用于聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實現(xiàn)一種用于幾乎所有聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼，其中確定所述聲學轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度并且根據(jù)所述當前振動幅度在所述聲學轉(zhuǎn)換器上施加阻尼信號。為此根據(jù)本發(fā)明提出，在檢測步驟（220）中優(yōu)選通過電壓脈沖有針對性地導(dǎo)致和測量所述聲學轉(zhuǎn)換器的振動的相位旋轉(zhuǎn)。借助于已知的參量實施當前振動幅度的計算，所述參量包括振動在導(dǎo)致相位旋轉(zhuǎn)的時刻的相位旋轉(zhuǎn)和相位位置?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)在已知的當前振動幅度產(chǎn)生和再調(diào)節(jié)所述阻尼信號。
【專利說明】 用于聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼的方法，所述聲學轉(zhuǎn)換器為了借助于聲學信號掃描周圍環(huán)境例如用在車輛中。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)這樣的方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在本發(fā)明的術(shù)領(lǐng)域中，也就是說在周圍環(huán)境的聲學掃描的領(lǐng)域中已知以下方法:所述方法包括在周圍環(huán)境中發(fā)送脈沖以及接收在那里反射的脈沖，以便可以通過分析處理推斷出與目標的間距。
[0003]所使用的轉(zhuǎn)換器是具有膜片的聲學轉(zhuǎn)換器，所述膜片必要地具有一定質(zhì)量，其中膜片還具有彈力，從而產(chǎn)生暫態(tài)振動行為。壓電轉(zhuǎn)換器對于其壓電層具有相同的行為。事先激勵之后的暫態(tài)振動出于多種原因是不期望的，尤其由于周圍環(huán)境測量的由此決定的最小間距，因為僅僅當振動(作為事先激勵的結(jié)果)盡可能衰減時，轉(zhuǎn)換器才可以用作在目標上反射的聲音的接收器。對于與轉(zhuǎn)換器的距離小于最小間隔的目標，所反射的聲波還在暫態(tài)振動持續(xù)時間期間到達膜片上并且由于還存在的發(fā)送脈沖余振不能與發(fā)送脈沖進行區(qū)分并且由此不能被識別。
[0004]因此已知的是，除自阻尼以外附加地被動地借助于阻尼元件來阻尼膜片，其中例如使用泡沫。然而，由此顯著減小了兩個轉(zhuǎn)換方向上、即發(fā)送和接收聲音脈沖時的靈敏度。
[0005]例如由申請DE10136628A1已知:主動阻尼膜片，其方式是，為了抑制暫態(tài)振動在轉(zhuǎn)換器上施加相反的信號，其中所述阻尼信號與暫態(tài)振動的疊加導(dǎo)致幅度減小。主動阻尼用于減小在發(fā)送聲能之后膜片的暫態(tài)振動持續(xù)時間并且因此更早地重建傳感器的接收準備。暫態(tài)振動持續(xù)時間的長度在此確定傳感器與障礙物之間的最小可測量間距。
[0006]此外，由DE102010039017已知了用于聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼的方法或者裝置。在那里檢測轉(zhuǎn)換器的當前振動頻率以及施加具有與所檢測的當前振動頻率相同的頻率的阻尼信號。
[0007]用于車輛的周圍環(huán)境的聲學掃描的已知傳感器由聲學轉(zhuǎn)換器和用于控制聲學轉(zhuǎn)換器的電子裝置組成。聲學轉(zhuǎn)換器又由鋁罐和固定在所述鋁罐中的壓電元件組成。聲音轉(zhuǎn)換器的等效電路圖在圖1中示出并且包含由R、L和Csct組成的串聯(lián)振蕩回路以及并聯(lián)電容Cpar0振動幅度在聲學轉(zhuǎn)換器的等效電路圖中體現(xiàn)為流過電感L的電流的幅度并且在聲學轉(zhuǎn)換器的端子上不可直接測量。
[0008]通過并聯(lián)電容Cpm上的電壓的直接測量可以推斷出電感L中的電流的幅度。然而，為此除所使用的測量/分析處理電路的放大因數(shù)以外等效電路的所有構(gòu)件的值必須是已知的。這些值強烈地依賴于環(huán)境影響和制造公差并且因此不可以足夠精確地說明。
[0009]因此，由現(xiàn)有技術(shù)已知的方法省去當前振動幅度的測量或者為了振動幅度測量使用常規(guī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這具有以下缺點:模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用為了確定振動幅度需要額外的硬件開銷。
[0010]如果當前振動幅度是未知的，則不可以在距離測量期間再調(diào)節(jié)阻尼信號的參數(shù)，而是必須在校準階段求取這些參數(shù)。這降低間距測量的精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎所有聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼，其中確定聲學轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度并且根據(jù)所述當前振動幅度在聲學轉(zhuǎn)換器上施加阻尼信號。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點在于，可以在沒有額外硬件開銷——例如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的情況下以及在不知道等效電路的各個值的情況下以高精確度和高時間分辨率求取轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度。
[0013]為此，根據(jù)本發(fā)明提出，在檢測步驟中優(yōu)選通過電壓脈沖有針對性地導(dǎo)致以及測量聲學轉(zhuǎn)換器的振動的相位旋轉(zhuǎn)。借助于已知的參量實施當前振動幅度的計算，所述參量包括所述振動在相位旋轉(zhuǎn)之前的時刻的相位旋轉(zhuǎn)和相位位置?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)在已知的當前振動幅度產(chǎn)生和再調(diào)節(jié)阻尼信號。
[0014]優(yōu)選地，在此根據(jù)轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度調(diào)節(jié)阻尼信號的持續(xù)時間和/或幅度。由此實現(xiàn)聲學轉(zhuǎn)換器的快速且高效的主動阻尼。由此可以進行具有高精確度和高分辨率的周圍環(huán)境掃描，因為通過最終產(chǎn)生的短暫態(tài)振動持續(xù)時間得到被掃描的對象與傳感器的小的最小間距。
[0015]優(yōu)選地引起相位旋轉(zhuǎn)，其方式是，在聲學轉(zhuǎn)換器上施加電壓脈沖。在不相應(yīng)于轉(zhuǎn)換器振動幅度的交零的時刻施加所述電壓脈沖。電壓脈沖引起轉(zhuǎn)換器的振動的相位旋轉(zhuǎn)，測量所述相位旋轉(zhuǎn)并且可以由所述相位旋轉(zhuǎn)計算當前振動幅度。
[0016]電壓脈沖優(yōu)選由一個單個邊緣或由一個或多個矩形半波構(gòu)成。這具有以下優(yōu)點:不僅邊緣而且矩形脈沖可以簡單地產(chǎn)生并且施加到聲學轉(zhuǎn)換器上。優(yōu)選具有相應(yīng)于轉(zhuǎn)換器的當前振動頻率的頻率的多個半波由于更少數(shù)量所產(chǎn)生的高次諧波而得到確定當前振動幅度的更高精確度。更高階的振動稱為高次諧波，其通過在聲學轉(zhuǎn)換器上施加電壓脈沖產(chǎn)生并且其可以干擾當前振動幅度的測量以及損害精確度。通過施加由多個半波組成的電壓脈沖，使高次諧波的影響最小化。在這種情形中，應(yīng)在計算當前振動幅度時考慮振蕩回路的被動阻尼。
[0017]優(yōu)選地，為此設(shè)有附加的檢測步驟，其中檢測聲學轉(zhuǎn)換器的當前振動頻率(諧振頻率)。這可以例如通過由現(xiàn)有技術(shù)已知的測量方法實現(xiàn)。
[0018]阻尼信號根據(jù)本發(fā)明取決于當前振動幅度并且優(yōu)選以當前振動頻率施加到轉(zhuǎn)換器上。由此得到轉(zhuǎn)換器振動的進一步優(yōu)化的阻尼。
[0019]本發(fā)明借助于一種用于聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼的裝置實現(xiàn)。所述裝置具有檢測裝置，其與轉(zhuǎn)換器連接。所述檢測裝置能夠求取當前振動幅度，其方式是，所述檢測裝置特別是借助于數(shù)字相位指示器、時鐘控制的計數(shù)器和交零識別器、頂點測量裝置或其他機構(gòu)來分析處理源于轉(zhuǎn)換器的測量信號，所述測量信號包含關(guān)于轉(zhuǎn)換器的振動的相位旋轉(zhuǎn)的信息，以便求取信號的相位位置。所述檢測裝置設(shè)置用于檢測兩個或多個同樣的信號變化過程之間的相對相位位置，優(yōu)選交零。
[0020]所述裝置還包括信號發(fā)生器，其與轉(zhuǎn)換器連接并且還與用于確定當前振動幅度的檢測裝置連接。信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生電壓脈沖并且將其施加到轉(zhuǎn)換器上，所述電壓脈沖產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器振動的相位旋轉(zhuǎn)。信號發(fā)生器此外能夠產(chǎn)生阻尼脈沖，其中信號發(fā)生器在產(chǎn)生阻尼脈沖時考慮之前由檢測裝置接收的當前振動幅度和相位位置并且根據(jù)所述當前振動幅度和相位位置例如提供阻尼脈沖的持續(xù)時間和/或幅度。信號發(fā)生器此外能夠在相位方面至少部分反抗轉(zhuǎn)換器的振動運行地提供阻尼脈沖。信號發(fā)生器通過與轉(zhuǎn)換器的連接能夠?qū)⒂糜诋a(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)的電壓脈沖以及阻尼脈沖施加到轉(zhuǎn)換器上。替代地，所述裝置也可以包括不同的信號發(fā)生器，它們與轉(zhuǎn)換器連接，其中分別設(shè)有用于產(chǎn)生激勵信號的、用于引起轉(zhuǎn)換器振動的相位旋轉(zhuǎn)的和用于產(chǎn)生阻尼信號的信號發(fā)生器。
[0021]根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述裝置包括存儲器，在所述存儲器中可以存儲當前檢測的振動幅度，其中存儲器還與信號發(fā)生器連接，所述信號發(fā)生器可以調(diào)用當前振動幅度，以便根據(jù)振動幅度提供阻尼脈沖。信號發(fā)生器可以是二元或三元輸出級，其中三元輸出級還在零狀態(tài)中切換到高內(nèi)阻上。
[0022]在一種優(yōu)選實施方式中，檢測裝置附加地設(shè)置用于檢測轉(zhuǎn)換器或者源于轉(zhuǎn)換器的測量信號的當前振動頻率。這可以例如通過測量脈沖實現(xiàn)，通過所述測量脈沖短時間地激勵轉(zhuǎn)換器并且由檢測裝置檢測轉(zhuǎn)換器的自振動頻率?？梢允褂眠@些附加信息，以便在轉(zhuǎn)換器上施加具有當前振動頻率但基本上相反的相位位置的阻尼脈沖，由此得到轉(zhuǎn)換器的進一步改善的阻尼。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1示出聲學轉(zhuǎn)換器的等效電路圖；
[0024]圖2在矢量圖中示出聲學轉(zhuǎn)換器的振動；
[0025]圖3在矢量圖中示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的聲學轉(zhuǎn)換器的振動和主動阻尼；
[0026]圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于阻尼聲學轉(zhuǎn)換器的電壓脈沖；
[0027]圖4b在矢量圖中示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的聲學轉(zhuǎn)換器的振動和借助于圖4a中的電壓脈沖的主動阻尼；
[0028]圖5a示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于阻尼聲學轉(zhuǎn)換器的電壓脈沖；
[0029]圖5b在矢量圖中示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的聲學轉(zhuǎn)換器的振動和借助于圖5b中的電壓脈沖的主動阻尼；
[0030]圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例；
[0031]圖7示出用于進一步闡明根據(jù)本發(fā)明的方法的示圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1示出聲學轉(zhuǎn)換器的等效電路圖1。其包含由R、L和Csot組成的串聯(lián)振蕩回路以及并聯(lián)電容Cpm。所述聲學轉(zhuǎn)換器的振動幅度在聲音轉(zhuǎn)換器的等效電路圖中表現(xiàn)為流過電感L的電流Il的幅度。
[0033]圖2在矢量圖2中作為逆時針沿箭頭80的方向以角速度Wtl旋轉(zhuǎn)的矢量10示出所述聲學轉(zhuǎn)換器的振動。角速度《0直接通過等式《0=2 Hftl與聲轉(zhuǎn)換器的諧振頻率fo相關(guān)聯(lián)。矢量10的長度在此相應(yīng)于在電流交零點中電感L上的電壓UMax。在一個振動周期期間，電壓矢量10的尖端描述了示出的圓形軌跡20。圖的橫坐標涉及電感L上的電壓UL，縱坐標涉及流過電感L的以《丄標準化的電流L。電流L是聲學轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度的度量。振動在時刻t的當前相位位置通過箭頭10與圖的橫坐標之間的相角q>=?ot表示。在該圖和隨后的圖中為了簡化沒有示出由電阻R引起的被動阻尼。在考慮被動阻尼的情況下，矢量長度指數(shù)式地減小并且矢量尖端不描述圓形軌跡而描述對數(shù)螺旋線。
[0034]在圖3中根據(jù)在圖2中引入的矢量圖2示出根據(jù)常規(guī)方法的聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼。在振動或者流過電感L的電流k的交零時刻與幅度Ub的電壓反相地控制所述聲學轉(zhuǎn)換器。在圖中通過箭頭30示出所述電壓脈沖。得到新的圓形軌跡22，其具有減小了值Ub的半徑12。這相應(yīng)于所述聲學轉(zhuǎn)換器的振動幅度，其小于在施加阻尼信號之前的振動幅度。通過在流過電感L的電流k的交零時刻反相控制聲學轉(zhuǎn)換器得到最大可能的阻尼。通過振蕩回路中的電參量隊和k表示的振動相位位置在此保持恒定，如在矢量圖1中可由箭頭10和12的平行定向識別的那樣。
[0035]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的阻尼方法的第一實施方式的檢測步驟。圖4b在此表示矢量圖3中根據(jù)等效電路圖的轉(zhuǎn)換器的振動。不在振動或者電流k的交零中控制聲學轉(zhuǎn)換器，而在相應(yīng)于振動的相角Tl=coQt1的時刻ti控制聲學轉(zhuǎn)換器,通過電壓矢量10不出。如果在所述時刻在圖4a中示出的電壓脈沖40以具有幅度Ub的邊緣的形式施加到聲學轉(zhuǎn)換器上，則除與在圖3中示出的控制相比更小的阻尼以外也得到振蕩回路中的電參量的相位旋轉(zhuǎn)角度A9。電壓脈沖40在矢量圖3中通過具有幅度Ub的箭頭30表示。對于聲學轉(zhuǎn)換器的振動得到具有幅度a2的電壓矢量14，相應(yīng)于圓形軌跡24。在施加電壓脈沖40之前或者之后可以如下由已知的參量9i和Aqn十算聲學轉(zhuǎn)換器的振動幅度。
[0036]振動幅度B1在施加電壓脈沖40之前:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種用于聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼的方法，所述方法具有以下步驟: ?通過向所述轉(zhuǎn)換器提供激勵脈沖來激勵所述轉(zhuǎn)換器； ?通過提供阻尼信號來阻尼所述轉(zhuǎn)換器，所述阻尼信號至少部分地反 抗所述轉(zhuǎn)換器的振動運動， 其特征在于， 設(shè)有檢測步驟，在所述檢測步驟中借助于所述聲學轉(zhuǎn)換器的振動的 相位旋轉(zhuǎn)(A(p )確定所述聲學轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度(S1、a2、a2n+1) 以及根據(jù)所述當前振動幅度(％、a2、a2n+1)產(chǎn)生所述阻尼信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由所述聲學轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度(％、a2、a2n+1)計算所述阻尼信號的持續(xù)時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述聲學轉(zhuǎn)換器的當前振動幅度Ca1, a2、a2n+1)計算所述阻尼信號的幅度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，在不相應(yīng)于所述振動幅度的交零的時刻^通過電壓脈沖(40、50)引起所述相位旋轉(zhuǎn)I A(p)所述電壓脈沖被施加到所述聲學轉(zhuǎn)換器上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述電壓脈沖(40、50)由一個單個邊緣或者由一個或多個矩形半波(52、54)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括附加的檢測步驟，在所述附加的檢測步驟中檢測所述轉(zhuǎn)換器的當前振動頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的方法，其特征在于，施加具有相應(yīng)于所述轉(zhuǎn)換器的所檢測的當前振動頻率的頻率的、由半波(52、54)構(gòu)成的電壓脈沖(50 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，施加具有相應(yīng)于所述轉(zhuǎn)換器的所檢測的當前振動頻率的頻率的阻尼信號。
9.一種用于聲學轉(zhuǎn)換器(100)的主動阻尼的裝置，所述裝置包括: ?檢測裝置(120)，其能夠與聲學轉(zhuǎn)換器(100)連接并且設(shè)置用于借助于所述轉(zhuǎn)換器(100)的振動的相位旋轉(zhuǎn)來檢測所述聲學轉(zhuǎn)換器(100)的當前振動幅度； ?信號發(fā)生器(110)，其能夠與所述轉(zhuǎn)換器(100)連接并且與所述檢測裝置(120)連接，其中，所述信號發(fā)生器(110)設(shè)置用于在所述轉(zhuǎn)換器(100)上施加阻尼信號，所述阻尼信號至少部分地反抗所述轉(zhuǎn)換器的振動運動； ?其中，所述阻尼信號取決于所檢測的振動幅度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述檢測裝置(120)附加地設(shè)置用于檢測源于所述轉(zhuǎn)換器(100)的測量信號的當前振動頻率，并且具有所檢測的振動頻率的阻尼信號被產(chǎn)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中，所述裝置包括控制器(130)，所述控制器設(shè)置用于從所述檢測裝置(120)接收幅度信息和/或頻率信息和/或相位信息以及根據(jù)這些信息中的至少一個控制所述信號發(fā)生器(110)。
12.—種傳感器，特別是用于周圍環(huán)境的聲學掃描的超聲傳感器，其包括: ?聲學轉(zhuǎn)換器；?用于根 據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的聲學轉(zhuǎn)換器的主動阻尼的裝置。
【文檔編號】G10K9/122GK103635956SQ201280026994
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月30日
【發(fā)明者】S·胡夫納格爾, N·班諾, T·基希納 申請人:羅伯特·博世有限公司