用于環(huán)境探測(cè)的換能器的脈沖后振蕩的抑制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于環(huán)境傳感技術(shù)的具有換能器的裝置，所述換能器用于發(fā) 射和接收探測(cè)信號(hào)。本發(fā)明尤其涉及以下裝置：在該裝置中，在發(fā)射過(guò)程之后借助于合 適的、尤其自適應(yīng)濾波器來(lái)更快速地產(chǎn)生可用的探測(cè)信號(hào)以抑制換能器的脈沖后振蕩 (Nachschwingen)或者振蕩衰減（Ausschwingen)。尤其在汽車制造中使用換能器用于距離 測(cè)量或者環(huán)境監(jiān)視，所述換能器在第一方法步驟中以發(fā)射器的功能發(fā)射信號(hào)并且接著以接 收器的功能接收所發(fā)射的信號(hào)的反射并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。為此，由于良好的可控性、兼容 性和小的成本，通常使用聲學(xué)換能器，所述聲學(xué)換能器尤其在超聲范圍內(nèi)工作。由在所述發(fā) 射和所反射的信號(hào)的接收之間的脈沖傳播時(shí)間推斷出到換能器的對(duì)象間距。
[0002] 為了一般性地描述第i個(gè)測(cè)量周期的時(shí)間變化曲線，以下使用標(biāo)記Ti和術(shù)語(yǔ)"周 期時(shí)間"。根據(jù)公式：
[0003] Ti=t-tSi-Tpi
[0004] 由絕對(duì)時(shí)間t以及信號(hào)發(fā)射開(kāi)始的相應(yīng)時(shí)刻tSi、第i個(gè)測(cè)量周期的信號(hào)持續(xù)時(shí)間 Tpi的差計(jì)算出周期時(shí)間Ti。
[0005] 圖1示出超聲換能器在一個(gè)測(cè)量周期期間的振蕩幅度的典型變化曲線。在換能器 的主動(dòng)（電）激勵(lì)的表示為"發(fā)射"（Si)的時(shí)間期間，換能器以施加（eingepiigt)給它的 頻率開(kāi)始振蕩。因?yàn)楝F(xiàn)今的換能器為較高階的諧振系統(tǒng)，所以發(fā)射時(shí)間分為"瞬態(tài)振蕩時(shí) 間"（Sla)和"恒定發(fā)射時(shí)間"（Slb)。
[0006] 在主動(dòng)激勵(lì)結(jié)束之后是通過(guò)激勵(lì)存儲(chǔ)在換能器中的振蕩能量的振蕩衰減（S2)。只 有當(dāng)換能器的振蕩能量充分地耗散時(shí)，才能夠借助換能器探測(cè)到達(dá)換能器的回波。該時(shí)刻 確定接收（S3)的開(kāi)始。發(fā)射時(shí)間加上振蕩衰減在以下傳感器中限制對(duì)象的近距離測(cè)量能 力：所述傳感器要通過(guò)傳播時(shí)間求取來(lái)感測(cè)反射對(duì)象的回波。
[0007] 只要振蕩衰減信號(hào)在完成的發(fā)射過(guò)程之后還持續(xù)，換言之，只要在發(fā)射之后殘余 并且衰減的膜片振動(dòng)還未完全停頓，則接收信號(hào)r(T)為振蕩衰減rA(T)和由對(duì)象反射的發(fā) 射信號(hào)的回波!^!1)的疊加。
[0008] 振蕩衰減rA(T)在相同控制和相同邊緣條件（尤其氣候、樣本特性）的情況下進(jìn) 行。通常，借助于振蕩衰減的信號(hào)強(qiáng)度的變化曲線Ra(T)以及振蕩衰減的頻率變化曲線 fA(T)以及振蕩衰減的相位變化曲線q>A(T)根據(jù)公式
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于環(huán)境傳感技術(shù)、尤其用于聲學(xué)信號(hào)拾取的裝置，其包括 用于發(fā)射和接收信號(hào)的換能器（1)、具有阻塞濾波器（4)的信號(hào)處理單元（2)，其中，所 述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置用于根據(jù)通過(guò)所述換能器（1)發(fā)射的第一信號(hào)結(jié)合所反射的、通 過(guò)所述換能器（1)接收的第一信號(hào)確定所述換能器（1)與環(huán)境對(duì)象的間距，其特征在于，所 述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置用于以與其振蕩衰減信號(hào)相比不同的信號(hào)形式激勵(lì)所述換能器 (1)進(jìn)行發(fā)射并且通過(guò)所述阻塞濾波器（4)使通過(guò)所述換能器（1)接收的信號(hào)至少部分地 擺脫所述振蕩衰減信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置用于使所述阻 塞濾波器（4)追蹤所述振蕩衰減信號(hào)的特性。
3. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置 用于使所述阻塞濾波器（4)的阻塞頻率在時(shí)間上追蹤所述換能器（1)的振蕩衰減信號(hào)的頻 率，和/或，實(shí)施時(shí)變?yōu)V波，其方式是，使所述阻塞濾波器（4)的阻尼程度追蹤所述振蕩衰減 信號(hào)的強(qiáng)度相對(duì)于所接收的信號(hào)的強(qiáng)度的比例的時(shí)間變化曲線。
4. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置 用于通過(guò)所述阻塞濾波器（4)、至少一個(gè)連接在所述阻塞濾波器（4)之后的第二濾波器（5) 以及一個(gè)模擬混頻級(jí)（6)實(shí)施時(shí)變?yōu)V波，其中，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置用于使所述第二 濾波器（5)的濾波器頻率特性追蹤所述阻塞濾波器（4)的濾波器頻率特性，其中，所述混頻 級(jí)（6)設(shè)置用于使來(lái)自所述阻塞濾波器⑷的輸出信號(hào)的和/或來(lái)自所述第二濾波器（5) 的輸出信號(hào)的濾波器信號(hào)變頻。
5. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述阻塞濾波器（4)實(shí)施為 時(shí)間離散地工作的濾波器、尤其實(shí)施為時(shí)間離散地工作的數(shù)字濾波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置用于通過(guò)所述 采樣頻率的變化和/或所述阻塞濾波器（4)的系數(shù)的變化來(lái)在時(shí)間上改變時(shí)間離散地工作 的阻塞濾波器（4)的濾波特性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述阻塞濾波器⑷在接收 路徑中包括分立的電部件，尤其由這些電部件組成，其中，所述阻塞濾波器（4)設(shè)置用于尤 其抑制等于或者鄰近所述換能器（1)的諧振頻率的頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，通過(guò)在所述接收路徑之內(nèi)的部件的電連 接的分離或者建立來(lái)產(chǎn)生所述阻塞濾波器（4)的時(shí)間變化。
9. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置 用于實(shí)施模擬阻塞濾波和接著實(shí)施時(shí)間離散的濾波。
10. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置 用于在與所述振蕩衰減信號(hào)的頻率不同的頻率上發(fā)射所述發(fā)射信號(hào)。
11. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元（2)設(shè)置 用于尤其以相對(duì)于在之前發(fā)生的振蕩衰減信號(hào)固定的頻率偏移使所述發(fā)射信號(hào)的頻率變 化曲線追蹤所述振蕩衰減信號(hào)的頻率變化曲線。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于環(huán)境傳感技術(shù)、尤其用于聲學(xué)信號(hào)拾取的裝置，其包括用于發(fā)射和接收信號(hào)的換能器(1)、信號(hào)處理單元(2)，其中，所述信號(hào)處理單元(2)設(shè)置用于根據(jù)通過(guò)所述換能器(1)發(fā)射的第一信號(hào)結(jié)合所反射的、通過(guò)所述換能器(1)接收的第一信號(hào)確定所述換能器(1)與環(huán)境對(duì)象的間距，其特征在于，借助所述信號(hào)處理單元(2)所述換能器(1)設(shè)置成以與其振蕩衰減信號(hào)相比不同的信號(hào)形式被激勵(lì)進(jìn)行發(fā)射并且借助所述阻塞濾波器(4)使通過(guò)所述換能器(1)接收的信號(hào)至少部分地?cái)[脫所述振蕩衰減信號(hào)。優(yōu)選時(shí)變地形成所述換能器(1)的激勵(lì)信號(hào)的濾波和/或頻率變化曲線。
【IPC分類】G01S7-527, G01S15-93, G01S15-10
【公開(kāi)號(hào)】CN104704387
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380052307
【發(fā)明人】M·卡爾
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年7月31日
【公告號(hào)】DE102012218298A1, EP2904424A1, WO2014056645A1