CN112912184A - 声变换器和用于运行声变换器的方法 - Google Patents
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Abstract
声变换器(1)具有第一压电元件(3),所述第一压电元件具有第一外电极(14、15),用于从电信号中产生声音信号,或者反之亦然;并且具有至少一个第二外电极(16、17),所述第二外电极能够与第一外电极(14、15)分离地***控,用以设定所述声变换器(1)的电声特性、诸如谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。
Description
技术领域
本发明涉及声变换器(英文:“Transducer(变换器)”)。这样的器件例如被构造用于从电信号中产生声音信号和/或反之亦然。它尤其可以是超声变换器,其中声音信号具有高于人类听力范围的频率。当今,这种声变换器被用于许多测量任务,尤其是用于测量距离。已知的应用示例是载客汽车中的停车辅助(Einparkhilfe),所述停车辅助当今绝大部分地通过利用后保险杠中的超声变换器测量渡越时间来进行。这样的应用在空气中的典型频率范围约从30 kHz伸展至100 kHz。
背景技术
声变换器是通常在其最低谐振频率下被运行的谐振器件。在大多数使用的渡越时间距离测量情况下,声变换器例如以由电路中的ASIC电操控的方式以其工作频率发出短声音脉冲串(Burst)。声音信号在对象处被反射回声变换器,所述声变换器现在接收所反射的声音信号,从中产生电接收信号,并且将该电接收信号输送给评估单元(例如ASIC)用以评估渡越时间。
发明内容
本发明的任务是说明一种改善的声变换器以及用于运行这种声变换器的方法。
根据本发明的第一方面,声变换器具有第一压电元件。第一压电元件被构造用于将电信号转换成变形,或者反之亦然。第一压电元件具有第一外电极。尤其是,第一外电极可以利用声变换器的工作频率***控,其中第一压电元件变形。压电元件可以与膜片耦合,或者本身可以被构造为膜片。通过第一压电元件的变形可能引起膜片振荡,由此产生声音信号。声音信号例如被反射回,并且导致第一压电元件变形,由此产生电接收信号。通常,工作频率、也即施加到第一压电元件上的电压的频率对应于声变换器的声音谐振频率。
在一种实施方式中,声变换器具有膜片,第一压电元件与膜片连接,使得在适当的电操控情况下,该第一压电元件将膜片置于振荡中。以这种方式产生声音信号。尤其是,膜片以能振荡的方式安放,例如在边缘区域中固定地安放并且在中间区域中是可移动的。第一压电元件例如固定在膜片的下侧处。第一压电元件例如仅布置、尤其是固定在膜片处,而不布置、尤其是固定在载体主体处。尤其是,第一压电元件具有比膜片更小的横向延伸。
将能振荡的膜片和压电元件分离的优点是,膜片可以在其材料和结构方面以可变的方式制造,并且可以与环境无关地对膜片进行操控。例如,膜片可以与载体主体一件式地构造。然后可以事后将压电元件固定在膜片处。
在另一实施方式中,第一压电元件本身被构造为膜片。压电元件尤其是以能振荡的方式安放,例如在边缘区域中固定地安放并且在中间区域中可竖直地移动。
也可以存在两个实施方式的组合,使得压电元件以能振荡的方式安放并且附加地由膜片覆盖。
除了第一外电极之外,声变换器还具有至少一个第二外电极。第二外电极例如布置在声变换器的第二压电元件处。也可能的是,将第二外电极布置在第一压电元件处。至少一个第二外电极用于有针对性地设定声变换器的电声特性。例如,第二外电极用于设定声变换器的谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。可以与第一外电极分离地操控第二外电极。
例如,第二压电元件与分离的第二操控装置连接。通过第二操控装置,可以对第二压电元件施加与对第一压电元件不同的电信号或不同的端接。例如,存在与第一外电极分离的两个第二外电极。也可能仅存在一个附加的第二外电极。
第二压电元件例如与第一压电元件一起形成堆叠式装置。例如,第二压电元件布置在第一压电元件的指向超声变换器的内部的侧处。例如,在单独的膜片的情况下,该膜片布置在第一压电元件的第一侧处,而第二压电元件布置在第一压电元件的相对的第二侧处。
第二压电元件可以被构造为单独的主体,或者可以与第一压电元件整体地构造。例如,在整体构造的情况下,第一压电元件具有用于从电信号中产生声音信号或反之亦然的第一外电极,并且此外具有用于设定电声特性的至少一个第二外电极。通过不同地定位外电极,分配给外电极的区域在这里可以在声变换器的极化(Polung)期间被偏振化(polarisiert)。这些区域在运行中用于产生电或声音信号或用于设定电声属性。针对具有第一和第二压电元件的声变换器的在这里描述的所有特性也适用于其中第二压电元件和第一压电元件整体地构造的声变换器。
例如,第一外电极被构造用于以与所产生的声音信号的频率相对应的工作频率进行操控。根据期望的电声特性来选择第二外电极的操控。
第二外电极例如被构造用于产生压电变形,并且由此对膜片施加张紧力或压缩力。尤其是,在施加电压的情况下,第一或第二压电元件可以径向地膨胀或收缩。例如,第二压电元件与能振荡的膜片耦合,使得变形被传递到膜片上。由此,可以改变膜片的刚度,并且从而改变膜片的谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。
在一种实施方式中,第二压电元件仅与膜片的部分区域连接、例如与膜片的边缘区域连接。在此情况下这可以是膜片的支承区域。也可能的,经由耦合元件建立连接,所述耦合元件将第二压电元件的变形传递到膜片上。第二压电元件也可以直接地、例如通过粘接与膜片连接。
在另一实施方式中,第二压电元件直接地固定在膜片处、例如固定在膜片的下侧处。第二压电元件可以例如整面地固定在膜片处。在膜片由第一压电元件形成的情况下,第二压电元件因此固定在第一压电元件处。
第二压电元件例如以小板的形式构造。第二压电元件也可以集成到声变换器的载体主体中或形成该载体主体。例如,第二压电元件被构造为空心圆柱体。在另一实施方式中,可替代地或附加地,第一压电元件可以集成在载体主体中。
声变换器的电声特性可以通过电操控第二压电元件有针对性地被适配。例如,在制造声变换器期间确定电操控方式,或者在运行中动态地适配操控方式。
为了设定电声特性,第二压电元件例如以低阻抗方式被端接、以高阻抗方式被端接、被施加直流电压或被施加交流电压。例如,给第一压电元件施加交流电压,并且给第二压电元件施加经偏移的相位角值的交流电压。
通过第二压电元件例如可以补偿由于环境条件(诸如工作温度)或由于寿命(诸如粘合点或吸音材料的老化)而引起的声变换器的特性的变化。以这种方式,可以实现在很大程度上恒定的测量结果。此外,也可以通过特定地操控第二压电元件来补偿制造公差。例如,通过操控方式将谐振频率向原始谐振频率的值偏移或朝向期望的谐振频率偏移。对于期望的偏移所需要的对第二压电元件的操控例如以校准方法来确定。
此外,第二压电元件使得能够针对特定的运行方式优化声变换器。例如,通过操控第二压电元件,可以针对在大距离上的运行优化声变换器。在此例如选择操控,使得声变换器具有高的品质因数、长的时间常数和/或高的声压振幅。通过对第二压电元件的经改变的操控,可以针对在短距离上的运行优化声变换器。在此例如选择操控,使得声变换器具有较低的品质因数、较短的时间常数和/或较小的声压振幅。以这种方式,可以缩短在声变换器的发送和接收模式之间的所需要的延迟时间(Totzeit)。例如,操控方式可以是持久地确定的或在运行中动态地被改变。
此外可能的是,通过改变第二压电元件的操控来在发出和接收信号期间改变声变换器的特性。例如,谐振频率和/或反谐振频率可以与发送和接收模式有关地被适配。
此外可能的是,通过特定地操控第二压电元件来给声学信号配备标识符。尤其是,可以在相同的空间区域中使用多个结构相同的声变换器,并且在此可以通过不同的标识符彼此区分声音信号。例如,声变换器的谐振频率可以通过操控方式而不同,使得声变换器可以在不同的工作频率下被运行。标识符也可以通过对声音信号进行频率调制来产生。
根据本发明的另一方面,说明一种用于运行声变换器的方法。这在此尤其是前述声变换器。声变换器也可以是多个声变换器的装置的一部分。在该方法中,操控第二外电极,使得有针对性地设定声变换器的电声特性。尤其是,可以通过操控来设定声变换器的谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。
从而例如使得能够补偿声变换器的谐振频率的由环境或老化引起的偏移。
例如,现在存在的谐振频率对应于声变换器的固定设定的工作频率。因此,在同时操控第一外电极时,工作频率现在处于声变换器的谐振频率处。
在另一实施方式中,操控第二外电极,使得将反谐振频率偏移到期望值上。例如,在发出声音信号之后,可以使反谐振频率朝向在发出时存在的谐振频率的值偏移。以这种方式,可以优化反射回的信号的接收。
上述的运行变型也可以被彼此组合。
根据本发明的另一方面,装置具有前述声变换器中的多个声变换器。所述装置尤其是可以被构造为用于机动车的停车辅助***。声变换器在此可以分别具有相同的结构形式。声变换器的第二外电极可以彼此不同地***控。
以这种方式,声变换器的电声特性可以根据第二压电元件的所选择的操控而是不同的。因此,声音信号获得自身的标识符,并且因此彼此可区分。例如,声变换器由于第二压电元件的不同操控在其谐振频率方面不同。在这种情况下,声变换器可以以与其谐振频率相对应的不同工作频率被运行,使得声音信号也具有不同的频率。这能够实现:可以在同一空间区域中高效地使用多个结构相同的声变换器。
根据本发明的另一方面,说明一种用于运行具有多个声变换器的装置的方法。在此,第二压电元件中的至少一个第二压电元件与第二压电元件中的另一第二压电元件不同地***控。因此,至少两个声变换器、尤其是结构相同的声变换器具有不同的电声特性、诸如不同的谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。这例如使得能够在与其相应的谐振频率相对应的不同工作频率下运行声变换器。在这里,所有第二压电元件也可以不同地***控,使得所有声变换器具有单独的标识符。可以例如如上所述选择第二压电元件的操控方式。
在这里说明的主题的描述不限于各个特殊实施方式。相反地,只要在技术上是合理的,各个实施方式的特征可以被彼此组合。
附图说明
下面根据示意性实施例更详细地阐述在这里描述的主题。
图1以分解图示出声变换器的一种实施方式,
图2是图1的声变换器的剖视图,
图3以剖视图示出声变换器的另一实施方式,
图4以剖视图示出声变换器的另一实施方式,
图5以剖视图示出具有两个用于声变换器的压电元件的测量结构,
图6以示意图示出声变换器的运行方式的流程图,
图7以示意视图示出多个声变换器的装置。
优选地在以下图中,相同的附图标记参照不同实施方式的功能上或结构上对应的部分。
具体实施方式
图1以分解图示出声变换器1的一种实施方式。图2以纵视图示出该声变换器1。
声变换器1被构造用于从电输入信号中产生声波。尤其是,它可以是高于人类听力范围、尤其是在超声范围内的声波。声变换器1可以被用于测量距离,例如用于机动车中的停车辅助。为此,声变换器发出短的声音信号,其中所述声音信号在对象处被反射回,接收所反射的信号并且将该所反射的信号转换成电信号。由此,可以确定声音信号的渡越时间,并且从而可以确定距反射物体的距离。
声变换器1具有用于从其振荡产生声波的膜片2。该膜片可以例如具有阿鲁杜合金(Aludur)作为材料。膜片2以能振荡的方式安放。膜片2的振荡例如可以通过第一压电元件3产生,所述第一压电元件将电输入信号转换成机械变形并且由此产生膜片2的运动。
第一压电元件3例如具有压电陶瓷或由压电陶瓷组成。第一压电元件3可以具有圆盘形。第一压电元件3例如刚性地固定在膜片2处,例如粘接到膜片2的位于内部的侧上。
第一压电元件3经由电操控装置4、5、尤其是经由例如导线形式的电接触元件***控。为进一步接触到从外部可达的端子,例如使用细导线,所述细导线具有低的净重并且不显着影响或转发压电元件3的机械振动。
为了发出声音信号,第一压电元件3通过电压、例如脉冲串式交流电压基本上在径向上被激励成振荡。由此,产生空间变形、尤其是膜片2的凸形,并且在此产生振动。膜片2的这种运动产生例如在超声频率范围中的所发射的空气声。
声变换器1具有用于改变声变换器的特性的第二压电元件6。第二压电元件6例如具有压电陶瓷或由压电陶瓷组成。在此情况下它可以是与在第一压电元件3情况下相同的材料。
第二压电元件6具有第二操控装置7、8,例如经由导线形式的两个接触元件,在运行中可以经由所述接触元件施加控制电压。尤其是,可以通过第二压电元件6在运中借助于施加给第二压电元件6的控制电压和/或端接(Terminierung)来改变声变换器1的谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。
第二压电元件6例如以小板的形式来实施。第二压电元件可以具有中心开口,用以保证膜片2的不受干扰的振荡。
第二压电元件6与膜片2耦合,以便改变其特性。尤其是,第二压电元件6可以被构造用于改变膜片2的机械刚度。例如,膜片2刚性地耦合到第二压电元件6上,例如直接固定在第二压电元件6处。为此,膜片2可以在其边缘区域中通过粘接固定在第二压电元件6处。可选地,膜片2可以经由耦合元件9、例如经由环形式的在这里绘出的耦合元件9与第二压电元件2耦合。因此,第二压电元件6的运动经由耦合元件9被传递到膜片2。例如,膜片2固定在耦合元件9处,并且耦合元件9固定在第二压电元件6处,例如通过粘接固定。耦合元件9在这里也形成用于膜片2的支承面。
例如也可能的是,构造耦合元件9,使得第二压电元件的变形机械地转移到膜片2上,以便例如实现更大的变形。例如,耦合元件具有杠杆功能。
通过给第二压电元件6施加电压,第二压电元件6可以在径向上膨胀或压缩。由此,向膜片2施加张紧力,所述张紧力可以根据所施加的电压更强或更弱。张紧力的水平影响膜片2的谐振频率。因此,可以经由第二压电元件6的电操控方式来改变声变换器的谐振频率。
声变换器1此外具有载体10,所述载体10例如具有带有矩形或圆形横截面的载体主体11。载体主体11例如被构造为空心圆柱体。载体10可以具有与载体主体11连接的底部12、尤其是底板。底部12例如通过粘接刚性地与载体主体11连接。
例如,第二压电元件6固定在载体10处。该固定例如是软的弹性连接,使得第二压电元件6的变形不被传递到载体10。
声变换器1可以具有用于构造期望的方向特性的声吸收器13。吸收器13例如填满声变换器1中的空腔。例如,吸收器13被构造为泡沫,所述泡沫通过许多小空腔产生声音的反射,并且从而减少声音穿过吸收器13的传播。
声变换器1此外也可以具有不同的谐振器,使得除了膜片的固有频率之外,还得出其他谐振频率。例如,可以通过在膜片下方构造适当的空腔、例如载体主体11中的未填充的空腔而存在空腔谐振器。以这种方式,声变换器1可以具有第二谐振,所述第二谐振例如接近所使用的膜片谐振。在两个谐振频率之间可以在一定的带宽上实现平坦的阻抗变化过程。这可以对于应用产生可用的特性,例如高声压振幅与短时间常数组合。
也可能的是,通过主体10的特定结构形状来改变振荡模式。例如,当在膜片和主体10的两个厚侧面上进行相应的材料分布时,可以实现类似于音叉的振荡。
图3以纵视图示出声变换器1的另一实施方式。与图1的实施方式不同,在这里第一压电元件3接管膜片2的功能。
第一压电元件3在此在边缘区域中放在载体主体11上,使得第一压电元件3可以在水平方向上构造振荡并且产生声波。第一压电元件3相应地配备有电极面并且经由第一操控装置4、5***控。
附加地,覆层或膜片可以涂覆在第一压电元件3处,尤其是涂覆在声变换器1的外侧处。这可以用于保护压电元件3免受外部影响和/或用于保护环境免受压电元件3的电极材料。在这种情况下,覆层或膜片应该被构造为使得所述覆层或膜片尽可能少地妨碍第一压电元件3的振荡。
第二压电元件6与第一压电元件3连接,使得可以通过电操控第二压电元件6来产生第一压电元件3的变形。以这种方式,可以有针对性地改变第一压电元件3的谐振频率。例如,第二压电元件6通过粘接固定在第一压电元件3处。也可能的是,通过结合或其他连接技术将第二压电元件6固定在第一压电元件3处。第二压电元件6也可以通过共同烧结与第二压电元件3连接。在这里,也可以涉及整体主体。
在本实施方式中,第二压电元件6仅在第一压电元件3的横向中心区域上延伸,并且不位于载体主体11上。在替代实施方式中,第二压电元件6可以横向地在整个第一压电元件3上延伸并且放在载体主体11上。在这种情况下,第一压电元件3和第二压电元件6执行共同的振荡。第二压电元件6也可以放在第一压电元件3上。单独的膜片也可以放在载体主体11上,并且两个压电元件3、6可以固定在该膜片处而不放在其上。
不同的操控方式是可能的。根据所选择的操控方式,可以有针对性地控制声变换器的特性。
根据第一变型,经由第二操控装置7、8给第二压电元件6施加直流电压,使得出现第二压电元件6的膨胀或收缩。由此,对第一压电元件3施加相应的机械应力,由此改变该装置的固有谐振频率和/或品质因数。例如,通过电阻抗的测量已经表明,在施加电压时,电谐振频率可以轻微偏移并且品质因数可以被减小。
根据第二变型,以高阻抗方式电端接第二压电元件6,而利用交流电压操控第一压电元件3。在这种情况下,不通过操控第二压电元件6而改变振荡。在这里,在第二压电元件6中产生的电压可以被用于测量和调节目的。
根据第三变型,以低阻抗方式电端接第二压电元件6。在这种情况下,第二压电元件6的弹性特性改变,并且从而第一压电元件3的弹性特性也改变。尤其是,与高阻抗端接相比,通过低阻抗端接可以实现谐振频率的明显偏移。
根据第四变型,在声变换器1的运行中,给第二压电元件6施加与施加在第一压电元件3上的交流电压相比具有经偏移的相位角值的交流电压。相位角值例如偏移了180°。例如,所施加的交流电压的频率是相同的。在这种操控情况下,使压电元件3、6中的一个收缩,而压电元件3、6中的另一个膨胀。例如,压电元件3、6串联电连接。
与第二变型(高阻抗端接)相比,这种操控导致较大的振幅或较低的操控电压振幅足以产生膜片2的特定偏转。已经表明,与单个压电元件的电容相比,两个压电元件3、6的电负载电容也被降低,例如减半。此外,在这里可以实现谐振频率偏移到更小的值。
根据第五变型,在声变换器1在运行中,以与第一压电元件3相同的相位角值的交流电压运行第二压电元件6。例如,频率也是相同的,使得接线对应于电并联连接。以这种方式,可以减小谐振点或使所述谐振点消失。
图4以纵视图示出声变换器1的另一实施方式。
膜片2在这里与载体10一件式地构造。载体10的载体主体11被构造为空心体、尤其是圆柱形空心体。膜片2形成用于载体主体11的盖。载体主体11和膜片2例如具有阿鲁杜合金作为材料或由阿鲁杜合金组成。例如,载体主体11与膜片2共同地通过挤压或铣磨(Fräßen)制造。载体10可以具有底部12。声吸收器13可以存在于载体10中。
膜片2例如被构造得比载体主体11更薄,使得保证膜片2的振荡能力。
第一压电元件3固定在膜片2 的下侧处和第二压电元件6固定在其下面。第一压电元件3在此尤其是用于激励或接收膜片2的振荡。第二压电元件6用于设定声变换器的电声特性。经由第一操控装置4、5操控第一压电元件3,并且经由第二操控装置7、8操控第二压电元件6,尤其是对其施加电压。
在图5中示出用于测量装置的电特性的测量结构,其中第二压电元件6通过粘合剂18固定在第一压电元件3处。两个压电元件3、6均具有PZT作为材料。两个压电元件3、6的装置的直径为7.2 mm,并且厚度为0.4 mm。当前,压电元件3、6具有相同的横向延伸。
在测量结构中存在的装置可以以所示的结构和尺寸被用作机动车中的声变换器中。例如,在图3或图4的声变换器中可以存在相应的结构。
该结构例如适用于其中存在用于产生和/或接收声音信号的附加膜片的实施方式。在这种情况下,该装置的直径例如小于膜片,使得仅膜片在其边缘区域中安放在载体主体上,并且该装置仅固定在膜片处。
此外,也可以在其中压电元件中的至少一个形成用于产生和/或接收声音信号的膜片的实施方式情况下使用该结构。在这种情况下,例如第二压电元件6具有比第一压电元件3更小的直径,使得第一压电元件3在边缘区域中以能振荡的方式固定在载体主体上并且第二压电元件6仅固定在第一压电元件3处,而不被安放在载体主体上。两个压电元件3、6也可以以能振荡的方式安放在载体主体上。例如,在这种情况下,两个压电元件3、6具有相同的直径。
第一压电元件3具有两个外电极14、15,经由第一操控装置4、5给所述外电极施加电压。此外,经由第一操控装置4、5测量电阻抗以及从而测量电谐振和反谐振。第二压电元件6同样具有两个外电极16、17,所述外电极经由第二操控装置7、8被电接触。位于中间的外电极15、16也可以经由共同的接触元件被接触,例如接地。
在电测量情况下已经表明,在第二压电元件6的端接以对应于开关19的位置从“断开(auf)”变成“闭合(zu)”)的方式从高阻抗变成低阻抗时,50 kHz处的谐振频率可以被降低几kHz,其中电品质因数保持在相同的值上。
图6示出前述图的声变换器的可能运行方式的流程图。在这里可以涉及在发送和/或接收运行期间的操控,或者也可以涉及用于校准声变换器的运行。
在第一步骤A中,声变换器具有谐振频率fR。例如,声变换器被设计用于在工作频率fB下运行。工作频率fB可以对应于谐振频率fR或可以与之不同。第二压电元件例如在当前的谐振频率fR时以高阻抗方式被端接。第二压电元件6也可以以其他方式***控。在发送模式下,第一压电元件3可以在步骤B中以工作频率fB被运行。在校准时,例如测量谐振频率fR,并且确定与期望谐振频率的偏差。
在随后的步骤B中,改变第二压电元件6的操控S,例如以低阻抗方式端接或以其他方式操控。通过操控第二压电元件,将声变换器的谐振频率fR偏移到值fR'。例如,使谐振频率朝向工作频率fB偏移。附加地或替代地,也可以将反谐振频率fAR偏移到值fAR'。例如,使反谐振频率朝向工作频率fB偏移。声变换器1在步骤B中在发射模式下例如以工作频率fB被运行,或者在接收模式下准备用于接收声音信号。
下面在细节上描述不同的场景。
例如,声变换器的谐振频率和/或品质因数可能例如由于诸如高温或低温之类的环境条件而变化。在这种情况下,谐振频率和/或品质因数不再与预先设定的工作频率fB(步骤A)相配。通过适当地操控第二压电元件,可以将谐振频率和/或品质因数再次置于原始值(步骤B)。因此可以补偿谐振频率和/或品质因数的变化。以这种方式,可以将声变换器在接收回波时的灵敏度和可测量的距离范围保持在期望值。从而可以可靠地将***性能保持在最佳值并且相应地进行指定(spezifiziert)。
对此附加地或可替代地,在这种结构情况下可能的是,在发出声音以及在接收声音时优化声变换器1的效率。在这里,最有利的工作点处于谐振频率处或反谐振频率处,并且因此处于轻微不同的频率处,例如在60 kHz处的工作范围中频率可能相差1.5 kHz。在发出信号(步骤A)之后,可以通过适当地操控S第二压电元件6将反谐振频率朝向谐振频率偏移(步骤B),使得不仅在发出时而且在接收信号时优化了效率。可替代地,也可以将谐振频率向反谐振频率偏移。
对此附加地或可替代地,声变换器1的谐振频率和/或反谐振频率的偏移也使得能够缩短声变换器1在发出信号和接收回波之间不准备接收的时间。在发出和接收回波之间的等待时间大多数基于:声变换器1在工作频率范围中具有高品质因数,使得在接通电发送信号之后,在达到完全声音振幅之前过去几个振荡周期。如果电发送信号被关断,则再次持续一些时间,直至膜片的振动衰减并且声变换器1准备好用于接收回波。然而,对于电声变换而言,高品质因数是有利的并且是期望的。
在所描述的声变换器1的情况下,可以通过以下方式减少在发出和接收准备之间的时间,即在发出信号脉冲串(步骤A)之后,对第二压电元件6进行操控,使得使谐振频率偏移。从而使所发送的信号的衰减振荡的频率偏移,使得该频率不同于到来的回波的频率。例如,使谐振频率和反谐振频率朝向更低频率偏移,用以根据前述操控方式实现,反谐振频率处于谐振频率处。例如,通过附加地使用滤波器,可以选择地允许发送频率通过,使得不通过衰减信号干扰测量,并且缩短用于接收的等待时间。这也使得能够减小最小可测量的距离。此外,使得能够缩短用于接收准备的时间,而不降低声变换器的品质因数。
对此附加地或可替代地,在这种结构情况下可能的是,通过适当地操控第二压电元件6来补偿谐振频率的由制造引起的离散(Streuungen)。在这种情况下,例如在步骤A中制造声变换器1,并且确定第二压电元件6的操控方式,所述操控方式使谐振频率朝向期望的额定值偏移。在运行中(步骤B),然后以第二压电元件6的所选择的操控方式运行声变换器1。从而取消对由制造引起地不具有期望的谐振频率的声变换器的昂贵分选。
因此,通过端接的方式、例如以高阻抗方式或以低阻抗方式,可以控制或者也可以快速切换声变换器的谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。
这例如在相同结构方式的多个空间相邻的声变换器的装置情况下使得能够给所输出的信号配备标识符,使得可以区分信号。例如,在多个空间相邻的声变换器的装置情况下,可以根据第二变型(高阻抗端接)操控声变换器之一以及可以根据第三变型(低阻抗端接)操控声变换器之一。也可以在所有变型之间改变操控,或者在多个声变换器情况下可以将不同的操控方式用于不同的声变换器。
图7以示意视图示出具有多个声变换器101-104的装置100。装置100也可以具有比所示的四个声变换器101-104更多或更少的声变换器。声变换器101-104在相同的空间区域中被运行。
例如,涉及载客汽车中的停车辅助。声变换器101-104例如布置在后保险杠的不同位置处。声变换器101-104例如可以分别具有图1至图4中描述的结构。尤其是,声变换器101-104中的每一个均具有第一压电元件113-143和第二压电元件116-146。尤其是,声变换器101-104可以相同地构建。
由于对第二压电元件116-146的操控,声变换器101-104可以在相同的频率下同时被运行,而不发生互相干扰。尤其是,可以以相同的频率操控在所有声变换器101-104处的相应的第一压电元件113-143。相应的第二压电元件116-146例如根据前述各种操控变型不同地***控。
以这种方式,根据相应的第二压电元件116-146的运行方式,由声变换器发出的声波获得标识符。尤其是,相应的第一压电元件113-143的工作频率被改变,所述工作频率例如处于声变换器的谐振频率处。这使得能够在例如对应于相应的谐振频率的不同工作频率下运行相同构建的声变换器101-104,并且从而保持信号可区分。因此,不需要在装置100中使用不同结构类型的声变换器101-104。
可替代地,声变换器101-104可以在相同的工作频率下被运行,其中所发出的和接收的信号然后基于其品质因数、振幅或其他特性可区分。声变换器的特性的可控性允许不仅在信号脉冲串期间以恒定的工作频率操控第一压电元件,而且在信号脉冲串期间改变工作频率。例如,在声变换器情况下可以使频率从高向低、从低向高或从高向低并且再向高改变。相应地,第二压电元件可以可变地***控。在接收时,信号处理于是允许对各个信号进行分开的评估。
例如,这种结构使得能够随着声变换器的数量增加将重复速率、即单个声变换器的所发出的信号脉冲串的速率恒定地保持得高,至少直至第二压电元件的操控的不同标识符的数量耗尽为止。通常,由相同结构类型的声变换器组成的这种装置必须以时分复用方式被运行,其中仅第一声变换器发出信号,等待用于最大测量距离的回波渡越时间,并且然后第二声变换器发出信号等。在这种情况下,可能的采样速率随着声变换器的数量变小。
附图标记列表
1 声变换器
2 膜片
3 第一压电元件
4、5 第一操控装置
6 第二压电元件
7、8 第二操控装置
9 耦合元件
10 载体
11 载体主体
12 底部
13 吸收器
14 第一外电极
15 第一外电极
16 第二外电极
17 第二外电极
18 粘合剂
19 开关
20 侧面
100 装置
110、120、130、140 声变换器
113、123、133、134 第一压电元件
116、126、136、146 第二压电元件
fR 谐振频率
fR' 改变的谐振频率
fAR 反谐振频率
fAR' 改变的反谐振频率
fB 工作频率
S 第二压电元件的操控方式。
Claims (20)
1.一种声变换器,具有第一压电元件(3),所述第一压电元件具有第一外电极(14、15),用于从电信号中产生声音信号或反之亦然;以及至少一个第二外电极(16、17),其中所述第二外电极(16、17)能够与所述第一外电极(14、15)分离地***控,用以设定所述声变换器(1)的电声特性。
2.根据权利要求1所述的声变换器,具有第二压电元件(6),所述第二外电极(16、17)布置在所述第二压电元件处。
3.根据前述权利要求中任一项所述的声变换器,其中所述第二外电极(16、17)被构造用于设定所述声变换器的谐振频率、反谐振频率和/或品质因数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的声变换器,具有用于产生和/或接收声音信号的膜片(2),其中除了所述第一压电元件(3)之外存在所述膜片(2)。
5.根据权利要求4所述的声变换器,其中所述第一压电元件(3)固定在所述膜片(2)处。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的声变换器,其中所述膜片(2)以能振荡的方式安放在载体主体(11)处,并且其中所述第一压电元件(3)仅布置在所述膜片(2)处,而不布置在所述载体主体(11)处。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的声变换器,其中所述第一压电元件(3)形成用于产生和/或接收声音信号的膜片(2)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的声变换器,其中所述第二外电极(16、17)被构造用于对膜片(2)产生张紧力或压缩力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的声变换器,具有第二压电元件(6),其中所述第二压电元件(6)经由耦合元件(9)与所述膜片耦合。
10.根据前述权利要求中任一项所述的声变换器,具有载体主体(11),所述膜片(2)以能振荡的方式安放在所述载体主体处,其中所述膜片(2)与所述载体主体(11)一件式地构造。
11.一种用于运行根据权利要求1至10中任一项所述的声变换器的方法,其中操控所述第二外电极(16、17),使得有针对性地设定所述声变换器(1)的电声特性。
12.根据权利要求11所述的方法,其中通过操控所述第二外电极(16、17)来补偿所述声变换器(1)的谐振频率和/或品质因数的由环境或时效引起的变化。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法,其中同时在所述声变换器(1)的谐振频率下操控所述第一外电极(14、15)用以产生声音信号。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法,其中通过操控所述第二外电极(16、17)将所述声变换器(1)的谐振频率偏移到期望的值。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法,其中在发出声音信号之后,通过操控所述第二外电极(16、17)来改变所述声变换器(1)的反谐振频率。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法,其中所述第二外电极(16、17)的操控选自低阻抗端接、高阻抗端接、施加直流电压或施加交流电压。
17.一种由多个根据权利要求1至10中任一项所述的声变换器组成的装置,
其中所述声变换器(110、120、130、140)的第二外电极(16、17)可以彼此不同地***控。
18.根据权利要求17的装置,所述装置被构造为用于机动车的停车辅助。
19.一种用于运行根据权利要求17或18中任一项所述的装置的方法,其中所述第二外电极(16、17)中的至少一个与所述第二外电极(16、17)中的另一个不同地***控。
20.根据权利要求19所述的用于运行所述装置的方法,其中所述不同的操控保证由所述声变换器(110、120、130、140)发出的声音信号的可区分性。
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