KR20180052034A - 초음파 트랜스듀서를 이용한 센서 및 센서의 떨림 시간 감소 방법 - Google Patents

초음파 트랜스듀서를 이용한 센서 및 센서의 떨림 시간 감소 방법 Download PDF

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Abstract

초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서가 개시된다. 상기 센서는 초음파 트랜스듀서에 복수개의 펄스를 포함하는 제1 전기 구동 신호를 인가하는 송신 회로 모듈; 및 상기 초음파 트랜스듀서에 수신되는 반사파를 검출하여 수신 전기 신호를 생성하는 수신 회로 모듈을 포함하고, 상기 송신 회로 모듈은 상기 제1 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지는 복수개의 역위상 펄스를 포함하는 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하고, 상기 복수개의 역위상 펄스는 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하도록 제어된다.

Description

초음파 트랜스듀서를 이용한 센서 및 센서의 떨림 시간 감소 방법 {SENSOR WITH ULTRASONIC TRANSDUCER AND METHOD OF REDUCING RINGING TIME FOR SENSOR}
본 발명은 초음파 트랜스듀서를 이용한 거리 센서 및 거리 센서의 떨림 시간(Ringing Time)을 감소하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 초음파 트랜스듀서의 구동 펄스 신호를 제어하여 떨림 시간을 감소하는 회로 및 방법에 관한 것이다.
초음파를 이용하여 거리를 측정하는 센서는 초음파를 송신한 후 오브젝트에 의하여 반사되어 수신되는 신호를 감지한다. 이때 송신되는 초음파 신호와 수신되는 초음파 신호의 시간 간격을 측정하여 음파 전달 속도를 고려한 거리 연산으로 초음파를 송신하는 지점과 오브젝트 간의 거리를 측정할 수 있다.
이때 초음파를 송신하는 장치는 특정 주파수의 전기 구동 신호에 의하여 압전 필름 트랜스듀서(Piezoelectric Film) 등을 진동시켜 초음파를 생성하는 경우가 많으며, 측정 시 노이즈에 의한 영향을 제거하고 측정의 정확도를 높이기 위하여 송신 신호 및 전기 구동 신호는 복수 개의 일련의 펄스 신호로 이루어진다.
도 1은 종래의 초음파 센서의 전기 구동 신호를 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면 미리 정해진(predetermined) 주파수를 가지는 전기 구동 신호가 지속되는 시간 구간인 구동 시간(110)은 초음파 센서의 송신 측의 최대 효율이 얻어지는 시점까지로 결정된다. 한편, 구동 시간(110) 사이의 정지 시간(120), 즉, 전기 구동 신호가 인가되지 않는 시간은 측정하고자 하는 오브젝트와의 거리를 고려하여 결정된다. 정지 시간(120)이 길면 더 먼 거리에 위치한 오브젝트까지의 거리를 측정할 수 있을 것이다. 센서의 검출 거리의 최대값을 결정하는 요인으로는 반사파를 증폭하는 증폭기의 증폭 비율도 들 수 있다.
초음파 센서에 이용되는 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)에서는 전기 구동 신호가 종료된 후에도 일정 시간 동안 압전 필름이 계속 진동하면서 여진(잔향, reverberation) 초음파 신호가 발생한다. 여진 신호와 오브젝트에 의하여 반사되는 반사 초음파 신호가 섞이면서 반사 초음파 신호가 수신되는 정확한 시간을 알 수가 없으므로, 짧은 거리에 위치한 오브젝트를 감지하기 위해서는 여진 초음파 신호를 저감하는 노력이 필요하다. 즉, 여진 초음파 신호가 지속되는 떨림 시간(Ringing Time)은 센서의 검출 거리의 최소값을 결정하므로, 초음파 센서의 성능 향상을 위하여 떨림 시간을 줄이기 위한 노력이 계속 되어 왔다.
초음파 센서의 떨림 시간을 줄이기 위한 선행기술로서 한국등록실용신안 제20-0120489호 "초음파를 이용한 거리 측정장치"를 들 수 있다. 상기 선행기술은 여진 발생시간에 여진 펄스의 반대 위상을 가지는 여진 제거 펄스를 인가하여 여진을 감소시키는 구성을 포함하고 있다. 여진 펄스도 송신 초음파 신호의 위상을 따르고 송신 초음파 신호는 전기 구동 신호의 위상을 따르므로, 여진 제거 펄스는 전기 구동 신호와 반대의 위상을 가지도록 설계된다.
초음파 센서의 떨림 시간을 줄이기 위한 또 다른 선행기술로서 미국공개특허 제2011/0026365호 "Ultrasonic Transducer and Signal Decay Time Adjusting Method Applied thereto"를 들 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 두번째 선행기술에서도 시간 t0까지 인가되는 전기 구동 신호 DS에 의한 초음파 송신 신호 OS와 그 후에 뒤따르는 압전 필름의 떨림에 의한 여진 초음파 신호 RS가 도시된다. 이때 오브젝트에 의한 반사파 ES는 신호가 미약한 반면, 여진 초음파 신호 RS는 상당한 시간 Zd 동안 반사파 ES의 기준 진폭 L보다 큰 진폭을 가지므로 시간 Zd 동안은 반사파 ES가 수신되더라도 정확한 거리를 측정할 수 없다. 즉, 전기 구동 신호 DS가 인가되는 구동 시간은 t0이지만 여진에 의하여 최소 거리 측정이 가능할 때까지 압전 필름은 시간 t1까지 안정화될 필요가 있다. 반사파 ES의 수신 시간 t2가 t1보다 큰 경우에만 정확한 거리 측정이 가능하므로 초음파 센서의 검출 거리는 시간 t1에 의하여 결정된다.
상기 두번째 선행기술은 도 4에 도시된 바와 같이 전기 구동 신호 DS1을 인가한 후, 일정 시간 t가 경과한 후에 다시 여진 저감을 위한 전기 구동 신호 DS2를 인가한다. 이때 첫번째 전기 구동 신호 DS1과 두번째 전기 구동 신호 DS2는 서로 반대의 위상을 가진다. 또한 두번째 전기 구동 신호 DS2의 진폭 전압 V2는 첫번째 전기 구동 신호 DS1의 진폭 전압 V1보다 작은 값을 가지도록 설계된다. 두번째 전기 구동 신호 DS2는 n개의 펄스로 이루어진다.
도 5에서는 선행기술의 여진 저감을 위한 전기 구동 신호 DS2가 인가되었을 때 여진 신호 RS의 진동 시간을 감소시켜 시간 t1' 이후에는 정확한 거리 측정이 가능한 일 예가 도시된다.
한국등록실용신안 제20-0120489호 "초음파를 이용한 거리 측정장치" (등록일 1998년 4월 4일) 미국공개특허 제2011/0026365호 "Ultrasonic Transducer and Signal Decay Time Adjusting Method Applied thereto" (공개일 2011년 2월 3일)
상기 미국공개특허에서는 정위상을 가지는 전기 구동 신호가 인가된 이후 일정 시간 경과 후에 역위상을 가지는 여진 감소용 전기 구동 신호를 인가한다. 이때 여진 감소용 전기 구동 신호는 오버슈트(overshoot)가 일어나지 않도록 정위상을 가지는 전기 구동 신호의 진폭보다 작은 값을 가지도록 설계된다. 이러한 선행기술에서는 정위상을 가지는 전기 구동 신호의 진폭을 설정하기 위한 기준 전압 V1과 역위상을 가지는 전기 구동 신호의 진폭을 설정하기 위한 기준 전압 V2가 필요하다. 이러한 두 개의 서로 다른 전압에 의한 전기 구동 신호를 생성하기 위해서는 회로 내에서 두 개의 전원 전압을 가져야 하므로 회로 내의 구성이 복잡해진다. 또한 역위상을 가지는 전기 구동 신호의 진폭을 설정하기 위한 기준 전압 V2를 변화시켜 최적화하기 위해서는 회로 내의 구성이 더욱 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 종래 기술에서 나타난 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 초음파 트랜스듀서를 이용하여 거리를 측정하는 센서의 중요한 특성 중 하나인 근거리 대상물체의 거리 측정(NFD, Near Field Detect)을 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 초음파 트랜스듀서를 이용하는 거리 측정 센서의 NFD 성능을 개선하기 위하여 여진(reverberation)에 의한 떨림 시간(Ringing Time)을 감소하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 초음파 트랜스듀서의 진동을 발생시키는 전기 구동 신호를 생성하는 회로의 복잡도를 높이지 않으면서도 떨림 시간을 감소하는 것을 목적으로 한다. 특히 면적의 증가에 영향을 크게 미치는 아날로그 회로의 복잡도를 줄이고 디지털 제어 가능한 신호를 이용하여 초음파 트랜스듀서의 떨림 시간을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 초음파 트랜스듀서의 진동을 발생시키는 전기 구동 신호를 조정함에 있어서 상세하게 제어하기 어려운 진폭과 같은 아날로그 특성 대신 상세하게 제어하기 쉬운 듀티 사이클과 같은 디지털 특성을 조정하여 떨림 시간을 효과적으로 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 도출된 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서는 초음파 트랜스듀서, 송신 회로 모듈, 및 수신 회로 모듈을 포함한다. 송신 회로 모듈은 초음파 트랜스듀서에 복수개의 펄스를 포함하는 제1 전기 구동 신호를 인가한다. 수신 회로 모듈은 초음파 트랜스듀서에 수신되는 반사파를 검출하여 수신 전기 신호를 생성한다.
송신 회로 모듈은 제1 전기 구동 신호를 인가한 후에 제1 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지는 복수개의 역위상 펄스를 포함하는 제2 전기 구동 신호를 초음파 트랜스듀서에 인가하고, 복수개의 역위상 펄스는 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 초음파 트랜스듀서에 인가하도록 제어된다.
복수개의 역위상 펄스는 펄스마다 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지도록 제어될 수 있다. 복수개의 역위상 펄스는 제1 듀티 사이클을 가지는 제1 역위상 펄스와, 제1 듀티 사이클보다 작은 제2 듀티 사이클을 가지며 제1 역위상 펄스에 뒤따르는 제2 역위상 펄스와, 제2 듀티 사이클보다 작은 제3 듀티 사이클을 가지며 제2 역위상 펄스에 뒤따르는 제3 역위상 펄스를 포함할 수 있다.
복수개의 역위상 펄스는 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지는 일련의 제1 역위상 펄스 그룹과, 듀티 사이클이 최소 듀티 사이클에 도달하면 상기 최소 듀티 사이클을 가지는 일련의 제2 역위상 펄스 그룹을 포함할 수 있다.
복수개의 역위상 펄스는 상기 제1 전기 구동 신호를 구성하는 복수개의 펄스와 동일한 진폭 및 주파수를 가질 수 있다.
상기 초음파 트랜스듀서, 상기 송신 회로 모듈 및 상기 수신 회로 모듈은 제1 채널 및 상기 제1 채널과 상보적인 위상을 가지는 제2 채널을 포함할 수 있다.
상기 송신 회로 모듈은 정위상을 가지는 복수개의 펄스를 포함하는 제1 정위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제1 채널에 인가하고, 역위상을 가지는 복수개의 펄스를 포함하는 제1 역위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제2 채널에 인가할 수 있다.
상기 송신 회로 모듈은 상기 제1 정위상 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 정위상 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지며 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 가지는 제2 역위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제1 채널에 인가하고, 상기 제1 역위상 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 역위상 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지며 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 가지는 제2 정위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제2 채널에 인가할 수 있다.
이때 상기 제1 채널에 인가되는 상기 제2 역위상 전기 구동 신호의 라이징 엣지와 상기 제2 채널에 인가되는 상기 제2 정위상 전기 구동 신호의 폴링 엣지가 동기화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서의 떨림 시간 감소 방법은 송신 회로 모듈에 의하여 복수개의 펄스를 포함하는 제1 전기 구동 신호를 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계; 상기 송신 회로 모듈에 의하여 상기 제1 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지는 복수개의 역위상 펄스를 포함하는 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계; 및 수신 회로 모듈에 의하여 상기 초음파 트랜스듀서에 수신되는 반사파를 검출하여 수신 전기 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 복수개의 역위상 펄스는 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하도록 제어된다.
이때 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계는 펄스마다 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지는 상기 복수개의 역위상 펄스를 순차적으로 상기 초음파 트랜스듀서에 인가할 수 있다.
제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계는 상기 복수개의 역위상 펄스의 듀티 사이클이 순차적으로 감소하여 최소 듀티 사이클에 도달하면 이후의 역위상 펄스는 상기 최소 듀티 사이클을 가지도록 제어하여 상기 초음파 트랜스듀서에 인가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초음파 트랜스듀서를 이용하여 거리를 측정하는 센서의 중요한 특성 중 하나인 근거리 대상물체의 거리 측정(NFD, Near Field Detect)을 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면 초음파 트랜스듀서를 이용하는 거리 측정 센서의 NFD 성능의 장애요인인 여진(reverberation)에 의한 떨림 시간(Ringing Time)을 감소시킬 수 있다.
종래 기술들처럼 역위상 펄스의 진폭(amplitude)를 조정하는 방식의 회로는 구현 시 설계 상의 복잡도 증가로 인하여 칩 크기(Chip Size)의 증대를 야기하고, 또한 진폭과 같은 아날로그 특성을 조정하는 방식은 detail하게 제어하기도 쉽지 않은 문제점이 있다.
본 발명에 따르면, 역위상 펄스의 듀티 사이클을 조정하는 것은 디지털 로직에 의하여 구현될 수 있고, 컨트롤러에 대한 소프트웨어적인 프로그램으로도 쉽게 구현할 수 있으므로 초음파 트랜스듀서의 떨림 시간을 감소시키는 효과적인 방법을 제공할 수 있다. 초음파 트랜스듀서의 떨림 시간을 감소시킴으로써 거리 측정이 가능한 최소 거리를 더욱 줄이고 초음파 트랜스듀서를 이용한 거리 측정 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 수신 측에서 수신한(피드백된) 음파 신호를 분석하여 떨림 시간을 더욱 줄일 수 있는 최적화된 듀티 사이클 조정도 가능하다. 종래의 아날로그 진폭을 조정하는 방식은 미세한 조정이 어려우므로 피드백 기법을 적용하더라도 최적화가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
또한 종래 기술의 떨림 시간 감소 방법에서는 구동 신호를 인가한 후 일정 시간의 대기 시간을 가진 후에 역위상 신호를 다시 인가하는데, 이때의 중간 대기 시간만큼 결국 전체적인 떨림 시간이 증가하는 문제점이 있었다. 이에 비하여 본 발명은 역위상 신호 자체가 순차적으로 인가하는 에너지를 감소시키는 방식으로 떨림 시간을 줄이므로, 중간 대기 시간이 필요 없이 일차 구동 신호 인가 후 위상의 조정을 위한 최소 지연 시간만을 대기한 후 곧바로 역위상 신호를 인가하여 떨림 시간을 더욱 효과적으로 단축할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용한 거리 측정기의 동작 원리를 설명하기 위하여 전기 구동 신호의 파형(waveform)을 도시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용한 거리 측정기의 동작 원리를 설명하기 위하여 전기 구동 신호에 의하여 야기된 초음파 진동 신호 및 그 여진 신호의 파형을 도시하고, 여진에 의한 떨림 시간을 도시하는 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용한 거리 측정기의 동작 원리를 설명하기 위하여 전기 구동 신호 및 초음파 진동 신호를 도시하고, 여진으로 인한 수신 신호의 간섭 가능성을 도시하는 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 떨림 시간 감소를 위한 전기 구동 신호의 파형의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 종래 기술인 도 4의 전기 구동 신호에 따른 떨림 시간 감소 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서를 도시하는 블록도이다.
도 7은 도 6의 회로에서 트랜스듀서에 인가되는 전기 구동 신호 및 트랜스듀서에 야기되는 초음파 진동 신호, 여진 신호 및 수신 신호의 파형의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7의 전기 구동 신호의 파형의 일부 구간의 일 예를 상세히 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 전기 구동 신호의 파형의 일부 구간의 일 예를 더욱 상세히 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서의 떨림 시간 감소 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 11은 도 10의 일 단계 S1020의 일 예를 더욱 상세히 도시하는 동작 흐름도이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 설명 중 언급되는 초음파 트랜스듀서는 주로 압전 필름(Piezoelectric Film)이 이용된다. 반복되는 펄스 또는 교류 파형의 전기 신호를 인가하여 압전 필름의 진동을 일으키는 압전 현상이 초음파 트랜스듀서의 초음파 신호 생성에 이용된다. 이때 펄스파 또는 교류 파형의 주파수는 압전 필름이 공명할 수 있는 고유 주파수로 설정되는 것이 바람직하다.
초음파 트랜스듀서가 고유 주파수의 음파 신호를 수신하는 경우 초음파 트랜스듀서가 수신된 음파 신호에 공명하여 진동한다. 이때의 진동을 전기 신호로 변환하여 검출하는 것이 역압전 현상이다.
본 발명에서는 압전 필름을 초음파 트랜스듀서로 이용하는 경우의 실시예가 도시되었으나 본 발명의 사상은 압전 필름에만 국한되는 것이 아니고 전기 신호를 물리적인 진동 신호로 변환할 수 있는 트랜스듀서에는 적용 가능하므로 적용 대상이 한정되는 것은 아니다.
거리 측정 센서는 특정 주파수의 초음파를 외부로 송신하여 대상 물체에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하고 송신 시간과 반사파의 수신 시간 사이의 시간차를 측정한 후 음파 전달 모델의 음파 전달 속도를 고려하여 대상 물체까지의 거리를 연산한다. 음파 전달 속도는 상온에서 340m/sec 수준으로 알려져 있으며, 온도에 따라 변화하는 값을 가진다. 대상 물체까지의 거리를 측정할 수 있는 측정 가능 범위는 최대값과 최소값으로 결정된다. 최대값은 되돌아오는 반사파를 증폭하는 증폭기의 증폭 비율 등에 의하여 결정되며, 송신하는 초음파 간의 시간 간격은 최대값을 보장할 수 있을 정도로 이격되어 있어야 한다. 초음파 트랜스듀서의 특성에 의하여 초음파 발생 구동 후 압전 필름의 떨림 시간(Ringing Time)이 경과한 후에 수신되는 반사파만을 유효하게 측정 가능하므로, 떨림 시간에 의하여 최소값이 결정되는 것으로 볼 수 있다. 떨림 시간 구간에 대상 물체로부터 반사되어 되돌아오는 반사파가 수신되더라도 반사파보다 큰 여진(reverberation)에 의하여 반사파를 유효하게 식별할 수 없기 때문이다.
측정 가능 거리의 최소값은 거리 측정 센서의 주요 성능 지표 중 하나이므로 이를 개선하기 위하여 초음파 송신 후의 떨림 시간을 줄이기 위한 노력이 계속되어 왔다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 및 센서의 떨림 시간 감소 방법을 첨부된 도 6 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서를 도시하는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서는 제어 회로(610), 송신 회로 모듈(620), 수신 회로 모듈(630), 및 초음파 트랜스듀서(640)를 포함한다.
제어 회로(610)은 초음파 트랜스듀서를 이용하여 거리를 측정하는 센서의 주된 제어 기능을 수행하는 블록으로, 전용 로직 회로 또는 마이크로프로세서 등이 이용될 수 있다. 제어 회로(610)는 송신 회로 모듈(620)에 의하여 구동하고 인가하기 위한 펄스의 주파수, 및 펄스의 개수를 결정할 수 있다. 또한 제어 회로(610)는 여진 감소를 위한 역위상(반대 위상)의 펄스의 개수, 역위상 펄스 각각의 듀티 사이클의 변화를 결정하여 펄스 생성 회로(621)에 전달할 수 있다. 필요에 따라서는 제어 회로(610)는 수신 회로 모듈(630)의 회로들도 제어할 수 있다. 또한 제어 회로(610)는 정위상의 송신 펄스의 송신 시간과 반사된 수신 펄스의 수신 시간에 대한 데이터를 수신하여 대상 물체까지의 거리를 계산할 수 있다.
도 6에서 제어 회로(610)에서 펄스 생성 회로(621) 및 데이터 처리 회로(631)로 전달되는 제어 명령을 점선 화살표로 표시하였다. 펄스 생성 회로(621)에는 구동 펄스 신호와 역위상 펄스 신호의 송신 여부 및 설정값이 제어 명령과 함께 전달될 수 있고, 데이터 처리 회로(631)에는 데이터의 샘플링 시간, 데이터의 노이즈 제거 기준 등이 제어 명령과 함께 전달될 수 있다.
펄스 생성 회로(621)는 초음파 트랜스듀서를 진동시키기 위한 전기 구동 신호인 펄스 신호를 생성한다. 이때 진동을 일으켜 초음파를 송신하기 위한 제1 전기 구동 신호와 떨림 시간을 감소시키기 위한 제2 전기 구동 신호가 순차적으로 인가된다. 제2 전기 구동 신호는 제1 전기 구동 신호에 의하여 발생하는 여진을 억제하기 위한 것이므로 제1 전기 구동 신호의 위상과 반대의 위상을 가진다.
제2 전기 구동 신호는 각 채널 별로 제1 전기 구동 신호와 반대 위상을 가지며, 본 발명의 센서는 도 6에 도시된 것처럼 두 개의 상보적인 위상을 가지는 채널 구성(N 채널과 P 채널)을 가질 수도 있고, 실시예에 따라서는 하나의 채널만을 가질 수도 있다.
펄스 생성 회로(621)가 생성하는 제1 전기 구동 펄스 신호의 주파수와 개수, 및 떨림 시간을 줄이기 위한 역위상인 제2 구동 펄스 신호의 펄스의 개수, 듀티 사이클은 제어 회로(610)의 영향을 받는다.
구동 회로(622)는 펄스 생성 회로(621)에서 출력되는 펄스 신호를 트랜스듀서(640)에 인가하여 트랜스듀서(640)를 구동하는 회로이다.
트랜스듀서(640)는 특유의 공진 주파수를 가지고 있고, 압전 필름을 통해 전기 구동 신호를 초음파 신호로 변환하여 발생시킨 후, 대상 물체에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하여 수신 전기 신호로 변환한다. 변환된 수신 전기 신호는 수신 회로 모듈(630)로 전달된다.
프로그램 가능한 게이트 어레이(PGA, Programmable Gate Array)(633)는 트랜스듀서(640)로부터 입력되는 미세한 크기의 반사파를 증폭시킨다. 이때 PGA는 하나의 실시예일 뿐, 신호 증폭을 위해서는 PGA뿐만 아니라 다양한 증폭 회로가 활용될 수 있다.
PGA(633)에 의하여 증폭된 아날로그 전기 신호를 아날로그 디지털 변환기(ADC)(632)에 의하여 디지털 값의 전기 신호로 변환한다.
데이터 처리 회로(633)는 ADC(632)에 의하여 변환된 디지털 값을 처리하여 반사파가 수신된 시간을 알아내기 위한 데이터를 생성하고, 생성된 데이터를 제어 회로(610)로 전달한다.
도 7은 도 6의 회로에서 트랜스듀서에 인가되는 전기 구동 신호 및 트랜스듀서에 야기되는 초음파 진동 신호, 여진 신호 및 수신 신호의 파형의 일 예를 도시하는 도면이다.
시간 구간 [0, t0]의 구동 시간(710) 동안 정위상의 제1 전기 구동 신호 DS가 트랜스듀서(640)에 인가된다. 이때 트랜스듀서(640)는 제1 전기 구동 신호 DS에 공명하여 초음파 신호 OS를 외부로 송신한다.
여진 감소 구동 시간(720) 동안 제1 전기 구동 신호 DS의 위상이 반전된 역위상을 가지는 제2 전기 구동 신호가 트랜스듀서(640)에 인가된다. 도 6을 참조하면 여진 감소 구동 시간(720) 동안에는 제1 전기 구동 신호 DS의 여진으로 인한 트랜스듀서(640)의 압전 필름의 떨림이 지속된다. 여진 감소 구동 시간(720) 동안에는 여진이 초음파 신호 OS와 거의 동일한 수준의 진폭을 가질 수 있는데, 이는 여진 감소 구동 시간(720) 동안 압전 필름이 초음파 신호 OS와 동일한 수준의 에너지를 방출한다는 의미이다.
떨림 시간(730) 동안에는 제1 전기 구동 신호 DS 및 제2 전기 구동 신호의 인가 없이 압전 필름의 여진에 의한 여진 신호 RS가 발생한다. 떨림 시간(730) 동안에는 여진이 점차 감소하여 수신 신호의 검출 기준 L까지 여진 신호 RS의 진폭이 감소하는 과정이 도시된다. 이때 검출 기준 L은 데이터 처리 회로(631)에서 유효한 수신 신호가 수신된 것으로 간주하기 위한 검출 기준치를 의미한다.
즉, 시간 t2 이후의 시간 구간에서 대상 물체에 반사되어 되돌아오는 반사파 수신 신호 ES가 비로소 검출 기준 L 이상의 진폭을 가지고 유의미한 수신 신호로서 검출되는데, 검출 기준 L보다 여진 신호 RS가 큰 떨림 시간(730)까지는 수신 신호 ES가 수신되더라도 여진 신호 RS에 의하여 식별되지 않는다. 대상 물체가 너무 가까운 거리에 위치하여 수신 신호 ES가 여진 시간(730) 내에 수신되어 여진 신호 RS와 오버랩되는 경우에는 대상 물체에 대한 거리를 정확히 파악할 수 없다.
따라서 떨림 시간(730)을 단축하고, 특히 구동 시간(710), 여진 감소 구동 시간(720), 및 떨림 시간(730)을 모두 포함한 시간 구간 [0, t1']의 길이를 단축하는 것이 본 발명에서 추구하는 기술적 과제이다. 즉, 제어 회로(610)는 단순히 떨림 시간(730)만을 단축하는 것이 아니라 여진 감소 구동 시간(720)과 떨림 시간(730)이 합산된 시간 구간 [t0, t1']을 단축하기 위하여 듀티 사이클이 순차적으로 감소하는 역위상 제2 전기 구동 신호를 계획할 수 있다.
도 8은 도 7의 전기 구동 신호의 파형의 일부 구간의 일 예를 상세히 도시하는 도면이다. 도 8을 참조하면 구동 시간(710)의 제1 전기 구동 신호와 여진 감소 구동 시간(720)의 제2 전기 구동 신호의 파형이 도시된다.
제1 전기 구동 신호는 트랜스듀서(640)의 공진 주파수에 해당되는 Freq.drv 주파수를 가진 8개의 pulse로 이루어진다. 8개의 pulse stream은 각 채널 별로 트랜스듀서(640)에 인가된다. 즉, 구동 시간(710) 동안 N채널의 pulse stream을 정위상이라고 하면, 구동 시간(710) 동안 P채널의 pulse stream은 역위상을 가진다. 한편 공진 주파수의 효과를 극대화하기 위하여 제1 전기 구동 신호의 pulse stream은 50 대 50의 Duty Cycle을 가질 수 있다.
구동 시간(710) 동안의 제1 전기 구동 신호의 pulse stream을 구성하는 pulse의 개수는 제어 회로(610)에 의하여 결정될 수 있다.
여진 감소 구동 시간(720) 동안의 제2 전기 구동 신호의 pulse stream은 각 pulse 별로 Duty Cycle을 조정하여 트랜스듀서(640)에 인가된다. 이때 제2 전기 구동 신호의 pulse stream은 제1 전기 구동 신호의 pulse stream과 동일한 진폭을 가지며, 동일한 주파수 Freq.drv를 가진다.
제2 전기 구동 신호의 pulse stream은 각 pulse마다 이전 pulse보다 작은 Duty Cycle을 가질 수 있다. 이는 제2 전기 구동 신호의 pulse stream의 각 pulse마다 이전 pulse보다 작은 역위상 에너지를 트랜스듀서(640)에 인가함을 의미한다. 역위상 에너지가 너무 크게 인가되면, 여진(reverberation)은 도리어 반대 위상으로 overshoot될 수도 있으므로 여진 감소 시간 구간(720) 동안 트랜스듀서(640)에 인가되는 역위상 에너지는 적절히 조절되어야 한다. 구동 시간(710) 동안 제1 전기 구동 신호의 인가가 종료되면, 이후에는 압전 필름에 축적된 탄성 에너지에 의하여 여진 신호가 발생하는 것이므로 여진 신호는 시간이 경과함에 따라 탄성 에너지를 잃고 점차 작아지는 점을 고려하여 본 발명에서는 여진 감소 시간 구간(720) 동안 역위상 에너지를 순차적으로 줄여 가면서 역위상 pulse의 형태로 트랜스듀서(640)에 인가한다.
도 8에서 여진 감소 시간 구간(720)의 각 채널의 첫번째 역위상 pulse를 참조하면, 이전 구동 시간(710)의 각 채널의 제1 전기 구동 신호의 pulse stream과 반대의 위상을 가진다. 즉, N 채널에 대한 제2 전기 구동 신호는 역위상 pulse이고, P 채널에 대한 제2 전기 구동 신호는 역위상 pulse에 대한 반대 위상이므로 정위상 pulse로 구성된다.
N 채널과 P 채널 모두 첫번째 제2 전기 구동 신호 pulse는 50 대 50의 Duty Cycle을 가지고, 이후의 pulse들은 순차적으로 앞선 pulse보다 작은 Duty Cycle을 가진다.
여진 감소 시간 구간(720) 동안 역위상 pulse들은 앞선 구동 시간(710) 동안의 제1 전기 구동 신호들과 동일한 주파수와 진폭을 가진다. 조정되는 것은 Duty Cycle로서 이는 디지털 제어 가능한 회로 구성(circuit configuration)에 의하여 조정될 수 있으므로, 진폭 및 주파수와 같은 아날로그 특성에 비하여 효율적으로 조정할 수 있다. 따라서 회로의 복잡도를 줄이고 회로 면적을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 제어 회로(610)에서 수신되는 반사파 회로를 분석하여 Duty Cycle의 조정 비율을 최적화하는 경우에도 간단한 회로만으로 비교적 쉽게 떨림 시간 감소 효과를 달성할 수 있다.
종래 기술의 떨림 시간 감소 방법에서는 구동 신호를 인가한 후 일정 시간의 대기 시간을 가진 후에 역위상 신호를 다시 인가하는데, 이때의 중간 대기 시간만큼 결국 전체적인 떨림 시간이 증가하는 문제점이 있었다. 이에 비하여 본 발명은 역위상 신호 자체가 순차적으로 인가하는 에너지를 감소시키는 방식으로 떨림 시간을 줄이므로, 중간 대기 시간이 필요 없이 구동 시간(710) 후 곧바로 여진 감소 구동 시간(720)에 돌입할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 이때의 지연 시간은 위상의 조정을 위한 최소의 지연 시간 뿐이므로 반 주기를 넘지 않으며 이로 인하여 떨림 시간을 더욱 효과적으로 단축할 수 있다.
도 9는 도 8의 전기 구동 신호의 파형의 일부 구간의 일 예를 더욱 상세히 도시하는 도면이다.
N 채널에 대한 제2 전기 구동 신호의 제1 역위상 pulse는 50 대 50의 Duty Cycle을 가지며, 구동 시간(710) 동안의 Freq.drv 와 동일 주파수의 역상 pulse 를 transducer(640)로 보내 압전 필름(Piezoelectric Film) 의 떨림을 상쇄시킨다. 특히 제1 역위상 pulse는 high 구간과 low 구간의 Duty Cycle을 50 대 50으로 하여 Ringing을 상쇄시키는 폭을 크게 하고, 이후의 역위상 pulse들은 high 구간의 Duty Cycle을 순차적으로 작게 조정하여 자연스러운 Ringing 의 소멸과 궤를 같이 할 수 있도록 제어된다.
도 9에 따르면, 제1 역위상 pulse의 Duty 가 50%이고 제2 역위상 pulse의 Duty가 37.5%이며, 제3 역위상 pulse의 Duty는 25%, 제4 역위상 pulse의 Duty는 12.5%이다. 이러한 Duty Cycle의 조정에 의하여 공진 주파수 외에 이차적인 주파수 하모닉스 성분을 생성하여 떨림 시간을 더욱 단축할 수 있다.
이때 제4 역위상 pulse의 Duty는 12.5%이고 제5 역위상 pulse의 Duty도 12.5%이다. 즉, 간단한 회로 구성을 추구하는 본 발명의 목적에 부합하게 역위상 pulse의 Duty Cycle은 최소값을 설정해 두고, pulse마다 순차적인 Duty의 감소로 인하여 최소값에 도달하면 이후의 pulse들은 최소 Duty를 유지하도록 제어될 수도 있다.
또한 역위상 pulse의 개수도 제어 회로(610)에 의하여 결정되고 제어될 수 있다. 도 8과 도 9에서는 역위상 pulse의 개수가 채널 별로 5개로 정해진 경우가 도시되었으나, 이는 본 발명의 일 실시예일 뿐, 본 발명의 사상은 이러한 실시예에 의하여 국한되지 않는다.
또한 역위상 pulse의 Duty Cycle 감소 양상이 순차적으로 산술적 감소하는 실시예가 도 8과 도 9를 통하여 도시되었으나, 이 역시 본 발명의 일 실시예일 뿐, 순차적으로 일정한 비율에 의하여 감소하는 실시예도 가능할 것이다.
도 9를 참조하면 N 채널에 대한 제2 전기 구동 신호의 역위상 pulse와 P 채널에 대한 제2 전기 구동 신호의 정위상 pulse(P 채널에 대한 제1 전기 구동 신호와는 반대 위상 관계임) 간에는 시간 축에 대해서도 서로 대칭을 이루며 트랜스듀서(640)에 인가된다. 즉, N 채널에 대한 역위상 pulse의 rising edge와 P 채널에 대한 정위상 pulse의 falling edge가 동기화되며, Freq.drv에 의하여 정의되는 한 cycle가 N 채널에 대한 역위상 pulse의 rising edge에 의하여 시작되고, 그에 상응하는 Duty Cycle을 가지는 P 채널에 대한 정위상 pulse의 falling edge에 의하여 해당 cycle이 종료된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서의 떨림 시간 감소 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 10에서는 하나의 채널에 대한 제1 전기 구동 신호와 제2 전기 구동 신호 간의 위상 관계를 도시하였으며, 두 개의 상보적인 채널에 적용하기 위해서는 도 8 및 도 9의 파형을 참고하여 각 전기 구동 신호의 펄스의 위상을 상세하게 규정할 수 있을 것이다.
도 10을 참조하면, 송신 회로 모듈(620)에 의하여 정위상을 가지는 복수개의 펄스를 가지는 제1 전기 구동 신호를 초음파 트랜스듀서(640)에 인가한다(S1010).
송신 회로 모듈(620)에 의하여 제1 전기 구동 신호를 인가한 후에, 송신 회로 모듈(620)은 제1 전기 구동 신호와 역위상을 가지며 펄스마다 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지는 복수 개의 역위상 펄스를 포함하는 제2 전기 구동 신호를 초음파 트랜스듀서(640)에 인가한다(S1020).
수신 회로 모듈(630)은 떨림 시간(Ringing Time) 동안 트랜스듀서(640)를 통한 여진 신호(reverberation signal)를 수신한다(S1030).
수신 회로 모듈(630)은 물체에 반사되는 반사 신호를 트랜스듀서(640)를 통하여 수신한다(S1040).
제어 회로(610)는 반사 신호의 수신 시간과 음파 전달 속도에 기반하여 물체와의 거리를 측정한다(S1050).
도 11은 도 10의 일 단계 S1020의 일 예를 더욱 상세히 도시하는 동작 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 송신 회로 모듈(620)은 역위상 펄스 신호를 트랜스듀서(640)에 인가한다(S1021).
제어 회로(610)는 인가된 역위상 펄스 신호의 누적된 개수가 임계값 N보다 작은 지 여부를 판정한다(S1022).
인가된 역위상 펄스 신호의 누적된 개수가 임계값 N보다 크거나 같으면 제어 회로(610)는 단계 S1020를 종료하고 단계 S1030을 실행하도록 송신 회로 모듈(620) 및 수신 회로 모듈(630)을 제어한다.
인가된 역위상 펄스 신호의 누적된 개수가 임계값 N보다 작으면 제어 회로(610)는 인가된 역위상 펄스 신호의 다음 듀티 사이클(감소될 듀티 사이클)이 최소 듀티 사이클보다 큰 지 여부를 판정한다(S1023).
인가된 역위상 펄스 신호의 다음 듀티 사이클(감소될 듀티 사이클)이 최소 듀티 사이클보다 크면, 제어 회로(610)는 듀티 사이클이 감소된 다음 역위상 펄스 신호를 초음파 트랜스듀서(640)에 인가하도록 송신 회로 모듈(620)을 제어한다(S1024).
인가된 역위상 펄스 신호의 다음 듀티 사이클(감소될 듀티 사이클)이 최소 듀티 사이클보다 작거나 같으면, 제어 회로(610)는 최소 듀티 사이클을 가지는 다음 역위상 펄스 신호를 트랜스듀서(640)에 인가하도록 송신 회로 모듈(620)을 제어한다(S1025).
단계 S1024 또는 단계 S1025가 실행된 이후 제어 회로(610)는 단계 S1022를 다시 실행한다.
도 11에서는 최소 듀티 사이클을 기준으로 역위상 펄스 신호의 듀티 사이클을 제어하는 실시예가 도시되었으나, 이는 본 발명의 하나의 실시예일 뿐, 제1 임계값 N1까지는 펄스의 듀티 사이클을 순차적으로 감소시키고, N1 이후의 펄스는 듀티 사이클을 일정한 값으로 유지하며 총 누적 펄스의 개수를 N2개로 제어하는 실시예도 가능할 것이다.
이처럼 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지는 일련의 역위상 펄스 신호를 트랜스듀서(640)에 인가함으로써 본 발명의 센서는 떨림 시간(Ringing Time)을 효과적으로 감소시킬 뿐만 아니라, 시간의 경과에 따른 여진의 세기가 약해짐에 맞추어 역위상 펄스 신호에 의하여 인가되는 역위상의 에너지를 순차적으로 약화하여 반대 방향의 overshoot 없이 떨림 시간을 빠르게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회로의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 실시예와 도면에 소개된 길이, 높이, 크기, 폭 등은 이해를 돕기 위해 과장된 것일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
610: 제어 회로
620: 송신 회로 모듈
630: 수신 회로 모듈
621: 펄스 생성 회로 622: 구동 회로
631: 데이터 처리 회로 632: ADC
633: 프로그램 가능한 게이트 어레이(PGA)
640: 초음파 트랜스듀서

Claims (11)

  1. 초음파 트랜스듀서;
    상기 초음파 트랜스듀서에 복수개의 펄스를 포함하는 제1 전기 구동 신호를 인가하는 송신 회로 모듈; 및
    상기 초음파 트랜스듀서에 수신되는 반사파를 검출하여 수신 전기 신호를 생성하는 수신 회로 모듈;
    을 포함하고,
    상기 송신 회로 모듈은 상기 제1 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지는 복수개의 역위상 펄스를 포함하는 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하고,
    상기 복수개의 역위상 펄스는 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하도록 제어되는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 역위상 펄스는 펄스마다 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지도록 제어되는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 역위상 펄스는 제1 듀티 사이클을 가지는 제1 역위상 펄스와, 상기 제1 듀티 사이클보다 작은 제2 듀티 사이클을 가지며 상기 제1 역위상 펄스에 뒤따르는 제2 역위상 펄스와, 상기 제2 듀티 사이클보다 작은 제3 듀티 사이클을 가지며 상기 제2 역위상 펄스에 뒤따르는 제3 역위상 펄스를 포함하는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 역위상 펄스는 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지는 일련의 제1 역위상 펄스 그룹과, 듀티 사이클이 최소 듀티 사이클에 도달하면 상기 최소 듀티 사이클을 가지는 일련의 제2 역위상 펄스 그룹을 포함하는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 역위상 펄스는 상기 제1 전기 구동 신호를 구성하는 복수개의 펄스와 동일한 진폭 및 주파수를 가지는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서, 상기 송신 회로 모듈 및 상기 수신 회로 모듈은 제1 채널 및 상기 제1 채널과 상보적인 위상을 가지는 제2 채널을 포함하고,
    상기 송신 회로 모듈은 정위상을 가지는 복수개의 펄스를 포함하는 제1 정위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제1 채널에 인가하고, 역위상을 가지는 복수개의 펄스를 포함하는 제1 역위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제2 채널에 인가하고,
    상기 송신 회로 모듈은 상기 제1 정위상 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 정위상 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지며 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 가지는 제2 역위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제1 채널에 인가하고, 상기 제1 역위상 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 역위상 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지며 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 가지는 제2 정위상 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서의 제2 채널에 인가하는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 채널에 인가되는 상기 제2 역위상 전기 구동 신호의 라이징 엣지와 상기 제2 채널에 인가되는 상기 제2 정위상 전기 구동 신호의 폴링 엣지가 동기화되는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서.
  8. 송신 회로 모듈에 의하여 복수개의 펄스를 포함하는 제1 전기 구동 신호를 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계;
    상기 송신 회로 모듈에 의하여 상기 제1 전기 구동 신호를 인가한 후에 상기 제1 전기 구동 신호와 역위상 관계를 가지는 복수개의 역위상 펄스를 포함하는 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계; 및
    수신 회로 모듈에 의하여 상기 초음파 트랜스듀서에 수신되는 반사파를 검출하여 수신 전기 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하고, 상기 복수개의 역위상 펄스는 펄스마다 순차적으로 감소하는 에너지를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하도록 제어되는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서의 떨림 시간 감소 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계는
    펄스마다 순차적으로 감소하는 듀티 사이클을 가지는 상기 복수개의 역위상 펄스를 순차적으로 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서의 떨림 시간 감소 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계는
    상기 복수개의 역위상 펄스의 듀티 사이클이 순차적으로 감소하여 최소 듀티 사이클에 도달하면 이후의 역위상 펄스는 상기 최소 듀티 사이클을 가지도록 제어하여 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서의 떨림 시간 감소 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전기 구동 신호를 상기 초음파 트랜스듀서에 인가하는 단계는
    상기 제1 전기 구동 신호를 구성하는 복수개의 펄스와 동일한 진폭 및 주파수를 가지는 상기 복수개의 역위상 펄스를 인가하는 초음파 트랜스듀서를 이용하는 센서의 떨림 시간 감소 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110470254A (zh) * 2019-09-26 2019-11-19 西安热工研究院有限公司 一种管道蠕变测量系统及方法
EP3731411A4 (en) * 2019-01-18 2021-01-13 Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. SIGNAL GENERATION CIRCUIT, ASSOCIATED CHIP, FLOW METER AND PROCEDURE

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113157011B (zh) * 2021-02-23 2022-01-14 潍坊歌尔微电子有限公司 超声波控制方法、装置、设备及介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0120489Y1 (ko) 1995-07-26 1998-08-17 김주용 초음파를 이용한 거리 측정장치
JP2007085867A (ja) * 2005-09-21 2007-04-05 Osaka Prefecture 超音波送信器の駆動方法並びに駆動装置
KR20070066136A (ko) * 2005-12-21 2007-06-27 재단법인 포항산업과학연구원 초음파를 이용한 거리 측정 방법 및 장치
US20110026365A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 Lite-On It Corp. Ultrasonic transducer and signal decay time adjusting method applied thereto
JP5862773B2 (ja) * 2012-06-29 2016-02-16 株式会社村田製作所 超音波送信器、及び、超音波センサ装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60203874A (ja) * 1984-03-29 1985-10-15 Oval Eng Co Ltd 超音波振動子の駆動回路
CN104272135B (zh) * 2012-05-07 2016-08-24 株式会社村田制作所 超声波传感器驱动电路
CN102749109B (zh) * 2012-07-11 2014-01-29 浙江大学 基于余震能量控制减小超声波换能器工作盲区的方法
KR101964600B1 (ko) * 2012-11-07 2019-04-02 현대모비스 주식회사 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0120489Y1 (ko) 1995-07-26 1998-08-17 김주용 초음파를 이용한 거리 측정장치
JP2007085867A (ja) * 2005-09-21 2007-04-05 Osaka Prefecture 超音波送信器の駆動方法並びに駆動装置
KR20070066136A (ko) * 2005-12-21 2007-06-27 재단법인 포항산업과학연구원 초음파를 이용한 거리 측정 방법 및 장치
US20110026365A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 Lite-On It Corp. Ultrasonic transducer and signal decay time adjusting method applied thereto
JP5862773B2 (ja) * 2012-06-29 2016-02-16 株式会社村田製作所 超音波送信器、及び、超音波センサ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
미국공개특허 제2011/0026365호 "Ultrasonic Transducer and Signal Decay Time Adjusting Method Applied thereto" (공개일 2011년 2월 3일)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3731411A4 (en) * 2019-01-18 2021-01-13 Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. SIGNAL GENERATION CIRCUIT, ASSOCIATED CHIP, FLOW METER AND PROCEDURE
US11316547B2 (en) 2019-01-18 2022-04-26 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Signal generation circuit and related chip, flow meter and method
CN110470254A (zh) * 2019-09-26 2019-11-19 西安热工研究院有限公司 一种管道蠕变测量系统及方法

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