezoelettrico vibrante è fissato alla superficie inferiore interna di un contenitore cilindrico dotato di un fondo e che utilizza la superficie inferiore esterna del contenitore come superficie ricetrasmettitore di onde ultrasoniche. Quando si utiliz-za un simile ricetrasmettitore di onde ultrasoniche come sensore in una automobile, se la portata del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche nella direzione verticale è troppo ampia rispetto al suolo, le onde riflesse dal suolo vengono rivelate come rumore e se la portata in trasmissione/ricezione nella direzione orizzontale è troppo stretta, la portata di rivelazione presenta un punto cieco. Nessuno dei due fenomeni è desiderabile. Pertanto, è stato inventato un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche disposto in modo tale che, se la sua portata in trasmissione/ricezione nella direzione verticale sia stretta mentre la portata in trasmissione/ ricezione nella direzione orizzontale è grande, formando la parte cava del contenitore in modo che sia lungo nella direzione verticale e corto nella direzione orizzontale, e realizzando inoltre una parte con pareti spesse e parti con pareti sottili sul fondo del contenitore. In questo tipo di ricetrasmettitore di onde ultrasoniche, ad esempio, formando una parte dalle pareti spesse con uno spessore di 0,75 mm e parti con pareti sottili con uno spessore di 0,3 mm sul fondo del contenitore nella direzione verticale, dal diametro di 18 mm, e disponendo le parti dalle pareti sottili nella direzione verticale, è possibile ottenere un ricetrasmettitore di onde Ultrasoniche nel quale la portata di trasmissione/ ricezione nella direzione verticale è dì 40°.

La figura 9 illustra un esempio di un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 1 utilizzato come sensore posteriore in un autoveicolo. La portata di trasmissione/ricezione è espressa da un angolo completo alla metà del valore massimo. Questo "angolo completo alla metà del valore massimo" si riferisce ad un angolo formato in entrambe le direzioni nelle quali avviene una riduzione di 20.1og0,5 dB (circa 6 dB) nella sensibilità di trasmissione/ricezione rispetto alla sensibilità di trasmissione/ricezione nella direzione opposta al fondo (la direzione a 0°).

Tuttavia, in un simile ricetrasmettitore di onde ultrasoniche convenzionale, dato che le caratteristiche di riverberazione sono instabili e che il tempo di riverberazione è lungo, le onde ultrasoniche riflesse da un oggetto adiacente al ricetrasmettitore di onde ultrasoniche possono interferire con la sua riverberazione, per cui vi sono casi in cui l'esistenza dell'oggetto adiacente non può essere rivelata e/o dove la distanza al corpo adiacente non può essere misurata. In particolare, quando delle gocce d'acqua aderiscono alla superficie ricetrasmittente, il tempo di riverberazione tende ad essere più lungo e quindi, si presenta un problema quando si utilizza questo ricetrasmettitore di onde ultrasoniche come sensore in un'autovettura, il sensore essendo esposto al vento ed alla pioggia.

DESCRIZIONE SOMMARIA DELL'INVENZIONE

Pertanto, un obiettivo della presente invenzione è di fornire un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche nel quale la portata di trasmissione/ricezione in almeno una direzione sia relativamente stretta e che presenti caratteristiche di riverberazione stabili.

Conformemente alla presente invenzione, si prevede un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche comprendente un contenitore cilindrico dotato di un fondo, un vibratore piezoelettrico fissato alla superficie inferiore interna del fondo del contenitore ed una superficie ricetrasmittente di onde ultrasoniche definita dalla superficie inferiore esterna del fondo del contenitore. In questo ricetrasmettitore di onde ultrasoniche, il fondo del contenitore comprende una parte con parete spessa sulla quale è fissato il vibratore piezoelettrico ed una parte con parete sottile, più sottile della parte con parete spessa. Se lo spessore della parte con parete spessa è tl, lo spessore della parte con parete sottile è t2, lo spessore di una parte laterale realizzata in modo continuo con la parte con parete sottile è A e valgono le equazioni x = t2/tl e Y = A/t2, questo ricetrasmettitore di onde ultrasoniche è realizzato in modo tale che x e y siano contenuti nella portata definita dalla equazioni seguenti:

I precedenti obiettivi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata delle realizzazioni preferenziali dell'invenzione, fornita con riferimento ai disegni allegati.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1 rappresenta una vista sche-matica in sezione illustrante un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche conforme ad una realizzazione della presente invenzione;

la figura 2A rappresenta una vista in sezione trasversale illustrante un esempio di contenitore del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche illustrato dalla figura 1, il contenitore essendo rappresentato lungo un piano parallelo alla sua superficie inferiore; e la figura 2B rappresenta una sezione verticale illustrante il contenitore lungo la linea b-b della figtira 2A;

la figura 3A rappresenta un diagramma illustrante la relazione tra t2/tl e l'angolo completo a metà del valore massimo quando si fa variare A/t2;

la figura 4 rappresenta un diagramma illustrante la relazione tra t2/tl ed il tempo di riverberazione quando si fa variare A/t2;

la figura 5 rappresenta un diagramma illustrante la relazione tra A/t2 e l'angolo completo a metà del valore massimo quando si fa variare t2/tl;

la figura 6 rappresenta un diagramma illustrante la relazione tra A/t2 ed il tempo di riverberazione quando si fa variare t2/tl;

la figura 7 rappresenta un diagramma illustrante una gamma desiderabile di valori numerici con x = t2/tl e y = A/t2;

la figura 8 rappresenta un diagramma illustrante la sensibilità dei ricetrasmettitori di onde ultrasoniche;

la figura 9 rappresenta una vista schematica illustrante la portata di rivelazione di un sensore posteriore utilizzato in un'automobile;

la figura 10 rappresenta un diagramma illustrante la relazione tra l'angolo completo alla metà del valore massimo e la distanza di rivelazione.

DESCRIZIONE DELLE REALIZZAZIONI PREFERENZIALI

La figura 1 rappresenta una vista schematica in sezione illustrante un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche conforme ad una realizzazione della presente invenzione. Questo ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 comprende un contenitore sensibilmente cilindrico 12. Il contenitore 12 è realizzato ad esempio in alluminio. Sul fondo interno del contenitore, sono realizzate una parte con parete spessa 14 e delle parti con parete sottile 16. Un elemento vibratore piezoelettrico 18 è fissato alla parte con parete spessa 14 nel fondo interno del contenitore 12. Un elettrodo dell'elemento vibratore piezoelettrico 18 è collegato al contenitore che è collegato alla massa. Un materiale fonoassorbente 20 è disposto sul lato opposto alla superficie del fondo interno<' >del contenitore 12 e l'elemento vibratore piezoelettrico 18 è disposto in mezzo.

Un condensatore 22 è disposto di fronte all'elemento vibratore piezoelettrico 18 attraverso il materiale fonoassorbente 20. Alcuni elementi di fissaggio 24 costituiti da gomma al silicone o simile sono montati alle due estremità del condensatore 22. Un elettrodo del condensatore 22 e l'altro elettrodo dell'elemento vibratore piezoelettrico 18 sono collegati elettricamente da un conduttore 26. Un morsetto esterno 28 è collegato ad un elettrodo del condensatore 22. L'altro elettrodo del condensatore 22 è collegato al contenitore che è collegato alla massa tramite un conduttore (non rappresentato). Inoltre, un morsetto esterno (non rappresentato) è fissato al contenitore 12.

Il fondo interno del contenitore 12 è riempito con un primo adesivo 30, ad esempio un adesivo a base di silicone dotato di viscosità relativamente elevata. Il primo adesivo copre il materiale fonoassorbente 20 e l'elemento vibratore piezoelettrico 18. Lo scopo dell'utilizzo di un adesivo con viscosità elevata è di minimizzare l'influenza del adesivo impregnato nel materiale fonoassorbente per quanto riguarda le caratteristiche acustiche. Dopo l'indurimento del primo adesivo 30, gli elementi di fissaggio 24 sono montati sui due lati del condensatore 22. Inoltre, un secondo adesivo 32, ad esempio un adesivo a base di silicone dalla viscosità relativamente bassa riempie la parte superiore. La ragione dell'utilizzo di un adesivo dalla viscosità relativamente bassa come secondo adesivo è la facilitazione dell'azione di riempimento.

La figura 2A rappresenta una vista in sezione trasversale illustrante un esempio di contenitore 12 del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 illustrato dalla figura 1, il contenitore essendo rappresentato lungo un piano parallelo alla sua superficie inferiore o fondo e la figura 2B rappresenta una sezione verticale illustrante il contenitore lungo la linea b-b della figura 2A. Come illustrato dalla figura 2A, una parte cava del contenitore 12 viene realizzata, ad esempio con una forma sostanzialmente ovale in una vista in pianta. Nella direzione dell'asse lungo dell'ovale, le parti con parete sottile 16, più sottili della parte con parete spessa 14, vengono realizzate su entrambi i lati della parte con parete spessa 14. D'altro canto, la parte con parete spessa 14 è realizzata in modo da estendersi nella direzione dell'asse corto dell'ovale. Il recetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 illustrato dalla figura 1 viene utilizzato in modo che la direzione dell'asse lungo della sezione trasversale del contenitore 12 sia orientata nella direzione verticale rispetto al suolo, mentre l'asse corto è orientato nella direzione orizzontale rispetto al suolo. Nel ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10, la superficie esterna del fondo del contenitore 12 definisce una superficie di trasmissione/ricezione. Qui, la forma della sezione trasversale del contenitore 12 non è limitata ad una forma sostanzialmente ovale, ma può essere una forma sostanzialmente rettangolare, una forma sostanzialmente ellittica o una forma sostanzialmente circolare.

Facendo variare lo spessore della parte con parete spessa 14, ciascuna delle parti con parete sottile 16 e la parete laterale 12a realizzata in modo continuo con le parti con parete sottile 16 nel contenitore illustrato dalla figura 2, sono stati misurati gli angoli interi alla metà del valore massimo ed i tempi di riverberazione del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 che utilizza questi contenitori 12. I risultati delle misure sono riportati nelle tabelle 1 a 10 e nelle figure 3 a 6. Qui, il contenitore 12 utilizzato in questa realizzazione è completamente realizzato in alluminio e presenta un diametro di 18 mm.

(Tabella 1)

t2/tl

043 050 057 064 071

t2/tl

0,43 0,50 0,57 0,64 0,71

(Tabella 6)

Quindi, la tabella 11 e la figura 10 illustrano la relazione tra 1<1>angolo completo a metà valore massimo e la distanza di rivelazione nella direzione verticale, con un'altezza d'installazione di 40 cm, quando il ricetrasmettitore di onde

ultrasoniche 10 viene utilizzato come sensore posteriore in un'automobile, come illustrato dalla figura 10.

Tabella 11

Posizione d'installazione del recetrasmettitore di onde ultrasoniche: altezza di 40 cm dal suolo.

Come possiamo vedere dalla tabella 11 e dalla figura 10, più piccolo è l'angolo completo a metà del valore massimo, è più lunga è la distanza di rivelazione. In modo particolare, la distanza di rivelazione in un contenitore dove l'angolo completo a metà del valore massimo è di 40°, è 1,5 volte la distanza per un contenitore con un angolo completo a metà del valore massimo di 60°. Tuttavia, in questo ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10, dato che la superficie di trasmissione/ricezione serve sia come superficie di trasmissione, sia come superficie di ricezione per le on-de ultrasoniche, a meno che le vibrazioni che accompagnano la trasmissione delle onde siano isola

te in tempo più breve possibile, le onde riflesse vengono immerse nelle vibrazioni quando vengono trasmesse e questo ne impedisce la rivelazione da parte del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche. Quindi, è praticamente necessario, oltre ad avere un angolo completo a metà del valore massimo di piccolo valore, che il tempo di riverberazione non sia superiore a 1,5 ms nelle condizioni in cui delle gocce d'acqua hanno aderito alla superficie ricetrasmittente. Se il tempo di riverberazione non è superiore a 1,5 ms in presenza di gocce d'acqua aderenti alla superficie ricetrasmittente, si ottiene un tempo di riverberazione minore in condizioni di asciutto.

Pertanto, dai risultati precedenti, si deducono che le condizioni che permettono di ottenere simultaneamente un angolo completo a metà del valore massimo non superiore a 40° ed un tempo di riverberazione non superiore a 1,5 ms, e queste sono indicate nella tabella 12.

0/ : angolo completo a metà del valore massimo = 40° o meno

/O: tempo di riverberazione = 1,5 ms o meno

Per ottenere gli effetti desiderati dalla presente invenzione , come possiamo vedere nella tabella 12, quando il rapporto tra lo spessore t2 delle parti con parete sottile 16 rispetto allo spessore tl della parte con parete spessa 14 è 0,57, è auspicabile che il rapporto tra lo spessore A della parte laterale 12a rispetto allo spessore t2 della parte con parete sottile 16 sia compreso tra 0,75 e 1,75.

Quando il rapporto tra lo spessore t2 della parte con parete sottile 16 rispetto allo spessore tl della parte con parete spessa 14 è 0,50, è auspicabile che il rapporto tra lo spessore A della parte laterale 12a e lo spessore t2 della parte con parete sottile 16 sia compreso tra 1,25 e 1,75.

Inoltre, quando il rapporto tra lo spes-sore t2 della parte con parete sottile 16 e lo spessore tl della parte con parete spessa 14 è 0,64, è auspicabile che il rapporto tra lo spessore A della parte laterale 12a e lo spessore t2 della parte con parete sottile 16 sia compreso tra 0,75 e 1,25.

Da questi risultati, si ricava la relazione illustrata dalla figura 7. Cioè, se x = t2/tl e y = A/t2, lo spessore tl della parte con parete spessa 14, lo spessore t2 di ciascuna delle parti con parete sottile 16 e lo spessore A della parte laterale 12a sono tali che x e y si trovino nell'intervallo definito dalle seguenti equazioni, gli effetti desiderati della presente invenzione possono essere raggiunti.

Nella figura 8, le linee piene indicano le caratteristiche di direttività nelle direzioni verticale e orizzontale del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 conformemente ad una realiz-zazione utilizzante un contenitore di alluminio nel quale il diametro è 18 irai, lo spessore tl del-la parte con parete spessa 14 è 0,70 mm, lo spessore t2 di ciascuna delle parti con parete sottile 16 è 0,40 mm e lo spessore A della parte laterale 12a che assicura la continuità con le parti con parete sottile è 0,4 mm.

Inoltre, nella figura 8, le linee tratteggiate indicano le caratteristiche di direttività nella direzione verticale del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 conformemente ad un esempio di confronto utilizzante un contenitore di alluminio nel quale il diametro è 18 mm, lo spessore tl della parte con parete spessa è 0,70 mm, lo spessore t2 di ciascuna delle parti con parete sottile à 0,30 mm e lo spessore A della parte laterale 12a che assicura la continuità con la parte con parete sottile è 0,4 mm.

E' ovvio dalla figura 8 che l'angolo completo a metà del valore massimo (che vale approssimativamente 30°) del ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 conformemente alla realizzazione della presente invenzione permette di ottenere caratteristiche di direttività superiori nella direzione verticale rispetto all'angolo completo a metà del valore massimo (approssimativamente 60°) dell'esempio convenzionale.

Quindi, conformemente al ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 di questa realizzazione, dato che l'angolo completo a metà del valore massimo nella direzione verticale non è superiore a 40°, la distanza di rivelazione può essere aumentata ed è più difficilmente soggetta all'influenza delle onde riflesse dal suolo. Inoltre, conformemente al ricetrasmettitore di onde ultrasoniche 10 di questa realizzazione, dato che il tempo di riverberazione non è superiore a 1,5 ms quando delle gocce d'acqua aderiscono alla superficie di trasmissione/ricezione, l'influenza delle onde di trasmissione sulle onde riflesse può essere minimizzata.

Come è evidente da quanto precede, conformemente alla presente invenzione, si realizza un ricetrasmettitore di onde ultrasoniche nel quale la portata di trasmissione/ricezione in almeno una direzione è relativamente stretta e che presenta caratteristiche di riverberazione stabili. Questo ricetrasmettitore di onde ultrasoniche presenta una grande distanza di rivelazione e può essere utilizzato come sensore posteriore dotato di prestazioni superiori.

Sebbene la presente invenzione sia stata descritta con riferimento a quelle<- >che sono ora ritenute le realizzazioni preferenziali, deve essere inteso che vari cambiamenti e modifiche possono essere introdotti senza uscire dalla portata dell'invenzione nei suoi aspetti più ampi, e pertanto, si intende che le rivendicazioni allegate coprono questi cambiamenti e modifiche come contemplate nell'ambito e nello spirito dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Ricetrasmettitore di onde ultrasoniche comprendente: - un contenitore cilindrico dotato di un fondo; - un vibratore piezoelettrico fissato alla superficie inferiore interna del fondo del suddetto contenitore; - una superficie ricetrasmittente di onde ultrasoniche definita dalla superficie inferiore esterna del fondo del suddetto contenitore; il suddetto fondo del suddetto contenitore comprendendo una parte con parete spessa sulla quale è fissato il vibratore piezoelettrico ed una parte con parete sottile, più sottile della suddetta parte con parete spessa, e dal fatto che: se lo spessore della parte con parete spessa è tl, lo spessore della parte con parete sottile è t2, lo spessore di una parte laterale realizzata in modo continuo con la parte con parete sottile è A e valgono le equazioni x = t2/tl e Y = A/t2, il suddetto ricetrasmettitore di onde ultrasoniche essendo realizzato in modo tale che x e y siano contenuti nella portata definita dalla equazioni seguenti: