KR20200067764A - 비과-시간 측정을 결정하고 감소된 데드 존을 갖는 거리-검출 시스템 - Google Patents

비과-시간 측정을 결정하고 감소된 데드 존을 갖는 거리-검출 시스템 Download PDF

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Abstract

거리-검출 시스템(150)은 적어도 하나의 초음파 요소(105)를 갖는 초음파 변환기(106) 및 초음파 변환기(106)로부터 검출 신호(172)를 수신하도록 구성된 수신기(170)를 포함한다. 검출 신호(172)는 초음파 변환기(106)의 잔향을 나타내는 잔향 성분 및 계면으로부터 반사된 음파를 나타내는 반사 성분을 포함한다. 수신기는 검출 신호의 잔향 성분에 대해 반전된 구동-상쇄 신호(174)를 수신하도록 구성된다. 수신기(170)는 검출 신호(172)의 잔향 성분이 구동-상쇄 신호(174)에 의해 감소되는 검출 신호(172)에 기초하여 비과-시간(time-of-flight) 측정을 결정하도록 구성된다.

Description

비과-시간 측정을 결정하고 감소된 데드 존을 갖는 거리-검출 시스템 {DISTANCE-DETECTION SYSTEM FOR DETERMINING A TIME-OF-FLIGHT MEASUREMENT AND HAVING A REDUCED DEAD ZONE}
본 주제는 일반적으로 계면과 변환기 사이의 거리를 결정하기 위해 변환기를 사용하는 거리-검출 시스템에 관한 것이다.
점점 더 많은 기계가 물체와 검출 가능한 경계 사이의 거리를 검출하는 센서로 설계되고 있다. 예를 들어, 차량은 근접 센서를 사용하여 차량 경로 내에 장애물이 있는지 여부를 결정하고 장애물이 식별되면 운전자에게 경고한다. 이러한 근접 센서는 또한 충돌-회피와 같이 차량을 자동적으로 제어하는 데 사용될 수 있다. 근접 센서의 일 유형은 초음파 변환기를 포함한다. 초음파 변환기는 지정된 구동 신호에 응답하여 음파를 생성한다. 음파는 간헐적인 펄스 또는 연속 송신일 수 있다. 음파는 임피던스 부정합이 존재하는 경계에서 반사된다. 예를 들어, 음파는 기체-액체 계면, 기체-고체 계면 또는 기체-액체 계면에 의해 반사될 수 있다. 반사된 음파는 초음파 변환기에 의해 검출된다. 음파가 초음파 변환기로부터 그리고 다시 이동하는 구간을 "비과-시간(time-of-flight)"(TOF)이라 칭할 수 있다. TOF 값은 음파에 의해 이동한 거리와 초음파 변환기와 경계 사이의 거리를 계산하는 데 사용된다.
초음파 변환기는 음파(본원에서 "펄스파"로 지칭됨)를 송신하고 반사된 음파(본원에서 "반사파" 또는 "에코(echo)"로 지칭됨)를 검출하기 위해 하나 이상의 초음파 요소(예를 들어, 압전 요소)를 사용할 수 있다. 일부 초음파 변환기에서, 동일한 초음파 요소가 펄스파를 송신하고 반사파를 검출(또는 수신)하기 위해 상이한 모드에서 동작할 수 있다. 상술한 초음파 변환기가 특정 거리 범위를 정확하게 추정할 수 있지만, 더 짧은 거리를 감지하는 것은 어려울 수 있다. 예를 들어, 초음파 요소로부터 15 밀리미터 미만의 계면에 의해 펄스파가 반사될 때 거리를 계산하는 것이 어려울 수 있다.
더욱 구체적으로, 초음파 요소가 구동 신호에 응답하고 구동 신호가 중단된 후에도 거리를 계산하는 것이 어려울 수 있다. 구동 신호는 변환기를 여기하는 전기 신호이다. 구동 신호에 응답하는 동안 초음파 요소에 의해 발생된 진동은 음파를 생성한다. 구동 신호가 중단된 후에도 초음파 요소는 계속 진동하고, 이에 의해 센서에 의해 검출되는 음파를 발생시킨다. 이 현상을 "링잉(ringing)" 또는 "링-다운(ring-down)"이라고 칭한다. 이와 같이, 반사파가 초음파 변환기에 도달하기 전에 초음파 요소 자체로부터의 진동이 검출될 수 있다. 진동으로 인한 신호는 반사파가 수신되었는지 여부를 결정하는 것을 어렵게 만든다.
이 문제를 해결하기 위해, 초음파 변환기는 통상적으로 거리를 계산하기 위해 임의의 검출 가능한 음파에 의존하지 않는 시간 윈도우("데드 존(dead zone)"으로 지칭됨)를 갖는다. 예를 들어, 초음파 변환기는 구동 신호가 중단된 후 5.0 밀리초에서 검출된 음파만을 고려할 수 있다. 이 윈도우를 감소시키는 것은 광범위한 변환기/회로 설계 변경과 상당한 추가 비용을 필요로 할 수 있다. 링-다운 기간이 감소될 수 있더라도, 검출 가능한 음파가 고려되지 않은 구동 신호 동안 여전히 시간이 있다. 이와 같이, 초음파 요소로부터 특정 단거리에서의 경계는 검출되지 않을 수 있다.
해결해야 할 문제는 초음파 요소가 구동 신호에 응답하거나 초음파 요소의 링-다운 동안 반사된 음파를 검출할 수 있는 거리-검출 시스템을 제공하는 것이다.
문제는 구동 신호를 제공하도록 구성된 신호-생성기 및 적어도 하나의 초음파 요소를 갖는 초음파 변환기를 포함하는 거리-검출 시스템에 의해 해결된다. 초음파 변환기는 구동 신호에 응답하여 음파들의 펄스를 송신하도록 구성된다. 펄스는 계면을 향해 지향된다. 초음파 변환기는 반사된 음파들을 검출하도록 구성된다. 거리-검출 시스템은 또한 초음파 변환기로부터 검출 신호를 수신하도록 구성된 수신기를 포함한다. 검출 신호는 초음파 변환기의 잔향을 나타내는 잔향 성분 및 계면으로부터 반사된 음파들을 나타내는 반사 성분을 포함한다. 수신기는 검출 신호의 잔향 성분에 대해 반전된 구동-상쇄 신호를 수신하도록 구성되고, 수신기는 검출 신호의 잔향 성분이 구동-상쇄 신호에 의해 감소되는 검출 신호에 기초하여 비과-시간(time-of-flight) 측정을 결정하도록 구성된다.
본 발명은 이하 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템을 나타낸다.
도 2는 도 1의 거리-검출 시스템과 유사하거나 동일할 수 있는 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템의 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 형성된 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 반전 구동 신호에서 동작하는 제1 초음파 요소 및 제2 초음파 요소를 갖는 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템의 개략도이다.
도 5는 구동 성분 및 잔향 성분을 포함하는 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 구동 성분 및 잔향 성분을 억제한 후의 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 7은 액면이 9 밀리미터(mm)일 때 억제된 구동 성분 및 반사 성분을 갖는 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 8은 액면이 2.5 mm일 때 억제된 구동 성분 및 반사 성분을 갖는 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 9는 비반전 구동 신호, 반전 구동 신호에 의해 감소된 비반전 구동 신호 및 2.4-3.6 MHz 주파수 범위 내의 반사 성분에 대한 피크-대-피크 전압을 나타내는 그래프이다.
도 10은 반전 구동 신호에서 동작하는 초음파 요소 및 더미(dummy) 초음파 요소를 갖는 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템의 개략도이다.
도 11은 반전 구동 신호에서 변위되고 동작하는 제1 초음파 요소 및 제2 초음파 요소를 갖는 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템의 개략도이다.
도 12는 반대 극성을 갖고 반전 구동 신호에서 동작하는 제1 초음파 요소 및 제2 초음파 요소를 갖는 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템의 개략도이다.
도 13은 반전 구동 신호를 제공하는 초음파 요소 및 등가 공진 회로를 갖는 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템의 개략도이다.
도 14a는 도 13의 거리-검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 등가 공진 회로의 회로도이다.
도 14b는 또한 도 13의 거리-검출 시스템과 함께 사용될 수 있는 등가 공진 회로의 회로도이다.
도 15는 하나 이상의 실시예에 의해 사용될 수 있는 압전 초음파 요소의 개략적인 단면도이다.
도 16은 하나 이상의 실시예에 의해 사용될 수 있는 용량성 마이크로머시닝된 초음파 변환기(capacitive micromachined ultrasonic transducer: CMUT) 요소의 개략적인 단면도이다.
도 17은 하나 이상의 실시예에 의해 사용될 수 있는 압전 마이크로머시닝된 초음파 변환기(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer: PMUT) 요소의 개략적인 단면도이다.
본원에 제시된 실시예는 거리-검출 시스템, 초음파 센서 및 이를 동작시키기 위한 방법을 포함한다. 초음파 센서는 액체-공기 계면 또는 공기-고체 계면과 같은 계면을 향해 음파를 지향시키는 변환기를 포함한다. 음파는 변환기를 향해 다시 반사된다. 변환기는 반사된 음파를 검출하고 전기 신호를 프로세싱하기 위해 전기 신호를 전자 회로에 전달한다. 전자 회로는 전기 신호를 사용하여 비과-시간(TOF) 측정과 같은 유용한 정보를 결정한다. TOF 측정은 음파의 펄스가 송신될 때와 반사된 음파가 검출될 때 사이의 시간 간격을 나타낸다. TOF 측정은 초음파 변환기와 계면 사이의 거리와 같은 지정된 파라미터를 결정하는 데 사용될 수 있다. 본원에 제시되는 실시예는 하나의 물체와 다른 물체(예를 들어, 차량 및 장애물) 사이의 거리를 결정하는 데 사용될 수 있거나, (예를 들어, 탱크 내에서) 유체면을 모니터링하고 및/또는 액체의 유형 또는 품질을 식별하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템(100)을 나타낸다. 거리-검출 시스템(100)은 제어 모듈(102), 초음파 센서(104), 및 초음파 센서(104)와 제어 모듈(102)을 통신 가능하게 커플링하는 통신 케이블(110)을 포함한다. 이와 같이, 센서(104) 및 모듈(102)은 나타낸 실시예에서 서로 와이어링된다. 그러나, 다른 실시예에서, 센서(104)와 모듈(102)은 무선 표준(예를 들어, 블루투스(Bluetooth))를 통해 통신 가능하게 커플링될 수 있다.
센서(104)는 적어도 하나의 초음파 요소(105)를 갖는 초음파 변환기(106)를 포함한다. 일부 실시예에서, 초음파 요소는 별개의 결정체이다. 복수의 초음파 요소를 갖는 실시예는 지정된 어레이 변환기를 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 초음파 요소는 직사각형 형상일 수 있고 지정된 어레이(예를 들어, 선형 또는 1차원 어레이)를 형성하도록 위치될 수 있다. 초음파 요소는 정사각형 형상일 수 있고 지정된 어레이(예를 들어, 2차원 어레이)를 형성하도록 위치될 수 있다. 초음파 요소는 환형 어레이를 형성하기 위해 동심으로 위치된 링 형상일 수 있다. 선택적으로, 실시예는 동시에 송신 및 수신할 수 있다. 예를 들어, 어레이의 하나 이상의 초음파 요소는 송신기로서 동작할 수 있는 한편, 어레이의 하나 이상의 초음파 요소는 수신기로서 동작한다.
대안적으로 또는 상술한 바에 추가하여, 단결정체가 이산 섹션을 포함하도록 제조될 수 있다(예를 들어, 다이싱 및 충진, 마이크로머시닝). 이들 이산 섹션은 이산 초음파 요소로서 기능할 수 있다. 이와 같이, 어레이 변환기를 제공하기 위해 단결정체가 제조될 수 있다. 예는 1차원 어레이, 2차원 어레이 및 환형 어레이를 포함할 수 있다. 선택적으로, 실시예는 동시에 송신 및 수신할 수 있다. 예를 들어, 어레이의 하나 이상의 초음파 요소는 송신기로서 동작할 수 있는 한편, 어레이의 하나 이상의 초음파 요소는 수신기로서 동작한다.
제어 모듈(102)은 센서(104)에 구동 신호를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 모듈(102)은 초음파 변환기(106)에 전달되는 전기 구동 신호를 생성하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 구동 신호는 초음파 요소(105)로 하여금 음파의 펄스를 발진시키고 생성하게 한다. 구동 신호는 다양한 형태 및 주파수 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 구동 신호는 사인파 또는 정방형 펄스(예를 들어, 단극(unipolar), 멀티-레벨 단극, 양극(bipolar))를 포함할 수 있다. 이러한 구동 신호는 본원에 설명된 바와 같이 구동-상쇄 신호를 생성하기 위해 반전될 수 있다.
음파는 계면(예를 들어, 액체와 기체 사이의 경계)에 의해 반사되고, 음파의 일부는 초음파 요소(105)를 향해 다시 반사된다. 반사된 음파는 초음파 요소(105)로 하여금 발진하게 하고, 이에 의해 제어 모듈(102)로 전달되는 전기 신호를 생성한다. 구동 신호가 인가됨에 따라, 초음파 요소(105)의 발진은 전기 신호에 기여하고 제어 모듈(102)에 전달된다. 구동 신호가 중단된 후, 초음파 요소(105)는 계속하여 발진하고, 이러한 발진은 또한 제어 모듈(102)에 전달되는 전기 신호에 기여한다.
따라서, 제어 모듈(102)에 의해 수신된 검출 신호는 구동 성분, 잔향 성분 및 반사 성분을 포함한다. 구동 성분은 주로 초음파 요소(105)가 구동 신호에 의해 활성화될 때 초음파 요소(105)의 발진에 의해 야기된다. 잔향 성분은 주로 구동 신호가 초음파 요소(105)를 활성화시키는 것을 중단한 후 초음파 요소(105)의 발진에 의해 야기된다.
또한 나타낸 바와 같이, 센서(104)는 고정구(fitting)(108) 및 센서 하우징(116)을 포함할 수 있다. 고정구(108)는 변환기(106)를 위치시키기 위한 컨테이너 또는 다른 장치(미도시)에 커플링되도록 구성된다. 센서 하우징(116)은 변환기(106)에 커플링되며 이를 지지한다. 센서 하우징(116)은 나타낸 실시예에서 신장형이며 최종-사용 어플리케이션에 기초하여 임의의 원하는 길이를 가질 수 있다. 통신 케이블(110)은 제어 모듈(102)의 정합 커넥터(119)에 기계적으로 그리고 전기적으로 커플링되도록 구성되는 대향 단부에 커넥터(118)를 가질 수 있다.
제어 모듈(102)은 잔향 성분을 오프셋 또는 억제하고 오반사된(false reflected) 에코를 제거하기 위해 검출 신호를 프로세싱하기 위한 전자 회로(112)를 포함한다. 일부 어플리케이션의 경우, 검출 신호는 이를 통해 음파가 이동하는 매체(또는 매체들)의 온도에 의해 영향을 받을 수 있다. 이를 위해, 제어 모듈(102) 및/또는 초음파 센서(104)는 주변 환경(예를 들어, 액체 및/또는 공기)의 온도를 결정하기 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함할 수 있다. 전자 회로(112)는 TOF 측정을 결정할 때 온도를 고려할 수 있다.
나타낸 실시예에서, 전자 회로(112)는 아날로그 프론트-엔드(analog front-end: AFE) 모듈(114) 및 프로세서(113)를 포함한다. AFE 모듈(114)은 초음파 변환기(106)를 구동하고 검출 신호를 TOF 측정의 개시(시작) 및 종료(중지)를 나타내는 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. AFE 모듈(114) 또는 프로세서(113)는 잔향 성분을 억제하기 위해 검출 신호를 프로세싱할 수 있다. 프로세서(113)는 AFE 모듈(114)을 제어하고, 시작 및 중지 신호 사이의 시간차를 측정하고, TOF 측정을 액면 값으로 프로세싱할 수 있다. 그 후, 액면 값은 제어 모듈(102)의 디스플레이(120)를 통해 또는 다른 형태의 통신(예를 들어, 스마트폰 어플리케이션)을 통해 사용자에게 전달될 수 있다.
도 1에서, 전자 회로(112)는 개별 하드웨어 구성 요소(AFE 모듈(113) 및 프로세서(114))로서 나타내어져 있다. 그러나, 전자 회로(112)는 단일 디바이스에 통합될 수 있거나 2개보다 많은 전자 구성 요소를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, AFE 모듈(113) 또는 프로세서(114)에 의해 수행되는 본원에 설명되는 기능 및/또는 동작은 다른 구성 요소 또는 추가 전자 구성 요소에 의해 공유 및/또는 수행될 수 있다.
도 1에 나타내지 않았지만, 전자 회로(112)는 무엇보다도 구동 신호를 생성하기 위한 신호-생성기, 구동 신호를 반전시키기 위한 반전 회로, 가산 회로 및 수신기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 회로(112)는 초음파 변환기(106)의 동작 모드를 변경하기 위한 스위칭 회로, 정합 회로 및 공진 회로를 포함할 수 있다.
실시예는 거리를 계산하기 위해 임의의 검출 가능한 음파에 의존하지 않는 기간("데드 존(dead zone)"이라 칭함)을 감소시킬 수 있다. 이 기간은 신뢰할 수 있는 측정이 이루어질 수 없는 초음파 변환기로부터의 거리로 효과적으로 트랜슬레이팅(translating)된다. 예로서, 실시예는 액면 어플리케이션에서 이러한 데드 존을 25 mm로부터 2.5 mm로 감소시킬 수 있다. 그러나 데드 존의 크기는 다양한 초음파 디바이스의 성능에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 실시예는 다양한 초음파 디바이스 및 어플리케이션을 개선할 수 있다.
반대로, 실시예는 초음파 변환기가 더 높은 진폭 및/또는 더 높은 사이클 수로 구동될 수 있게 하고, 이에 의해 더 큰 에너지 전달을 생성한다. 더 큰 에너지 전달은 일부 어플리케이션에 있어서 침투 깊이를 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 실시예는 군용 에어-레인지(air-range) 센서에 적절할 수 있다.
거리-검출 시스템(예를 들어, 액면 모니터링 시스템) 외에, 실시예는 감광성 재료의 광학 밀도를 측정하는 밀도 측정 시스템에서 이용될 수 있는 것으로 고려된다. 실시예는 더 작은 풋프린트를 갖는 밀도 측정 시스템을 가능하게 할 수 있다.
도 2는 거리-검출 시스템(100)(도 1)과 유사하거나 동일할 수 있는 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템(150)의 개략도이다. 예를 들어, 거리-검출 시스템(150)은 초음파 요소(156)를 갖는 초음파 변환기(154)를 포함한다. 거리-검출 시스템(150)은 또한 신호 생성기(151) 및 신호 인버터로 또한 칭해질 수 있는 신호-반전 회로(152)를 포함한다. 신호-생성기(151)는 초음파 요소(156)를 유도하기 위한 구동 신호를 제공하도록 구성된다. 초음파 요소(156)는 구동 신호에 응답하여 음파의 펄스(160)를 생성한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 구동 신호(162)는 신호-반전 회로(152)를 통해 송신된다. 신호-반전 회로(152)는 잔향 성분을 효과적으로 감소시키거나 상쇄시키기 위해 사용될 수 있는 반전 구동 신호를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 신호-반전 회로(152)는 반전 구동 신호가 비반전 구동 신호에 대해 180° 위상-시프트되도록 구동 신호를 반전시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호-반전 회로(152)는 구동 신호를 효과적으로 반전시키는 구동 트랜스포머를 포함할 수 있다. 신호-반전 회로(152)는 비반전 구동 신호(162)를 초음파 요소(156)에 그리고 반전 구동 신호(163)를 억제 모듈(164)에 제공하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 신호-반전 회로(152)는 비반전 구동 신호(162)를 억제 모듈(164)에 그리고 반전 구동 신호(163)를 초음파 요소(156)에 제공한다. 특정 실시예에서, 신호-반전 회로(152)는 중심-탭핑된(center-tapped) 인덕터를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 특히 낮은 주파수(예를 들어, 1 메가헤르츠 미만)에 적절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 초음파 요소(156)는 수신기(170)로 반전되지 않은 검출 신호(172)를 전달한다. 검출 신호(172)는 구동 성분, 잔향 성분 및 반사 성분을 포함한다.
억제 모듈(164)은 구동-상쇄 신호(174)를 생성하고 구동-상쇄 신호를 수신기(170)에 전달하도록 구성된 요소이다. 본원에 설명되는 바와 같이, "억제 모듈"이라는 용어는 공진 회로, 다른 능동형 초음파 요소 또는 더미 초음파 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 억제 모듈(164)은 반전 구동 신호(163)에 의해 구동되는 초음파 요소(181)일 수 있다. 억제 모듈(164)은 반전된 구동 신호(163)에 의해 구동되고 초음파 요소(156)의 극성과 반대되는 극성을 갖는 초음파 요소(182)일 수 있다. 억제 모듈(164)은 비반전 구동 신호(162)에 의해 구동되지만 초음파 요소(156)의 극성과 반대의 극성을 갖는 초음파 요소(182)일 수 있다. 억제 모듈(164)은 비반전 구동 신호(163)에 의해 구동되고 초음파 요소(156)의 극성과 동일한 극성을 갖는 초음파 요소(183)일 수 있지만, 초음파 요소(183)는 초음파 요소(156) 및 초음파 요소(183)가 평면에 있지 않도록 오프셋된다. 이와 같이, 초음파 요소(183)의 펄스는 초음파 요소(156)로부터의 펄스(160)에 대해 위상차가 있다. 억제 모듈(164)은 비반전 구동 신호(163)에 의해 구동되지만 초음파 요소(184)로부터 임의의 펄스를 효과적으로 차단하는 흡수기(186)를 갖는 더미 초음파 요소(184)일 수 있다. 일부 실시예에서, 억제 모듈(164)은 구동-상쇄 신호를 제공하도록 구성된 공진 회로(184)일 수 있다. 공진 회로(184)는 구동 신호 또는 반전 구동 신호에 응답할 수 있다.
선택적으로, 하나 이상의 억제 모듈은 반전 구동 신호(163)에 응답하고 구동-상쇄 신호(174)를 수신기(170)에 제공할 수 있다.
구동-상쇄 신호는 검출 신호의 구동 성분 및/또는 잔향 성분을 오프셋 또는 억제하는 데 사용된다. 구동 성분 및/또는 잔향 성분이 억제될 때, 반사 성분이 보다 쉽게 식별될 수 있다. 특정 실시예에서, 반사 성분은 링-다운 동안 식별될 수 있거나 초음파 요소가 구동 신호에 응답할 때 식별될 수 있다.
도 2에서, 구동-상쇄 신호는 반전 검출 신호로 지칭된다. 다른 실시예에서, 구동-상쇄 신호는 공진 회로에 의해 생성된 합성 신호이다. 따라서, "구동-상쇄 신호"라는 용어는 반전 검출 신호 및 공진 회로에 의해 생성된 합성 신호 모두를 포함한다.
수신기(170)는 초음파 변환기(154) 또는 보다 구체적으로, 초음파 요소(156)로부터 검출 신호(172)를 수신하도록 구성된다. 검출 신호는 초음파 요소(156)의 잔향을 나타내는 잔향 성분 및 계면으로부터 반사된 음파를 나타내는 반사 성분을 포함한다. 수신기(170)는 검출 신호의 잔향 성분에 대해 반전된 구동-상쇄 신호(174)를 수신하도록 구성된다. 수신기(170)는 잔향 성분이 구동-상쇄 신호(174)에 의해 오프셋되는 검출 신호(172)에 기초하여 TOF 측정을 결정하도록 구성된다.
도 3은 일 실시예에 따라 형성된 방법(200)을 나타내는 흐름도이다. 본 방법(200)은 거리-검출 시스템(150)(도 2)을 참조하여 설명될 것이다. 본 방법(200)은 또한 거리-검출 시스템(400(도 10), 500(도 11), 600(도 12) 및 700(도 13))과 같은 하나 이상의 다른 실시예에 의해 수행될 수 있다. 본 방법(200)은 202에서, 초음파 요소(156)로부터 음파의 펄스(160)가 방출되어 계면을 향하도록(도 2에는 미도시) 초음파 요소(156)를 활성화 또는 여기시키도록 구성된 구동 신호(162)를 생성하는 단계를 포함한다. 구동 신호(162)는 전기 신호의 형태일 수 있다. 음파의 펄스는 일련의 음파(또는 음파의 사이클)를 포함할 수 있다.
음파의 펄스(160)는 지정된 주파수를 갖는다. 예를 들어, 지정된 주파수는 500 Hz 내지 20 MHz일 수 있다. 특정 실시예에서, 지정된 주파수는 100 kHz 내지 10 MHz이다. 펄스(160)는 또한 사이클 번호를 갖는다. 예를 들어, 펄스(160)는 3 사이클 이상(예를 들어, 10 사이클 이상)을 포함할 수 있다. 204에서, 구동 신호(162)는 반전 구동 신호(163)가 구동 신호(162)에 대해 위상이 약 180° 위상차가 되도록 반전된다. 구동 신호(162)는 205에서 초음파 요소(156)에 전달되고, 반전 구동 신호(163)는 207에서 억제 모듈(164)에 전달된다.
206에서, 펄스(160)는 초음파 요소(156)로부터 송신된다. 검출 신호(172)는 초음파 요소(156)에서 생성되고 수신기(170)에 전달된다. 210에서, 검출 신호는 수신기(170)에 의해 수신된다. 검출 신호는 구동 성분, 잔향 성분 및 반사 성분을 포함할 수 있다. 계면이 데드 존 외부에 있는 실시예에서, 반사 성분은 잔향 성분 및 구동 성분으로부터 분리될 것이다. 그러나, 계면이 초음파 요소(156)에 충분히 근접해 있다면, 반사된 성분은 잔향 성분 및 가능하게는 구동 성분과 중첩될 수 있다.
일부 실시예들에서, 구동 신호(162)가 초음파 요소(156)에 제공될 때, 반전 구동 신호(163)가 또한 억제 모듈(164)에 제공된다. 반전 구동 신호(163)는 212에서 억제 모듈(164)을 활성화시킨다. 214에서, 구동-상쇄 신호(174)는 억제 모듈(164)에 의해 생성된다. 구동-상쇄 신호(174)는 반전 구동 신호(163)의 함수이다. 구동-상쇄 신호(174)는 216에서 수신기(170)에 의해 수신된다.
구동-상쇄 신호(174)는 검출 신호(172)에 대하여 근사적으로 위상차가 있다. 실제로, 계면, 초음파 요소(들) 및 중력에 대한 액면의 가능한 비이상적인 조건 및 특징으로 인해 구동-상쇄 신호(174)가 완전히 위상차가 있을 가능성은 거의 없다. 이와 같이, 구동-상쇄 신호(174)는 검출 신호(172)에 대하여 실질적으로 위상차가 있을 것이다. 구동-상쇄 신호(174)는 218에서 구동 성분 및 잔향 성분을 감소시키는 데 사용될 수 있다.
220에서, TOF 측정이 결정될 수 있다. TOF 측정은 지정된 시작 지점과 지정된 중지 지점 사이의 차이이다. 시작 지점은 초음파 변환기로부터의 펄스 송신과 상관되고, 중지 지점은 관련되어 초음파 변환기에 의한 에코 검출과 상관된다. TOF 측정은 지정된 파라미터를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, TOF 측정은 유체 아이덴티티, 농도 또는 거리(예를 들어, 유체면)를 나타낼 수 있다. 지정된 매체를 통한 TOF 측정 및 알려진 사운드 속도를 사용하여, 거리가 222에서 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 파라미터는 프로그래밍된 알고리즘을 사용하여 계산된다. 다른 실시예에서, TOF 측정이 파라미터의 값과 상관되는, 예를 들어, 룩업 테이블(LUT)을 사용하여 파라미터가 식별될 수 있다.
복귀 화살표(224)로 나타낸 바와 같이, 본 방법(200)은 지정된 간격 등으로 연속적으로 반복될 수 있다. 예를 들어, 액면은 10초마다 여러 번 계산될 수 있다.
도 4 및 도 10 내지 도 14는 상이한 거리-검출 시스템을 나타낸다. 각각의 경우에, 실시예는 데드 존의 크기를 감소시키기 위해 구동-상쇄 신호를 이용할 수 있다. 도 4는 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템(300)의 개략도이다. 거리-검출 시스템(300)은 상이한 구동 신호에서 동작하는 제1 초음파 요소(302) 및 제2 초음파 요소(304)를 갖는 초음파 변환기(301)를 포함한다. 거리-검출 시스템(300)은 거리-검출 시스템(100)(도 1)의 요소와 유사하거나 동일한 요소를 포함한다. 예를 들어, 거리-검출 시스템(300)은 신호 생성기(312) 및 신호-인버터(314)를 포함한다. 거리-검출 시스템(300)은 또한 스위칭 회로(316), 정합 회로(318) 및 수신기(320)를 포함한다.
나타낸 바와 같이, 구동 신호(324)는 신호 인버터(314)에 전달된다. 구동 신호(324)를 반전시켜 반전 구동 신호(326)를 제공한 후, 구동 신호(324) 및 반전 구동 신호(326)는 각각의 초음파 요소(302, 304)에 전달된다.
각각의 초음파 요소(302, 304)는 컨테이너(315)의 재료층에 의해 덮인 면을 갖는다. 초음파 요소(302, 304)는 계면(330)을 향해 펄스를 방출한다. 펄스의 음파는 반사 성분을 검출하는 초음파 요소(302, 304)를 향해 다시 반사된다. 유의할 것은, 각각의 초음파 요소(302, 304)에 의해 검출된 반사 성분은 실질적으로 위상차가 있다. 그 후, 검출 신호 및 구동-상쇄 신호는 정합 회로에 이어 수신기(320)에 전달된다.
2개의 초음파 요소가 반대 위상으로 구동될 때, 각각의 초음파 요소에 의해 검출된 신호는 상쇄될 것으로 일반적으로 여겨진다. 그러나, 펄스의 파장 λ가 작고 두 변환기의 분리가 파장 λ보다 충분히 큰 경우, 상쇄는 컨테이너의 매우 정확한 각도 설정에서만 발생한다. 두 초음파 요소 사이의 거리는 작으며 임계각은 3 MHz에 대해 0.55 도였다. 이러한 조건은 충족하기가 매우 어렵고 수신된 신호는 상쇄되지 않는다. 용기의 약간 불안정한 액체 표면과 비이상적인 설정은 상쇄가 없는 것처럼 만든다.
도 5는 구동 성분(322) 및 잔향 성분(324)을 포함하는 검출 신호(mV/μs)를 나타내는 그래프이다. 나타낸 바와 같이, 구동 성분(322)은 1 마이크로초에서 시작하여 5 마이크로초까지 계속된다. 구동 신호가 중단된 후에, 초음파 요소는 계속 발동하고, 이에 의해 잔향 성분(324)을 서서히 감소시키고 형성하는 검출 가능한 신호를 생성한다. 도 6은 일 실시예에 따라 구동 성분(322) 및 잔향 성분(324)을 억제한 후의 검출 신호를 나타내는 그래프이다. 나타낸 바와 같이, 구동 성분 및 잔향 성분이 상당히 감소되었다.
도 7 및 도 8은 액체가 비교적 높을 때(도 7에 나타낸 9 mm) 그리고 액체가 상대적으로 낮을 때(2.5 mm) 획득될 수 있는 검출 신호를 나타낸다. 도 7 및 도 8에서 펄스에 대한 사이클 수는 21 사이클이며 동작 주파수는 3 MHz이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 실시예는 구동 신호가 초음파 요소에 인가될 때 그리고 링-다운 동안 반사 성분을 검출할 수 있다.
도 9는 비반전 구동 신호에 대한 주파수 범위(2.4-3.6 MHz)에 걸친 피크-대-피크 전압(mVpp), 반전 구동 신호와 결합된 비반전 구동 신호 및 반사 성분을 나타내는 그래프이다. 2.9 MHz와 3.4 MHz 사이의 주파수에 대해, 반사 성분의 mVpp는 반전 구동 신호에 의해 감소된 비반전 드라이브 신호보다 크다.
도 10은 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템(400)의 개략도이다. 거리-검출 시스템(400)은 거리-검출 시스템(100)(도 1)의 요소와 유사하거나 동일한 요소를 포함한다. 예를 들어, 거리-검출 시스템(400)은 신호-생성기(412) 및 신호-인버터(414)를 포함한다. 거리-검출 시스템(400)은 또한 스위칭 회로(426), 정합 회로(418) 및 수신기(420)를 포함한다.
거리-검출 시스템(400)은 또한 초음파 요소(402) 및 더미 초음파 요소(404)를 갖는 초음파 변환기(401)를 포함한다. 둘을 구별하기 위해, 초음파 요소(402)(도 4)는 "활성 초음파 요소"로 지칭될 수 있거나, 더미 초음파 요소(404)는 "더미 요소"로 지칭될 수 있다. 초음파 요소(304)와 달리, 더미 초음파 요소(404)는 반사 성분을 검출 및 전달하지 않는다. 대신에, 더미 초음파 요소(404)는 구동 신호 및 후속 잔향에 의해 야기되는 발진에 응답하여 전기 신호를 생성한다.
나타낸 실시예에서, 초음파 요소(402) 및 더미 초음파 요소(404)는 위상차 구동 신호에 의해 구동된다. 초음파 요소(402)는 음파의 펄스를 송신하고 음파의 펄스로부터 반사 성분을 검출하도록 구성된다. 그러나, 더미 초음파 요소(404)는 펄스가 매체로 송신될 수 없도록 위치되고, 이와 같이, 반사 성분이 더미 초음파 요소(404)에 의해 검출될 수 없다. 예를 들어, 초음파 변환기(401)는 더미 초음파 요소(404)에 의해 생성된 임의의 음파를 흡수하는 흡수기(415)를 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 더미 초음파 요소(404)는 반전 구동 신호에 의해 구동되고, 이에 의해 더미 초음파 요소(404)가 발진하게 한다. 더미 초음파 요소(404)는 더미 초음파 요소(404)의 발진에 응답하여 전기 신호를 생성한다.
따라서, 초음파 요소(402)만이 계면을 향해 펄스를 방출한다. 펄스의 음파는 반사 성분을 검출하는 초음파 요소(402)를 향해 다시 반사된다. 이러한 반사 성분이 존재하지 않기 때문에, 반사 성분은 더미 초음파 요소의 임의의 반사 성분과 위상차가 나지 않는다. 그럼에도 불구하고, 더미 초음파 요소(404)는 반전 구동 성분 및 반전 잔향 성분을 포함하는 반전 검출 신호를 수신기(420)에 제공한다. 따라서, 더미 초음파 요소(404)는 초음파 요소(402)로부터의 검출 신호의 반사 성분을 감소시키지 않으면서 구동 성분 및 잔향 성분을 감소시키는 데 사용되는 반전 검출 신호를 제공한다.
도 11은 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템(500)의 개략도이다. 거리-검출 시스템(500)은 초음파 요소 중 하나가 다른 초음파 요소의 반-파장 앞에 위치되도록 서로에 대해 변위되는 제1 초음파 요소(502) 및 제2 초음파 요소(504)를 갖는다. 제1 및 제2 초음파 요소(502, 504)는 비반전 구동 신호 및 반전 구동 신호에 의해 구동되도록 구성된다. 거리-검출 시스템(500)은 거리-검출 시스템(500)의 요소와 유사하거나 동일한 요소를 가질 수 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 제1 초음파 요소(502)와 제2 초음파 요소(504)는 서로에 대해 오프셋되어 있다. 이와 같이, 제1 초음파 요소(502) 및 제2 초음파 요소(504)에서 검출된 임의의 반사 성분은 상쇄되지 않는다. 보다 구체적으로, 초음파 요소(504)는 반사 성분이 전방 축에서 상쇄되지 않도록 초음파 요소(502)의 반-파장 앞에 위치된다. 그럼에도 불구하고, 반전 구동 신호의 구동 성분 및 잔향 성분은 비반전 구동 신호의 구동 성분 및 잔향 성분과 위상차가 있다. 이와 같이, 반전 구동 신호의 구동 성분 및 잔향 성분은 비반전 구동 신호의 구동 성분 및 잔향 성분을 감소시키는 데 사용된다. 그러나, 반사 성분은 위상차가 나지 않는다.
도 12는 (+/- 및 -/+로 나타낸 바와 같이) 반대 극성을 갖는 제1 초음파 요소(602) 및 제2 초음파 요소(604)를 갖는 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템(600)의 개략도이다. 제1 초음파 요소 및 제2 초음파 요소(602, 604)는 각각 비반전 구동 신호 및 반전 구동 신호에 의해 구동된다. 거리-검출 시스템(600)은 제1 초음파 요소(602) 및 제2 초음파 요소(604)를 갖는 초음파 변환기(601)를 포함한다. 제1 및 제2 초음파 요소(602, 604)는 반대 극성을 갖기 때문에, 위상차 구동 신호는 제1 및 제2 초음파 요소(602, 604)가 동위상으로 이동하게 한다. 그럼에도 불구하고, 구동 및 잔향 성분에 대해 제1 및 제2 초음파 요소(602, 604)에 의해 제공되는 검출 신호는 위상차가 있으며, 구동 및 잔향 성분을 감소시키는 데 사용될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따라 형성된 거리-검출 시스템(700)의 개략도이다. 거리-검출 시스템(700)은 초음파 요소(702) 및 등가 공진 회로(704)를 갖는 초음파 변환기(701)를 포함한다. 거리-검출 시스템(700)은 또한 거리-검출 시스템(100)(도 1)의 요소와 유사하거나 동일한 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 거리-검출 시스템(700)은 신호-생성기(712) 및 신호-인버터(714)를 포함한다. 거리-검출 시스템(700)은 또한 스위칭 회로(716), 정합 회로(718) 및 수신기(720)를 포함한다.
나타낸 바와 같이, 구동 신호(724)는 신호 인버터(714)에 전달된다. 반전 구동 신호(726)를 생성한 후, 구동 신호(724) 및 반전 구동 신호(726)는 초음파 요소(702) 및 등가 공진 회로(704)에 각각 전달된다. 상술한 실시예들과 유사하게, 초음파 요소(702)는 구동 성분, 잔향 성분 및 반사 성분을 포함하는 검출 신호를 제공하도록 구성된다. 등가 공진 회로(704)는 반전 구동 신호(726)를 수신하고 구동 및 잔향 성분을 감소시키는 데 사용되는 반전 검출 신호를 생성하도록 구성된다.
도 14a 및 도 14b는 각각 거리-검출 시스템(700)(도 13)과 함께 사용될 수 있는 등가 공진 회로(742, 744)의 회로도이다. 공진 회로(742)는 순수한 압전 공진기 등가 회로이며 공기가 초음파 요소의 앞뒤에 있다. 저주파수 f << f0에서, 측정된 커패시턴스 C
Figure pat00001
Cs + Cp이고 고주파수 f >> f0에서, 측정된 커패시턴스는 C
Figure pat00002
Cs이다. 공진 f0에서, 측정된 저항 R
Figure pat00003
Rs이다. 앞뒤 재료가 플라스틱/물 및 흡수제인 경우, 다른 저항이 추가될 수 있다.
도 15 내지 도 17은 단독으로 본원에 설명된 바와 같은 초음파 요소를 형성할 수 있거나 본원에 설명된 바와 같은 초음파 요소의 일부를 형성할 수 있는 요소를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 15는 하나 이상의 실시예에 의해 사용될 수 있는 압전 초음파 요소(760)의 개략 단면도이다. 요소(760)는 예를 들어, 금 또는 백금을 포함할 수 있는 고전도성 전극층(764, 766) 사이에 개재된 압전 재료(762)를 포함한다. 전극층(766)은 백킹(backing)층(768)에 의해 지지된다. 전극층(764, 766)은 각각 도전체(770, 772)에 전기적으로 커플링된다.
도 16은 하나 이상의 실시예에 의해 사용될 수 있는 용량성 마이크로머시닝된 초음파 변환기(CMUT) 요소(774)의 개략 단면도이다. 나타낸 바와 같이, CMUT 요소(774)는 캐비티(778) 위에 배치된 금속화된 서스펜딩된 멤브레인(suspended membrane)(776)(예를 들어, 실리콘 질화물(SixNy))을 포함한다. CMUT 요소(774)는 또한 강성 기판(780)을 포함한다. DC 전압이 두 전극(782, 784) 사이에 인가될 때, 멤브레인(776)은 편향되어 정전기력에 의해 기판 쪽으로 끌어당겨진다. 멤브레인(776)의 강성으로 인한 기계적 복원력은 인력에 저항한다. 결과적으로, AC 전압 입력에 의한 멤브레인(776)의 발진으로부터 초음파가 생성될 수 있다.
도 17은 하나 이상의 실시예에 의해 사용될 수 있는 압전 마이크로머시닝된 초음파 변환기(PMUT) 요소(784)의 개략 단면도이다. PMUT 요소(784)는 전극층(788, 790) 사이에 개재된 멤브레인(786)을 포함한다. PMUT 요소(784)에서의 멤브레인(786)의 편향은 멤브레인(786)의 압전 효과로부터 생성된 횡방향 스트레인에 의해 야기된다. 멤브레인(786)은 적어도 하나의 압전층(792) 및 수동 탄성층(794)을 포함한다. 동작에서, PMUT의 공진 주파수는 압전층(792)의 두께에 직접적으로 의존하지 않는다. 대신에, 굴곡 모드 공진 주파수는 형상, 치수, 경계 조건, 멤브레인의 고유 응력 및 기계적 강성과 밀접하게 관련된다.

Claims (15)

  1. 거리-검출 시스템(150)으로서,
    구동 신호(162)를 제공하도록 구성된 신호-생성기(151);
    적어도 하나의 초음파 요소(105)를 갖는 초음파 변환기(106)로서, 상기 초음파 변환기는 상기 구동 신호(162)에 응답하여 음파들의 펄스(160)를 송신하도록 구성되며, 상기 펄스는 계면(330)을 향해 지향하고, 상기 초음파 변환기는 반사된 음파들을 검출하도록 구성되는, 초음파 변환기(106); 및
    상기 초음파 변환기로부터 검출 신호(172)를 수신하도록 구성된 수신기(170)로서, 상기 검출 신호는 상기 초음파 변환기의 잔향을 나타내는 잔향 성분 및 상기 계면으로부터 반사된 음파들을 나타내는 반사 성분을 포함하는, 수신기(170)를 포함하고,
    상기 수신기는 상기 검출 신호의 상기 잔향 성분에 대해 반전된 구동-상쇄 신호(174)를 수신하도록 구성되고, 상기 수신기는 상기 검출 신호의 상기 잔향 성분이 상기 구동-상쇄 신호에 의해 감소되는 상기 검출 신호에 기초하여 비과-시간(time-of-flight) 측정을 결정하도록 구성되는, 거리-검출 시스템(150).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 신호에 기초하여 반전 구동 신호를 생성하도록 구성된 신호 인버터(152)를 더 포함하고, 상기 구동-상쇄 신호는 상기 반전 구동 신호가 공급되는 억제 모듈(164)에 의해 생성되는, 거리-검출 시스템(150).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수신기(170)는 상기 펄스가 상기 계면을 향해 송신될 때 상기 검출 신호를 수신하고 상기 펄스가 송신되었을 때 수신된 상기 반사 성분의 상기 비과-시간 측정을 결정하도록 구성되는, 거리-검출 시스템(150).
  4. 제1항에 있어서,
    송신 모드와 수신 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되는 스위칭 회로(314)를 더 포함하고, 상기 검출 신호는 상기 수신 모드 동안 수신되고, 상기 수신 모드는 데드 존(dead zone) 없이 발생하는, 거리-검출 시스템(150).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 변환기(301)는 제1 초음파 요소(302)를 포함하고, 상기 펄스는 제1 펄스이고, 상기 검출 신호는 제1 검출 신호이며, 상기 거리-검출 시스템(150)은,
    음파들의 제2 펄스를 상기 계면을 향해 지향시키기 위한 제2 초음파 요소(304)로서, 상기 제2 펄스는 반전 구동 신호를 수신하는 것에 응답하여 송신되는 것인, 제2 초음파 요소(304)를 더 포함하고,
    상기 수신기는 상기 제2 초음파 요소로부터 제2 검출 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제2 검출 신호는 상기 구동-상쇄 신호를 포함하는, 거리-검출 시스템(150).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는 제1 초음파 요소(602)를 포함하고, 상기 펄스는 제1 펄스이고, 상기 검출 신호는 제1 검출 신호이며, 상기 거리-검출 시스템은,
    상기 구동 신호에 응답하여 음파들의 제2 펄스를 상기 계면을 향해 지향시키기 위한 제2 초음파 요소(604)로서, 상기 제1 초음파 요소 및 상기 제2 초음파 요소는 반대 극성을 갖는, 제2 초음파 요소(604)를 더 포함하고,
    상기 수신기는 상기 초음파 변환기로부터 제2 검출 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 제2 검출 신호는 상기 구동-상쇄 신호를 포함하는, 거리-검출 시스템(150).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는 제1 초음파 요소를 포함하고, 상기 펄스는 제1 펄스이고, 상기 검출 신호는 제1 검출 신호이며, 상기 거리-검출 시스템은,
    음파들의 제2 펄스를 상기 계면을 향해 지향시키기 위한 제2 초음파 요소(604)로서, 상기 신호-생성기(151)는 상기 제2 초음파 요소에 반전 구동 신호를 제공하도록 구성되며, 상기 제1 초음파 요소 및 상기 제2 초음파 요소는 반대 극성을 갖는, 제2 초음파 요소(604)를 더 포함하고,
    상기 초음파 변환기로부터 제2 검출 신호를 수신하고, 상기 제2 검출 신호는 상기 구동-상쇄 신호를 포함하는, 거리-검출 시스템(150).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출 신호는 제1 검출 신호이며, 상기 거리-검출 시스템은,
    상기 신호-생성기(151)로부터 반전 구동 신호를 수신하도록 구성된 더미 초음파 요소(404)로서, 상기 수신기는 상기 더미 초음파 변환기로부터 제2 검출 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 제2 검출 신호는 상기 구동-상쇄 신호를 포함하는, 더미 초음파 요소(404)를 더 포함하는, 거리-검출 시스템(150).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동-상쇄 신호를 제공하도록 구성된 공진 회로(704)를 더 포함하는, 거리-검출 시스템(150).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 초음파 요소의 공진 주파수는 100 kHz와 10 MHz 사이이고, 상기 펄스의 사이클 수는 적어도 3 사이클을 포함하는, 거리-검출 시스템(150).
  11. 계면(330)을 향해 음파들의 펄스(160)를 송신하기 위해 구동 신호(162)를 초음파 변환기(106)에 제공하는 단계;
    상기 초음파 변환기로부터 검출 신호(172)를 수신하는 단계로서, 상기 검출 신호는 상기 초음파 변환기의 잔향을 나타내는 잔향 성분 및 상기 계면으로부터 반사된 음파들을 나타내는 반사 성분을 포함하는, 수신하는 단계;
    상기 검출 신호의 상기 잔향 성분에 대해 반전된 구동-상쇄 신호(174)를 수신하는 단계; 및
    상기 구동-상쇄 신호에 의해 상기 잔향 성분이 감소된 상기 검출 신호에 기초하여 비과-시간 측정을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호를 반전시켜 반전 구동 신호를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 구동-상쇄 신호는 상기 반전된 구동 신호를 공급받는 억제 모듈(165)에 의해 생성되는, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 검출 신호를 수신하는 단계는 상기 펄스가 상기 계면을 향해 송신될 때 상기 반사 성분을 수신하는 단계 및 상기 펄스가 송신되었을 때 수신된 상기 반사 성분의 상기 비과-시간 측정을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    송신 모드와 수신 모드 사이에서 스위칭하는 단계를 더 포함하고, 상기 검출 신호는 상기 수신 모드 동안 수신되고, 상기 수신 모드는 데드 존 없이 발생하는, 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는 제1 초음파 요소를 포함하고, 상기 펄스는 제1 펄스이고, 상기 검출 신호는 제1 검출 신호이며, 상기 방법은,
    음파들의 제2 펄스를 상기 계면을 향해 지향시키기 위해 반전 구동 신호를 제2 초음파 요소에 제공하는 단계;
    상기 초음파 변환기로부터 상기 구동-상쇄 신호를 포함하는 제2 검출 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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