專利名稱：超聲波轉(zhuǎn)換器、超聲波傳感器和用于運(yùn)行超聲波傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波轉(zhuǎn)換器、一種超聲波傳感器以及一種用于運(yùn)行超聲波傳感器的方法。
背景技術(shù)：
超聲波傳感器使用超聲波轉(zhuǎn)換器將電激勵信號轉(zhuǎn)換成超聲波脈沖。由于超聲波轉(zhuǎn)換器的機(jī)械慣性，超聲波轉(zhuǎn)換器在電激勵信號結(jié)束后還繼續(xù)振動并且發(fā)射相對于電激勵延長的超聲波脈沖。所述附加的持續(xù)時間稱為瞬態(tài)振動時間(Nachsctwingzeit)。超聲波轉(zhuǎn)換器也用于接收超聲波脈沖的回波。因?yàn)椴荒軐⒒夭ㄅc瞬態(tài)振動區(qū)分開，所以在瞬態(tài)振動時間期間不對任何電信號進(jìn)行分析處理。瞬態(tài)振動時間經(jīng)受各種影響，例如污染、老化、冬季時的結(jié)冰、材料疲勞、因碎石導(dǎo)致的損壞、后來的涂漆。JP 2003-248050公開了一種方法，所述方法在超聲波傳感器運(yùn)行期間在每次運(yùn)行開始時在學(xué)習(xí)模式中重新確定超聲波轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)振動時間。根據(jù)所確定的瞬態(tài)振動特性來推斷誤差特性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的超聲波轉(zhuǎn)換器包括用于存儲未安裝的超聲波轉(zhuǎn)換器的至少一個瞬態(tài)振動時間的集成存儲器。所述瞬態(tài)振動時間與后來起作用的影響——例如涂漆、安裝在保險杠中、安裝在車輛中、溫度波動、老化無關(guān)。因?yàn)榧兇獾乃矐B(tài)振動時間的知曉以超聲波轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)為前提，所以可以確定周圍環(huán)境的影響或者安裝的影響?？梢栽谕科岷?或其他裝配步驟之前和/或之后進(jìn)行存儲。在必要時設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的存儲器，可以將各個瞬態(tài)振動時間存儲到這些存儲器中。對于每個超聲波轉(zhuǎn)換器，可個體地讀取瞬態(tài)振動時間。超聲波傳感器或者分析處理系統(tǒng)(系統(tǒng)可以讀取存儲器并且根據(jù)時間匹配地釋放接收窗)可以在發(fā)出超聲波脈沖之后個體地針對每個超聲波轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)距離測量的開始。由此，可以減小最短可檢測的距離。 分析處理系統(tǒng)可以一次性地讀取瞬態(tài)振動時間或者定期地重新讀入瞬態(tài)振動時間，例如在系統(tǒng)啟動時或者在測量開始時。替換地，可以例如在替換有故障的超聲波轉(zhuǎn)換器時通過重新安裝各個超聲波轉(zhuǎn)換器來讀入瞬態(tài)振動時間。因此，可以實(shí)現(xiàn)分析處理系統(tǒng)與當(dāng)前所安裝的傳感器的瞬態(tài)振動時間的穩(wěn)定匹配。因此，所述匹配既考慮傳感器方面的變化(周圍環(huán)境影響等)也考慮傳感器替換。本發(fā)明的另一方面涉及一種超聲波傳感器。所述超聲波傳感器包括具有集成存儲器的至少一個超聲波轉(zhuǎn)換器，在所述集成存儲器中存儲了所述超聲波轉(zhuǎn)換器在未安裝狀態(tài)中的第一瞬態(tài)振動時間。讀取裝置用于從存儲器中讀取第一瞬態(tài)振動時間。測量裝置用于確定安裝到超聲波傳感器中的超聲波轉(zhuǎn)換器的第二瞬態(tài)振動時間，而分析處理裝置用于在第二瞬態(tài)振動時間偏離第一瞬態(tài)振動時間超過公差范圍時禁用超聲波轉(zhuǎn)換器和/或用于在第二瞬態(tài)振動時間偏離第一瞬態(tài)振動時間超過公差范圍時置位存儲器中的標(biāo)志。超聲波轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)振動時間可以由于各種影響而持久地增加。因?yàn)榭梢詢H僅以一個公差來說明一系列超聲波轉(zhuǎn)換器批次的瞬態(tài)振動時間，所以在運(yùn)行中可以僅僅有條件地由瞬態(tài)振動時間的當(dāng)前測量來推斷可能的惡化。超聲波轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)振動時間的個體值與當(dāng)前測量的比較實(shí)現(xiàn)了退化的更準(zhǔn)確的識別。超聲波轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)振動時間也可以由于例如碎石的影響而減小。因?yàn)榭梢詢H僅以一個公差來說明一系列超聲波轉(zhuǎn)換器批次的瞬態(tài)振動時間，所以在運(yùn)行中可以僅僅有條件地由瞬態(tài)振動時間的當(dāng)前測量來推斷可能的惡化。超聲波轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)振動時間的個體值與當(dāng)前測量的比較實(shí)現(xiàn)了相關(guān)變化的更準(zhǔn)確的識別。碎石的后果可能導(dǎo)致傳感器靈敏度的損壞直至完全失靈。本發(fā)明的另一個方面涉及一種用于運(yùn)行超聲波傳感器的方法，所述方法包括以下步驟從超聲波傳感器的超聲波轉(zhuǎn)換器的集成存儲器中讀取第一瞬態(tài)振動時間；確定安裝到超聲波傳感器中的超聲波轉(zhuǎn)換器的第二瞬態(tài)振動時間；以及禁用其第二瞬態(tài)振動時間偏離第一瞬態(tài)振動時間超過公差范圍的超聲波轉(zhuǎn)換器。


以下根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式和附圖來說明本發(fā)明。附圖示出圖1 超聲波轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式，以及圖2 超聲波傳感器的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式圖1在橫截面中示出超聲波轉(zhuǎn)換器1的實(shí)施方式。膜片罐2例如由上方敞開的管形成，所述管的開口由膜片3覆蓋。膜片3與將電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動的電/機(jī)轉(zhuǎn)換器4機(jī)械耦合。電/機(jī)轉(zhuǎn)換器4 的示例是壓電陶瓷疊堆或者永磁鐵的磁場中的線圈。膜片罐2的內(nèi)部空間可以用泡沫材料5噴注。泡沫材料5導(dǎo)致電/機(jī)轉(zhuǎn)換器4與膜片罐2的機(jī)械耦合。泡沫材料5對膜片3的振動運(yùn)動起衰減作用。取代泡沫材料5，也可以使用其他衰減性填充物?？梢越柚芷谛缘碾娦盘柤铍?機(jī)轉(zhuǎn)換器4，由此使膜片3置于相應(yīng)頻率的振動中。在斷開周期性的電信號后，膜片3在瞬態(tài)振動時間上進(jìn)行瞬態(tài)振動。瞬態(tài)振動時間的持續(xù)時間由膜片3的慣性、電/機(jī)轉(zhuǎn)換器4的慣性和泡沫材料5的衰減特性以及與轉(zhuǎn)換器 4連接的電路20的(衰減)特性預(yù)給定。電路20提供用于激勵超聲波轉(zhuǎn)換器4的信號并且分析處理膜片的超聲波信號。電路20至少由接口 15和測量裝置13組成。在一種實(shí)施方式中，電路20還可以包含存儲器6。存在至少一個可以激勵或分析處理一個或多個轉(zhuǎn)換器4的電路20。在制成超聲波轉(zhuǎn)換器1之后，可以在測試環(huán)境中或者在其他已知條件下測量瞬態(tài)振動時間。可以個體地對于每個超聲波轉(zhuǎn)換器1在包括或不包括附屬的電子裝置20的情況下確定瞬態(tài)振動時間，或者對于一批具有/不具有電子裝置的超聲波轉(zhuǎn)換器1進(jìn)行抽檢。 如果轉(zhuǎn)換器4連同電路20—起構(gòu)造為單元，則由整個單元得出瞬態(tài)振動時間。在由轉(zhuǎn)換器 4與電路20組成的、分離地設(shè)置的單元中，瞬態(tài)振動時間涉及轉(zhuǎn)換器4。轉(zhuǎn)換器4與分離的電路20的組合導(dǎo)致總瞬態(tài)振動時間方面的較大分散(Streuimg)。為了更簡單的描述，以下說明僅僅涉及以上所示的組合，即具有分離的電子裝置 20的轉(zhuǎn)換器4。在超聲波轉(zhuǎn)換器1中，例如在膜片罐2內(nèi)或者在電/機(jī)轉(zhuǎn)換器4中或者在電子裝置20中集成了存儲器6。存儲器6的示例是EEPR0M、Flash存儲器。各個未安裝的超聲波轉(zhuǎn)換器1的事先確定的瞬態(tài)振動時間存儲在超聲波轉(zhuǎn)換器1的存儲器6中，例如作為瞬態(tài)振動時間21。保存在存儲器6中的瞬態(tài)振動時間(例如，在涂漆狀態(tài)中測得的瞬態(tài)振動時間、以去耦環(huán)測得的瞬態(tài)振動時間……)是超聲波轉(zhuǎn)換器1的特有屬性。其不受進(jìn)一步處理影響或者僅僅在可忽略的程度上受進(jìn)一步處理影響。傳感器安裝到保險杠中可以改變瞬態(tài)振動時間。但只要正確地進(jìn)行安裝，所述改變應(yīng)當(dāng)僅僅在較小程度上發(fā)生。在錯誤裝配的情況下，影響可能較大并且導(dǎo)致超聲波轉(zhuǎn)換器1與它們未安裝的特性顯著偏離以及超聲傳感器 1彼此之間的顯著偏離。恰恰在這個點(diǎn)上，可以基于個體的瞬態(tài)振動時間在首次裝配時但也可以在維修情形中(替換轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行測試。替換地，可以例如在首次正確地安裝在保險杠中之后再次在定義的測量條件下將轉(zhuǎn)換器4的瞬態(tài)振動時間存儲在存儲器6的第二位置上作為瞬態(tài)振動時間22。進(jìn)行瞬態(tài)振動時間21和22與當(dāng)前測量值的比較。分析處理可以考慮溫度對振動特性的影響。由長時間測量可以確定時間變化、老化。根據(jù)車輛的持續(xù)運(yùn)行時間和/或公里數(shù)的典型老化可以確定模型。在比較當(dāng)前測量與所存儲的瞬態(tài)振動時間 21、22時可以考慮所述模型。圖2在部分截面中示出超聲波傳感器10。在超聲波傳感器10中安裝有多個(示例性地兩個)超聲波轉(zhuǎn)換器1。在超聲波傳感器1的存儲器6中存儲了超聲波轉(zhuǎn)換器1的相應(yīng)瞬態(tài)振動時間。超聲波轉(zhuǎn)換器1例如通過去耦環(huán)11與超聲波傳感器10的殼體12連接。超聲波傳感器10的殼體可以部分地通過保險杠形成。殼體12由多個部分組成，例如用于容納轉(zhuǎn)換器1的殼體和保險杠形式的第二部分。去耦環(huán)11應(yīng)當(dāng)防止膜片3的振動串?dāng)_到殼體12上。此外，殼體12的材料特性和幾何形狀影響超聲波轉(zhuǎn)換器1的瞬態(tài)振動時間。對于每個傳感器位置，殼體12可以不同地實(shí)施。串?dāng)_取決于超聲波轉(zhuǎn)換器1和去耦環(huán)11的安裝的實(shí)施方式。因此，在安裝到超聲波傳感器10或殼體12中后，相同的超聲波轉(zhuǎn)換器1的瞬態(tài)振動時間可能是不同的。后來在轉(zhuǎn)換器上進(jìn)行的涂漆工作可能改變瞬態(tài)振動時間。在此，膜片上漆的附加質(zhì)量以及用于使漆干燥的熱處理都會影響瞬態(tài)振動時間。超聲波傳感器10具有測量裝置13。所述測量裝置13工作在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中，以便根據(jù)超聲波脈沖的傳播時間來確定距離。測量裝置13可以向超聲波轉(zhuǎn)換器1輸出電激勵脈沖，膜片3隨后被激勵以進(jìn)行振動。此外，如果膜片3由到達(dá)的超聲波回波機(jī)械地激勵，則測量裝置13檢測膜片3的電信號。測量裝置13可以借助于尋址裝置和多路復(fù)用裝置來響應(yīng)多個轉(zhuǎn)換器4。替換地，給每個轉(zhuǎn)換器4分配一個自己的測量裝置13。所述測量裝置13也可以例如集成在轉(zhuǎn)換器4的殼體中。測量裝置13可以在測試運(yùn)行中用于確定安裝到超聲波傳感器10中的超聲波轉(zhuǎn)換器1的瞬態(tài)振動時間。所實(shí)施的測量方法基本上設(shè)有以下步驟。通過電激勵脈沖來激勵超聲波轉(zhuǎn)換器1。在電激勵脈沖結(jié)束之后緊接著記錄由超聲波轉(zhuǎn)換器1輸出的電信號。起初還沒有超聲波回波，因此可以假定所述電信號是由膜片3的瞬態(tài)振動造成的。這可以通過測量布置或測量時刻來保證。分析處理電激勵脈沖的結(jié)束與超聲波轉(zhuǎn)換器1的電信號低于一個檢測閾值的時刻之間的持續(xù)時間。尤其是當(dāng)在此期間使車輛運(yùn)動或者已經(jīng)使車輛運(yùn)動時可以多次重復(fù)所述分析處理，以便避免由于附近的反射物體導(dǎo)致的錯誤測量。所述持續(xù)時間對應(yīng)于超聲波轉(zhuǎn)換器1在已安裝狀態(tài)中的瞬態(tài)振動時間。分析處理裝置14從超聲波轉(zhuǎn)換器1的存儲器6中讀取例如所述超聲波轉(zhuǎn)換器在未安裝狀態(tài)中的瞬態(tài)振動時間。為此，設(shè)有相應(yīng)的接口 15。相互比較未安裝狀態(tài)和已安裝狀態(tài)中的兩個瞬態(tài)振動時間。如果得出大于公差值的偏差，則分析處理裝置14將超聲波轉(zhuǎn)換器1識別為“有故障的”或者“錯誤安裝的”。禁用超聲波轉(zhuǎn)換器1，或者替換地，告知測量裝置13所述超聲波轉(zhuǎn)換器1是有故障的，從而在接下來的距離測量中不再考慮所述超聲波轉(zhuǎn)換器1。替換地或附加地，可以置位存儲器6中的一個標(biāo)志，所述標(biāo)志保持“有故障”的識別?？梢杂欣赝ㄟ^相應(yīng)的措施來防止后來的標(biāo)志改變。因此，可以防止后來的修整或者錯誤安裝的掩飾。用于防止后來修改的措施包括一次性可寫的存儲單元、編碼存儲等等。對于分析處理裝置14，公差值可以固定地預(yù)給定。替換地，公差值可以由分析處理裝置14確定。為此，對于每個超聲波轉(zhuǎn)換器1，分析處理裝置14確定所述超聲波轉(zhuǎn)換器1在已安裝狀態(tài)和未安裝狀態(tài)中的瞬態(tài)振動時間的偏差。例如可以作為差或商確定所述偏差。所述偏差的中值被確定為標(biāo)準(zhǔn)值。如果一個超聲波轉(zhuǎn)換器1的偏差與所述中值相差超過一個公差因子，則所述超聲波轉(zhuǎn)換器1被識別為 “有故障的”。附加地，也可以考慮環(huán)境溫度進(jìn)行分析處理。在一個實(shí)施方式中，可以將已安裝狀態(tài)中的連續(xù)確定的瞬態(tài)振動時間存儲在存儲器6中作為超聲波轉(zhuǎn)換器1的瞬態(tài)振動時間 23、24、...。由此，可以跟蹤各個超聲波轉(zhuǎn)換器1的長時間性能。在另一個實(shí)施方式中，可以根據(jù)公里數(shù)和/或溫度(天氣條件)進(jìn)行存儲。一種構(gòu)型方案由長時間性能確定公差值。在第一運(yùn)行時間期間，例如在車輛的前 100個運(yùn)行小時期間或前1000公里期間，確定已安裝狀態(tài)中的瞬態(tài)振動。保存所確定的值并且將其視為瞬態(tài)振動或公差值的標(biāo)準(zhǔn)值。可以將所述公差值或標(biāo)準(zhǔn)值存儲在存儲器6 中。根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)值，可以通過比較來確定例如因碎石等導(dǎo)致的小損壞。一種構(gòu)型方案由長時間性能——例如在年循環(huán)期間確定公差值。檢測在環(huán)境循環(huán) (夏天/冬天)的典型變化過程上的瞬態(tài)振動。通過分析處理單元14和電路20來促使所述時間段上的瞬態(tài)振動時間的確定。最短的瞬態(tài)振動時間和最長的瞬態(tài)振動時間連同對應(yīng)的條件——例如溫度存放在存儲器6中。附加地，可以一同存儲實(shí)施瞬態(tài)振動測試時的最低溫度和最高溫度。(低溫或高溫不一定產(chǎn)生最小瞬態(tài)振動時間或最大瞬態(tài)振動時間)。分析處理裝置可以由這些值確定期望的瞬態(tài)振動時間。通過當(dāng)前的瞬態(tài)振動時間與所存儲的值的比較，可以在超過/低于界限時識別出測量裝置的影響(污染、結(jié)冰、損壞···)。存儲器6可以是永久存儲器，其值不再進(jìn)行改變。這能夠?qū)崿F(xiàn)各個超聲波轉(zhuǎn)換器1上的來后的控制所述超聲波轉(zhuǎn)換器1是否按規(guī)定安裝。 可以針對不同的溫度、發(fā)射功率等等確定未安裝的超聲波轉(zhuǎn)換器1的瞬態(tài)振動時間。同樣，可以將瞬態(tài)振動時間的所確定的依賴性以校正值的形式或者作為表格連同相應(yīng)的瞬態(tài)振動時間一起存儲在存儲器6中。超聲波傳感器10的分析處理裝置13可以為運(yùn)行條件確定相應(yīng)的瞬態(tài)振動時間?？梢韵鄳?yīng)地匹配發(fā)出超聲波脈沖與接收回波之間的間隔時間。此外，可以以更高的可靠性來實(shí)施各個超聲波轉(zhuǎn)換器1的故障診斷。
權(quán)利要求
1.超聲波轉(zhuǎn)換器，其具有用于存儲所述超聲波轉(zhuǎn)換器(1)在未安裝狀態(tài)中的瞬態(tài)振動時間的集成存儲器(6)。
2.超聲波傳感器(10)，其具有至少一個超聲波轉(zhuǎn)換器(1)，其具有集成存儲器(6)，所述超聲波轉(zhuǎn)換器(1)在未安裝狀態(tài)中的第一瞬態(tài)振動時間存儲在所述集成存儲器中；讀取裝置(15)，其用于從所述存儲器(6)中讀取所述第一瞬態(tài)振動時間；測量裝置(13)，其用于確定安裝到所述超聲波傳感器(10)中的超聲波轉(zhuǎn)換器(1)的第二瞬態(tài)振動時間；以及分析處理裝置(13)，其用于在所述第二瞬態(tài)振動時間偏離所述第一瞬態(tài)振動時間超過公差范圍時禁用所述超聲波轉(zhuǎn)換器(1)和/或用于在所述第二瞬態(tài)振動時間偏離所述第一瞬態(tài)振動時間超過公差范圍時置位所述存儲器(6)中的標(biāo)志。
3.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的超聲波傳感器，其特征在于，所述超聲波轉(zhuǎn)換器(1)具有至少一個另外的存儲器，所述至少一個另外的存儲器用于記錄經(jīng)涂漆的和/或安裝在保險杠中的超聲波轉(zhuǎn)換器(1)的所述第二瞬態(tài)振動時間。
4.用于運(yùn)行超聲波傳感器(10)的方法，其具有以下步驟從所述超聲波傳感器(10)的超聲波轉(zhuǎn)換器(1)的集成存儲器(6)中讀取第一瞬態(tài)振動時間；確定安裝到所述超聲波傳感器(10)中的超聲波轉(zhuǎn)換器(1)的第二瞬態(tài)振動時間；以及以下步驟中的至少一個步驟當(dāng)?shù)谝凰矐B(tài)振動時間與第二瞬態(tài)振動時間的差大于閾值時禁用所述超聲波轉(zhuǎn)換器(6)和置位所述存儲器(6)中的標(biāo)志。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述超聲波傳感器(10)的全部超聲波轉(zhuǎn)換器(1)的差的中值確定所述閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，間歇地確定已安裝的超聲波轉(zhuǎn)換器 (1)的第二瞬態(tài)振動時間并且將所述第二瞬態(tài)振動時間記錄在所述超聲波轉(zhuǎn)換器(6)的所述存儲器(6)中。
全文摘要
一種超聲波轉(zhuǎn)換器，其具有用于存儲超聲波轉(zhuǎn)換器(1)在未安裝狀態(tài)中的瞬態(tài)振動時間的集成存儲器(6)。
文檔編號B60B1/00GK102224019SQ200980146582
公開日2011年10月19日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者F·赫內(nèi)斯 申請人:羅伯特·博世有限公司