專利名稱：超聲波傳感器及使用超聲波傳感器的方法
超聲波傳感器及使用超聲波傳感器的方法

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有一個承載元件、 一個膜片及一個與膜片連接的執(zhí)行機 構的超聲波傳感器，其中在承載元件及膜片中設有一個變薄區(qū)域，用于使 得膜片能夠振動。本發(fā)明還涉及使用超聲波傳感器的方法。
背景技術：
由現(xiàn)有技術公開了超聲波傳感器。這些超聲波傳感器被使用在機動車 中，以便確定到物體的距離。
例如由US 6 639 339B1公開了一種超聲波傳感器。其中一個膜片被支 承在一個多細孔的層結構上及設有金屬的電極。在膜片與多細孔的層結構 之間具有一個間距。在此，膜片平放在多細孔的層結構上及以傳統(tǒng)的方式 與其相連接。多細孔的層結構本身與一個承載結構相連接。在一個專門的 實施形式中，在膜片與多細孔的層結構之間具有一個間隔元件。
由現(xiàn)有技術公開的超聲波傳感器-也被稱為超聲振子-具有其缺點，即 它僅僅窄帶地發(fā)揮功能，也就是說，它僅以一個確定的窄的頻率范圍發(fā)射 地起作用。雖然由于相應的激勵在使用壓電式超聲波傳感器時可利用整數(shù) 倍的固有頻率，但不可能操作一個寬的頻率范圍。壓電式超聲波傳感器具 有一個膜片，在膜片上設置一個壓電元件。該壓電元件通常被粘接上。雖 然壓電元件具有其優(yōu)點，即由于電激勵可非?？斓禺a(chǎn)生運動，然而這種壓 電元件非常脆。在強壓力時，尤其是在突然出現(xiàn)的強壓力、如由一個沖擊 引起的強壓力時，該脆的壓電元件通常會破裂，這將導致這種超聲波傳感 器的完全失效。

發(fā)明內(nèi)容
因為現(xiàn)有的超聲波傳感器在通常情況下被安裝在一個機動車的保險杠 (Stossfaenger)中，因此在一個強的撞擊時會使壓電式超聲波傳感器損壞。 本發(fā)明的超聲波傳感器可以作到檢測物體的形狀及性能，以致可在一
個泊車系統(tǒng)中模擬出一個復雜的周圍環(huán)境。由此可大大改善地控制機動車 的泊入及泊出過程。
這將通過以下方案來解決，即，提出了一種超聲波傳感器，具有一個 承載元件， 一個膜片及一個與膜片連接的執(zhí)行機構，其中在承載元件與膜 片之間設有一個變薄區(qū)域，使得膜片的振動成為可能，其中，該膜片被埋 入在承載元件中。
此外，還提出了一種使用上述方案的超聲波傳感器來測量離一個傳感 器有間距的物體的距離和/或確定所述物體的形狀及特性的方法。
通過使膜片埋入在承載元件中，在承載元件的后面得到一個可被執(zhí)行 機構利用的大的區(qū)域。在將承載元件安裝在機動車上時，尤其是當承載元 件被構造為緩沖器或保險杠時，執(zhí)行機構可被安裝在向著機動車的一側上， 以致它被保護以防止撞擊。
在下面給出了本發(fā)明的有利的實施形式并且在下面對其詳細地進行說明。
有利的是，執(zhí)行機構包括一個具有鐵磁性的鐵心的線圈，其中，鐵磁 性的鐵心與膜片形成這樣的作用關系，即，鐵磁性的鐵心的運動引起膜片 的運動。執(zhí)行機構被構造成具有鐵磁性的鐵心的線圈，雖然需要比壓電式 元件更多的結構空間，但穩(wěn)固得多。此外，可與執(zhí)行機構的固有頻率無關 地發(fā)射超聲波傳感器的不同頻率。通過相應的構型將不必使用一個諧振振 蕩器，該諧振振蕩器僅可在超聲波傳感器中引起固有頻率的整數(shù)倍。
為了使執(zhí)行機構的運動幾乎無損耗地傳遞到膜片上，有利的是，鐵磁 性的鐵心與膜片相連接，優(yōu)選通過一個金屬板相連接。使用一個金屬板使 得可以重新使用在成本上有利的結構材料，這些結構材料的使用壽命也特 別長。
當變薄區(qū)域通過開設在承載元件中的一些槽來產(chǎn)生時，則可根據(jù)所需 的程度來調(diào)節(jié)膜片的振動。在此，不僅變薄區(qū)域的制造可成本特別有利地 實現(xiàn)，而且可在公知的多種現(xiàn)有工具的輔助下進行。
如果這些槽被設置在承載元件的上面及底面上，這些槽優(yōu)選為半圓形
或圓形，用于實現(xiàn)圓對稱的輻射特性(Abstrahlcharakteristik)，則可用對稱
方式將變薄區(qū)域的厚度簡單地調(diào)節(jié)到一個預定的值上。
另一有利的實施例這樣來實現(xiàn)，即這些槽被構造在承載元件的上面及 底面上，這些槽優(yōu)選為圓形，用于實現(xiàn)圓對稱的輻射特性。
如果膜片及承載元件由一個整體部件組成，可明顯地減小加工時間。
此外有利的是，在膜片與承載元件之間環(huán)形圍繞膜片地至少設有使膜 片與承載元件去耦合的去耦合元件，這些去耦合元件阻止固體聲由膜片傳 遞到承載元件上或相反地傳遞。在此，抑制了承載元件的不希望有的振動。
如果去耦合元件由橡膠組成及優(yōu)選為橡膠緩沖器，則去耦合元件可在 成本上特別有利地被制造。
如果承載元件是一個機動車的優(yōu)選由塑料成型的緩沖器或保險杠時， 則可不使用附加的部件，這使制造時間縮短及提高維護方便性。
相應的優(yōu)點也可通過用一個超聲波傳感器來測量離一個傳感器有間距 的物體的距離和/或確定所述物體的形狀及特性的方法來得到，該超聲波傳 感器具有一個承載元件、 一個膜片及一個與膜片連接的執(zhí)行機構，其中在 承載元件與膜片之間設有一個變薄區(qū)域，用于使得膜片的振動成為可能， 其中膜片被埋入在承載元件中。由此在提供更精確的測量結果的方法中可 使用一個更穩(wěn)固的、長工作壽命的超聲波傳感器。


本發(fā)明將借助一個附圖來詳細地說明。附圖中表示
圖l: 一個超聲波傳感器的概要視圖，該超聲波傳感器是用于機動車的 一個緩沖器或保險杠的一部分。
具體實施例方式
圖1示出具有一個承載元件2及一個膜片3的超聲波傳感器1。在此， 承載元件2被構造成一個機動車的保險杠。膜片3在所有側上被一個變薄
區(qū)域4包圍。該變薄區(qū)域4具有半圓形或圓形的凹部5，這些凹部也被稱為槽。
凹部5在承載元件2的上側及下側上或在承載元件2的兩側的僅一側 上被開設在該承載元件中。在這些凹部5之間存在橋接部6。在變薄區(qū)域4 的遠離膜片的一側上，在承載元件2中設有一個阻尼元件。該阻尼元件被
構造成去耦合元件7。在此，該去耦合元件7例如為空心柱形的及這樣地構 成，使得變薄區(qū)域4及膜片3位于該空心柱體的內(nèi)部，所述空心柱形及空 心柱體也可為空心圓柱形及空心圓柱體。但也可以是，兩個去耦合元件7 使所述承載元件2的一個區(qū)域與該余下的承載元件2這樣地完全分隔開， 以致這兩個變薄區(qū)域4及所述膜片3處于這些去耦合元件7的內(nèi)部。在此 也可以是，這些變薄區(qū)域4彼此分開地構造，以致所述膜片3從該承載元 件2的一個端部延伸到另一端部，即在該剖切平面中從前面或后面延伸到 后面或前面。
在將承載元件2裝配在機動車上時，值得期望的是，膜片3指向外部 及一個執(zhí)行機構8被安裝在承載元件2與該機動車的底盤之間。執(zhí)行機構8 包括一個線圈9及一個鐵磁性的鐵心10。該鐵磁性的鐵心10相對線圈9可 運動。在圖示實施例中，該鐵磁性的鐵心IO沿箭頭A可這樣地運動，以致 鐵心IO被構造成可移入線圈9中并且也可由該線圈移出，這視電能的施加 而定。鐵磁性的鐵心10與一個金屬板11相連接。也可使用由其它材料、 如硬的塑料制成的板。通過該金屬板11將運動能量再傳送給膜片3。
在本實施例中，在一個保險杠的外表中插入一個塑料部件。在本例中 該塑料部件被成型為承載元件2。
在根據(jù)圖1的實施例中，在承載元件2的兩側上各構造有一個變薄區(qū) 域4，但也可以是，該變薄區(qū)域4僅被設置在承載元件的一側上，即在膜片 的左側及右側上在承載元件的底面或承載元件的上面上。由此可作到對 于一個從保險杠外部來看它的觀察者而言不能看到該變薄區(qū)域4的結構。
圖1中的膜片3可在箭頭方向A上向上或向下地運動。由此可借助該 結構同時發(fā)送多個音調(diào)(T6ne)，并且此外還可對這些音調(diào)在其頻率上調(diào)制。 因此得到了一個超聲波傳感器，借助它可部分地復制出一個蝙蝠的聲發(fā)射。 此外，該超聲波傳感器具有一些穩(wěn)固的機械特性，并且與具有膜片及粘接 上的壓電元件的傳統(tǒng)超聲波傳感器的情況相比，可好得多地被保護以防碎 石撞擊引起損壞的危險。并且可以使用約120dB的高聲壓及同時發(fā)送三個 諧波、即在例如三倍頻程(Oktaven)上的信號。
此外也可以，在啾聲信號的意義上調(diào)制發(fā)送的信號，其方式是，首先
發(fā)射一個CF-FM信號，該CF-FM信號然后在其頻率上被調(diào)制。對于CF-FM 信號應理解為所謂的恒頻的頻率調(diào)制信號。通過這種超聲波換能器可實現(xiàn) 寬帶的激勵，它使得可以根據(jù)形狀及特性、尤其是根據(jù)密度來分類多層次 的系統(tǒng)。作為啾聲信號的背景可參考文獻DE4 232 254A1。
此外，通過頻率偏移可推斷出被檢測物體的形狀，其中，通過不同的 頻率可以得出屬于障礙的物體的特性。
通過執(zhí)行機構8的電激勵，尤其通過鐵心10在線圈9中的運動，可產(chǎn) 生膜片3的運動，這導致聲信號、尤其是超聲波信號的發(fā)射。它的回波可 通過合適的傳感器來接收及借助傳播時間的確定可確定出到物體的距離。
權利要求
1. 超聲波傳感器(1)，具有一個承載元件(2)，一個膜片(3)及一個與膜片(3)連接的執(zhí)行機構(8)，其中在承載元件(2)與膜片(3)之間設有一個變薄區(qū)域(4)，使得膜片(3)的振動成為可能，其特征在于該膜片(3)被埋入在承載元件(2)中。
2. 根據(jù)權利要求1的超聲波傳感器(1)，其特征在于，執(zhí)行機構(8) 包括一個具有鐵磁性的鐵心(10)的線圈(9)，其中，鐵磁性的鐵心(10) 與膜片(3)處于作用關系，使得鐵磁性的鐵心(10)的運動引起膜片(3) 的運動。
3. 根據(jù)權利要求2的超聲波傳感器(1 )，其特征在于，鐵磁性的鐵心(10) 與膜片(3)相連接，優(yōu)選通過一個金屬板(11)相連接。
4. 根據(jù)權利要求1， 2或3的超聲波傳感器(1)，其特征在于，變薄區(qū) 域(4)通過開設在承載元件(2)中的槽來產(chǎn)生。
5. 根據(jù)權利要求4的超聲波傳感器(1)，其特征在于，所述槽被構造在 承載元件(2)的上面及底面上，所述槽優(yōu)選為半圓形，用于通過在垂直方 向壓縮的發(fā)射區(qū)域來實現(xiàn)可選擇的輻射特性以避免地面回波。
6. 根據(jù)權利要求4的超聲波傳感器(1)，其特征在于，這些槽被構造在 承載元件(2)的上面及底面上，優(yōu)選為圓形，用于實現(xiàn)圓對稱的輻射特性。
7. 根據(jù)權利要求1至6中一項的超聲波傳感器(1)，其特征在于，膜片 (3)及承載元件(2)由一個整體部件組成。
8. 根據(jù)權利要求1至7中一項的超聲波傳感器(1)，其特征在于，在膜 片(3)與承載元件(2)之間在膜片(3)兩側上設有使膜片(3)與承載 元件(2)去耦合的去耦合元件(7)，所述去耦合元件阻止固體聲由膜片(3) 傳遞到承載元件(2)上或相反地傳遞。
9. 根據(jù)權利要求8的超聲波傳感器(1)，其特征在于，去耦合元件(7) 由橡膠組成及優(yōu)選為橡膠緩沖器。
10. 根據(jù)權利要求1至9中一項的超聲波傳感器(1)，其特征在于，承 載元件(2)是一個機動車的優(yōu)選由塑料成型的保險杠。
11.使用根據(jù)權利要求1至10中一項的超聲波傳感器來測量離一個傳感 器有間距的物體的距離和/或確定所述物體的形狀及特性的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有一個承載元件、一個膜片及一個與膜片連接的執(zhí)行機構的超聲波傳感器，其中，在承載元件與膜片之間設有一個變薄區(qū)域，用于允許膜片的振動，其中膜片被埋入在承載元件中。本發(fā)明還涉及使用一個超聲波傳感器來測量離一個傳感器有間距的物體的距離和/或確定所述物體的形狀及特性的方法。
文檔編號H04R19/00GK101384101SQ20081021486
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權日2007年9月3日
發(fā)明者P·克諾爾 申請人:羅伯特·博世有限公司