EP2715714A1 - Verfahren und vorrichtung zur aktiven dämpfung eines akustischen wandlers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur aktiven dämpfung eines akustischen wandlers

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Publication number
EP2715714A1
EP2715714A1 EP12716016.6A EP12716016A EP2715714A1 EP 2715714 A1 EP2715714 A1 EP 2715714A1 EP 12716016 A EP12716016 A EP 12716016A EP 2715714 A1 EP2715714 A1 EP 2715714A1
Authority
EP
European Patent Office
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transducer
acoustic transducer
amplitude
oscillation
signal
Prior art date
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Application number
EP12716016.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2715714B1 (de
Inventor
Simon Hufnagel
Nico Bannow
Tobias Kirchner
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2715714A1 publication Critical patent/EP2715714A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2715714B1 publication Critical patent/EP2715714B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means

Definitions

  • the invention relates to a method for the active damping of an acoustic transducer, as it is used for scanning an environment by means of acoustic signals, for example in a vehicle.
  • the invention also relates to a device for implementing such a method.
  • the transducers used are acoustic transducers having a diaphragm which necessarily has a certain mass, the diaphragm also having a spring force, resulting in reverberation behavior.
  • Piezoelectric transducers have the same behavior for their piezoelectric layer. The ringing after a previous excitation is undesirable for several reasons, not least because of the resulting minimum distance of the ambient measurement, since the transducer can only be used as a receiver of the reflected sound on an object when the vibration (as a result of a previous excitation) largely has subsided.
  • the reflected sound waves hit the membrane during the ringing time and can not be distinguished from it due to the remaining vibration of the transmitted pulse and therefore can not be detected. It is therefore known to additionally dampen the membrane in addition to the internal damping by means of damping elements, for example, foam is used. As a result, however, the sensitivity in both conversion directions, ie when transmitting and receiving the sound pulses is significantly reduced.
  • a method and a device for active damping of an acoustic transducer is also known from DE 102010039017. There, the current oscillation frequency of the transducer is detected and the attenuation signal is applied at a frequency corresponding to the detected current oscillation frequency.
  • a known sensor for acoustically sensing the surroundings of a vehicle consists of the acoustic transducer and the electronics for its control.
  • the acoustic transducer in turn consists of an aluminum pot and the piezoelectric element mounted therein.
  • the electrical equivalent circuit diagram of the sound transducer is shown in Figure 1 and includes a series resonant circuit of R, L and C ser , and a parallel capacitance C par .
  • the oscillation amplitude is expressed in the equivalent circuit of the acoustic transducer as the amplitude of the current through the inductance L and is not directly measurable at the terminals of the acoustic transducer.
  • the parameters of the attenuation signals can not be readjusted during the distance measurement, but must be determined in a calibration phase. This reduces the accuracy of a distance measurement.
  • the invention enables active damping for almost all acoustic transducers in which the actual amplitude of vibration of the acoustic transducer is determined and an attenuation signal is applied to the acoustic transducer as a function of the actual vibration amplitude.
  • the advantage of the invention is that the current oscillation amplitude of the transducer can be determined with high accuracy and temporal resolution without additional hardware expenditure, such as an analog-digital converter and without the knowledge of the individual values of the equivalent circuit diagram.
  • the invention provides that in a detection step, a phase rotation of the vibration of the acoustic transducer, preferably brought about by a voltage pulse, and measured.
  • the calculation of the current oscillation amplitude is carried out by means of known quantities representing the phase transmission rotation and the phase position of the vibration at the time before the phase rotation include performed.
  • the attenuation signal can be generated and readjusted as a function of the currently known oscillation amplitude.
  • the duration and / or the amplitude of the attenuation signal is preferably set as a function of the current oscillation amplitude of the converter. This achieves a fast and effective active damping of the acoustic transducer. As a result, a scan of the environment with high accuracy and resolution can be done, as resulting from the resulting short Nachschwingdauer a small minimum distance of the scanned objects from the sensor.
  • the phase rotation is brought about by applying a voltage pulse to the acoustic transducer.
  • This voltage pulse is applied at a time that does not correspond to a zero crossing of the oscillation amplitude of the transducer.
  • the voltage pulse causes a phase rotation of the oscillation of the transducer, which is measured and from which the current oscillation amplitude can be calculated.
  • the voltage pulse is preferably constructed from a single voltage edge or from one or more rectangular half-waves. This has the advantage that both an edge and a rectangular pulse can be easily generated and applied to the acoustic transducer.
  • an additional detection step is provided, in which the current oscillation frequency (resonance frequency) of the acoustic transducer is detected.
  • This can be done for example by a known from the prior art measuring method.
  • the attenuation signal is inventively applied depending on the current oscillation amplitude and preferably with the current oscillation frequency to the transducer. This results in a further optimized damping of the vibration of the transducer.
  • the invention is realized by means of a device for active damping of an acoustic converter see.
  • the device has a detection device connected to the transducer.
  • the detection device is able to determine a current oscillation amplitude by evaluating a measurement signal originating from the converter which contains information about the phase rotation of the oscillation of the converter, in particular by means of a digital phase pointer, a clocked counter and a zero crossing detection Vertex measurement, or other means to determine the phase angle of a signal. These are set up to detect the relative phase angle between two or more identical signal curves, preferably zero crossings.
  • the apparatus further comprises a signal generator connected to the transducer and further connected to the detection means for determining the current vibration amplitude.
  • the signal generator is able to generate a voltage pulse and apply it to the converter, which generates a phase rotation of the oscillation of the converter.
  • the signal generator is also able to generate an attenuation pulse, wherein the signal generator in the generation of the attenuation pulse takes into account the current oscillation amplitude and phase position previously received by the detection device and according to this provides, for example, the duration and / or amplitude of the attenuation pulse.
  • the signal generator is also capable of
  • the signal generator is able to apply the voltage pulse for generating the phase rotation as well as the damping pulse to the converter through the connection with the converter.
  • the device can also convert various signal generators. which are connected to the transducer, wherein in each case a signal generator for generating the excitation signal, for causing a phase rotation of the vibration of the transducer and for generating the attenuation signal is provided.
  • the device comprises a memory, in which a currently detected oscillation amplitude can be stored, wherein the memory is further connected to the signal generator, which can retrieve the current oscillation amplitude to provide the damping pulse depending on the oscillation amplitude.
  • the signal generator may be a binary or ternary amplifier, wherein the ternary amplifier further switches in the zero state to a high internal resistance.
  • the detection device is additionally set up to detect an actual oscillation frequency of the converter or of a measurement signal originating from the converter. This can be done for example by a measuring pulse, by which the transducer is briefly excited and the frequency of the natural vibration of the transducer is detected by the detection device. This additional information can be used to apply the attenuation pulse to the transducer at the current oscillation frequency, but a substantially opposite phase position, resulting in further improved attenuation of the transducer.
  • FIG. 1 shows the electrical equivalent circuit of an acoustic transducer.
  • Figure 2 illustrates the vibration of the acoustic transducer in a phasor diagram.
  • Figure 3 illustrates the vibration of the acoustic transducer and the active damping of the prior art in a phasor diagram
  • FIG. 4 a shows a voltage pulse for damping an acoustic transducer according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 4b shows the oscillation of the acoustic transducer and the active damping by means of the voltage pulse from FIG. 4a according to the first exemplary embodiment of the invention in a phasor diagram.
  • Figure 5a illustrates a voltage pulse for damping an acoustic transducer according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5b shows the oscillation of the acoustic transducer and the active damping by means of the voltage pulse from FIG. 5b according to the second exemplary embodiment of the invention in a phasor diagram.
  • Figure 6 shows schematically an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 7 shows a diagram for a more detailed explanation of the method according to the invention.
  • Figure 1 shows the electrical equivalent circuit diagram 1 of an acoustic transducer. It contains a series resonant circuit of R, L and C ser , as well as a parallel capacitor C par .
  • the oscillation amplitude of the acoustic transducer is expressed in the equivalent circuit diagram of the sound transducer as the amplitude of the current I L through the inductance L.
  • Figure 2 illustrates the vibration of the acoustic transducer in a vector diagram 2 as a counterclockwise in the direction of arrow 80 at an angular speed o 0 rotating pointer 10.
  • the length of the pointer 10 corresponds to the voltage U Max at the inductance L in the zero crossing of the current. During a period of oscillation, the peak of the voltage vector 10 describes the circular path 20 shown.
  • the abscissa of the diagram is the voltage U L at the inductance L, at the ordinate at about o 0 L normalized current I L through the inductance L.
  • the current I L is a measure of the current amplitude of vibration of the acoustic transducer.
  • the passive damping caused by the resistance R is in this and the following
  • the acoustic transducer is driven at the time of the zero crossing of the oscillation or of the current I L through the inductance L in antiphase with a voltage of the amplitude U b .
  • This voltage pulse is shown in the diagram by the arrow 30. This results in a new circular path 22 with a reduced by the value U b radius 12. This corresponds to a vibration amplitude of the acoustic transducer, which is less than the oscillation amplitude before applying the attenuation signal.
  • the antiphase activation of the acoustic transducer at the time of the zero crossing of the current I L through the inductance L results in the greatest possible attenuation.
  • Phase of the vibration represented by the electrical variables U L and L L in the resonant circuit, remains constant, as can be read in the parallel orientation of the arrows 10 and 12 in the vector diagram 1.
  • Figure 4 illustrates the detection step of a first embodiment of the damping method according to the invention.
  • Figure 4b illustrates thereby the vibration of the converter on the basis of the equivalent circuit in a vector diagram of FIG. 3.
  • the voltage pulse 40 is in the phasor diagram 3 represented by the arrow 30 with the amplitude U b .
  • the oscillation of the acoustic transducer before or after the application of the voltage pulse 40 can be calculated from the known quantities ⁇ and ⁇ as follows: for the oscillation of the acoustic transducer, the voltage vector 14 has an amplitude a 2 .
  • the amplitude of the attenuation signal as a function of at least one of the calculated amplitudes ai and / or can then be determined from the calculated amplitudes ai and / or a 2 a 2 are set.
  • the active damping can in a conventional manner genphasiges by essentially overall
  • the calculated amplitudes can also be used as a basis for other methods for damping the residual vibration, for example for a method according to DE 102010062930.8.
  • FIG. 5 a illustrates the detection step of a second embodiment of the damping method according to the invention.
  • a voltage pulse 50 consisting of two rectangular half-waves, a positive half-wave 52 and a negative half-wave 54, is used.
  • the frequency of the pulse 50 in this example corresponds to the oscillation frequency f 0 of the oscillation of the transducer.
  • the end time t 2 of the first half-wave 52 thus corresponds to a half pointer revolution.
  • the time interval between t 2 and ⁇ again corresponds to half a pointer revolution or half an oscillation period T of the converter.
  • the oscillation of the transducer at time ⁇ is represented by the voltage vector 19, which is rotated by 180 ° to the voltage vector 18.
  • the application of the voltage change 57 causes a further damping of the oscillation amplitude and a phase jump by the angle ⁇ 3 .
  • the phase rotation ⁇ can be determined by a measurement with high accuracy.
  • the current oscillation amplitude ai (or a 2n + i after the voltage pulse) can be calculated.
  • the passive damping by the resistor R must be considered, which is not shown in the vector diagram 4 for reasons of clarity.
  • the calculation of the amplitude generally applies to a voltage pulse with several half-waves of the amplitude U b , n indicates the number of half-waves.
  • the magnitude ⁇ can be determined by exciting the resonant circuit and measuring the ringing time without active damping. Then, after decaying, the resonant circuit is excited again with the k-fold amplitude and also measures the Nachschwingdauer. From the difference of the two Nachschwingdauern dt can be calculated according to the following formula, the damping constant:
  • the size ⁇ can be determined by calculation from the sizes of the equivalent circuit diagram according to methods known in the art.
  • FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a preferred embodiment of an active damping device according to the invention.
  • the device includes a transducer 100 having two ports 102, 104. On the one hand, these are connected to a signal generator 110 of the device, which excites the converter.
  • the signal generator 110 is designed according to the invention to apply a voltage pulse to the terminals 102 and 104, which is phase-shifted by the angle ⁇ to the vibration of the diaphragm and causes a phase rotation of the vibration of the diaphragm by the angle ⁇ . This may occur during the excitation phase or during the excitation break of the transducer.
  • the terminals 102, 104 are connected to the detection device 120 according to the invention, wherein the terminals 102, 104 provide a signal representing the movement of the membrane of the transducer 100 during the excitation phase or an excitation pause of the signal generator 110.
  • the movement is detected by the detection device 120 through the connection with the terminals 102, 104.
  • the detection device 120 comprises a phase detection unit 124, with which phase information, in particular a
  • Phase shift of the signal can be detected, which is applied to the terminals 102, 104.
  • the detection device is further equipped with a frequency measuring unit 122, which allows the detection device 120 to detect the frequency of the signal at the terminals 102, 104.
  • the phase rotation ⁇ can be measured very accurately at a constant transit time of the components involved in the measurement.
  • the phase detection unit 124 comprises, for example, a digital phase pointer carried in the digital circuit.
  • the measurement can be carried out by synchronizing the phase pointer with the current profile in the inductance L before the time t.sub.i at which the voltage pulse for producing the phase rotation .DELTA..phi. While the voltage pulse is applied, the digital phase vector contains the original phase position ⁇ 1 of the current I L at the time t i. After the attenuation signal, the actually present phase position ⁇ + ⁇ is determined and compared with the content of the digital phase vector. The difference between the two
  • Values corresponds to the phase rotation ⁇ caused by the voltage pulse.
  • the values of the components of the equivalent circuit diagram of the acoustic transducer and the amplification factor of the measuring amplifier used have no influence on the measurement.
  • the frequency or phase detection unit 122, 124 preferably further comprise detectors for detecting similar waveforms, such as zero-crossing detectors, to detect the phase position and the period length between two zero-crossings.
  • the detection units 122, 124 may use a common zero-crossing detector.
  • the detected oscillation amplitude, phase position and the detected oscillation frequency are transmitted via a connection to the signal generator 110, which according to the oscillation amplitude, the frequency and the phase position provides the damping pulse, which is opposite to the movement behavior of the converter 100.
  • the inventive apparatus may further include a controller 130 that drives the signal generator 110 to generate excitation pulses, attenuation pulses, and measurement pulses by the signal generator 110 at the appropriate times.
  • the detector 120 is not (only) connected to the signal generator 110, but to the controller 130, which processes the amplitude information, the frequency information, and the phase information and corresponding to the signal generator 110 controls.
  • FIG. 7 illustrates a method according to the invention for attenuating an acoustic transducer as a flow chart 200.
  • the transducer is excited to oscillate by supplying an excitation pulse.
  • a phase rotation of the oscillation of the converter is brought about by a voltage pulse at the time ti. The phase rotation is measured and the current oscillation amplitude is calculated from it.
  • an attenuation signal is generated which is at least partially opposite to the oscillation movement of the converter and which is supplied to the converter in step 230.
  • the duration and / or amplitude of the attenuation signal can be adapted to the oscillation of the transducer, resulting in a fast and complete attenuation.
  • a measurement of the (still) existing amplitude after the previous performing a partial active damping can then be carried out to determine the quality of the already active active damping and the parameters of the subsequent final active damping.
  • Such a measurement may, for example, proceed as follows: excitation of the oscillation (corresponding to step 210), partially active damping and measurement of the amplitude according to the described method (220) and final active damping (230).

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Abstract

Die Erfindung ermöglicht eine aktive Dämpfung für nahezu alle akustischen Wandler, bei der die aktuelle Schwingungsamplitude des akustischen Wandlers bestimmt wird und ein Dämpfungssignal abhängig von der aktuellen Schwingungsamplitude an den akustischen Wandler angelegt wird. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Erfassungsschritt (220) eine Phasendrehung der Schwingung des akustischen Wandlers, bevorzugt durch einen Spannungspuls, gezielt herbeigeführt und gemessen wird. Die Berechnung der aktuellen Schwingungsamplitude wird mittels bekannter Größen, die die Phasedrehung und die Phasenlage der Schwingung zum Zeitpunkt an dem die Phasendrehung herbeigeführt wurde umfassen, durchgeführt. Das Dämpfungssignal kann abhängig von der nun bekannten aktuellen Schwingungsamplitude erzeugt und nachgeregelt werden.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zur aktiven Dämpfung eines akustischen Wandlers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Dämpfung eines akustischen Wandlers, wie er zur Abtastung einer Umgebung mittels akustischer Signale, beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Umsetzung eines derartigen Verfahrens.
Stand der Technik
Auf dem technischen Gebiet der Erfindung, d.h. auf dem Gebiet der akustischen Abtastung einer Umgebung, sind Verfahren bekannt, die das Aussenden von Impulsen in einer Umgebung und den Empfang von dort reflektierten Impulsen umfassen, um durch Auswertung auf einen Abstand zu einem Objekt schließen zu können.
Die verwendeten Wandler sind akustische Wandler mit einer Membran, die notwendigerweise eine gewisse Masse besitzt, wobei die Membran ferner eine Federkraft aufweist, so dass sich ein Nachschwingverhalten ergibt. Piezoelektrische Wandler weisen das gleiche Verhalten für ihre piezoelektrische Schicht auf. Das Nachschwingen nach einer vorherigen Anregung ist aus mehreren Gründen unerwünscht, nicht zuletzt aufgrund des dadurch bedingten Mindestabstands der Umgebungsmessung, da der Wandler erst dann als Empfänger des an einem Objekt reflektierten Schalls verwendet werden kann, wenn die Schwingung (als Resultat einer vorhergehenden Anregung) weitgehend abgeklungen ist. Bei Objekten, deren Entfernung zum Wandler geringer ist, als der Mindestabstand, treffen die reflektierten Schalwellen noch während der Nachschwingdauer auf die Membran auf und können auf Grund der noch vorhandenen Restschwingung des Sendeimpulses nicht von diesem unterschieden und damit nicht erkannt werden. Es ist daher bekannt, die Membran neben der Eigendämpfung zusätzlich passiv mittels Dämpfungselementen zu dämpfen, wobei beispielsweise Schaum verwendet wird. Dadurch wird jedoch die Empfindlichkeit in beide Wandlungsrichtungen, d.h. beim Aussenden und beim Empfangen der Schallimpulse deutlich verringert.
Beispielsweise aus der Anmeldung DE 10136628 A1 ist bekannt, die Membran aktiv zu dämpfen, indem zum Unterdrücken von Nachschwingungen ein entgegengesetztes Signal an den Wandler angelegt wird, wobei die Überlagerung dieses Dämpfungssignals mit der Nachschwingung zu einer Amplitudenreduktion führt. Die aktive Dämpfung dient dazu, die Nachschwingdauer der Membran nach dem Aussenden der Schallenergie zu verringern und somit die Empfangsbereitschaft des Sensors früher wiederherzustellen. Die Länge der Nachschwingdauer bestimmt dabei den kleinsten messbaren Abstand zwischen Sensor und Hindernis.
Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur aktiven Dämpfung eines akustischen Wandlers ist ferner aus der DE 102010039017 bekannt. Dort wird die aktuelle Schwingungsfrequenz des Wandlers erfasst und das Dämpfungssignal mit einer der erfassten aktuellen Schwingungsfrequenz entsprechenden Frequenz angelegt.
Ein bekannter Sensor zur akustischen Abtastung der Umgebung eines Fahrzeugs besteht aus dem akustischen Wandler und der Elektronik zu dessen An- steuerung. Der akustische Wandler besteht wiederum aus einem Aluminiumtopf und dem darin befestigten Piezoelement. Das elektrische Ersatzschaltbild des Schallwandlers ist in Figur 1 dargestellt und enthält einen Reihenschwingkreis aus R, L und Cser, sowie eine Parallelkapazität Cpar. Die Schwingungsamplitude äußert sich im Ersatzschaltbild des akustischen Wandlers als Amplitude des Stromes durch die Induktivität L und ist an den Klemmen des akustischen Wandlers nicht direkt messbar. Durch eine direkte Messung der Spannung über der Parallelkapazität Cpar können Rückschlüsse auf die Amplitude des Stromes in der Induktivität L gezogen werden. Dafür müssen neben dem Verstärkungsfaktor der verwendeten
Mess-/Auswerteschaltung, jedoch die Werte aller Komponenten des Ersatzschaltbildes bekannt sein. Diese Werte hängen stark von Umwelteinflüssen und Fertigungstoleranzen ab und können daher nicht mit ausreichender Genauigkeit angegeben werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verzichten deswegen auf die Messung der aktuellen Schwingungsamplitude oder verwenden zur Messung der Schwingungsamplitude herkömmliche Analog-Digital-Wandler. Dies hat den Nachteil, dass der Einsatz eines Analog-Digital-Wandlers zur Bestimmung der Schwingungsamplitude zusätzlichen Hardwareaufwand erfordert.
Wenn die aktuelle Schwingungsamplitude nicht bekannt ist, können die Parameter der Dämpfungssignale während der Entfernungsmessung nicht nachgeregelt werden, sondern müssen in einer Kalibrierungsphase ermittelt werden. Dies reduziert die Genauigkeit einer Abstandsmessung.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht eine aktive Dämpfung für nahezu alle akustischen Wandler, bei der die aktuelle Schwingungsamplitude des akustischen Wandlers bestimmt wird und ein Dämpfungssignal abhängig von der aktuellen Schwingungsamplitude an den akustischen Wandler angelegt wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die aktuelle Schwingungsamplitude des Wandlers ohne zusätzlichen Hardwareaufwand, wie beispielsweise einem Analog-Digital-Wandler und ohne die Kenntnis der einzelnen Werte des Ersatzschaltbildes mit hoher Genauigkeit und zeitlichen Auflösung ermittelt werden kann.
Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Erfassungsschritt eine Phasendrehung der Schwingung des akustischen Wandlers, bevorzugt durch einen Spannungspuls, gezielt herbeigeführt und gemessen wird. Die Berechnung der aktuellen Schwingungsamplitude wird mittels bekannter Größen, die die Pha- sendrehung und die Phasenlage der Schwingung zum Zeitpunkt vor der Phasendrehung umfassen, durchgeführt. Das Dämpfungssignal kann abhängig von der nun bekannten aktuellen Schwingungsamplitude erzeugt und nachgeregelt werden.
Bevorzugt wird dabei die Dauer und/oder die Amplitude des Dämpfungssignals abhängig von der aktuellen Schwingungsamplitude des Wandlers eingestellt. Damit wird eine schnelle und effektive aktive Dämpfung des akustischen Wandlers erzielt. Dadurch kann eine Abtastung der Umgebung mit hoher Genauigkeit und Auflösung erfolgen, da sich durch die resultierende kurze Nachschwingdauer ein geringer Mindestabstand der abgetasteten Objekte vom Sensor ergibt.
Bevorzugt wird die Phasendrehung herbeigeführt, indem ein Spannungspuls an den akustischen Wandler angelegt wird. Dieser Spannungspuls wird zu einem Zeitpunkt angelegt, der nicht einem Nulldurchgang der Schwingungsamplitude des Wandlers entspricht. Der Spannungspuls verursacht eine Phasendrehung der Schwingung des Wandlers, die gemessen wird und aus der die aktuelle Schwingungsamplitude berechnet werden kann. Der Spannungspuls ist bevorzugt aus einer einzelnen Spannungsflanke oder aus einer oder mehreren rechteckförmigen Halbwellen aufgebaut. Dies hat den Vorteil, dass sowohl eine Flanke als auch ein rechteckförmiger Puls einfach erzeugt und an den akustischen Wandler angelegt werden kann. Mehrere Halbwellen, die bevorzugt eine Frequenz aufweisen, die der aktuellen Schwingungsfrequenz des Wandlers entspricht, ergeben eine erhöhte Genauigkeit der Bestimmung der aktuellen Schwingungsamplitude aufgrund der geringeren Anzahl erzeugter Oberwellen. Als Oberwellen werden Schwingungen höherer Ordnung bezeichnet, die durch das Anlegen des Spannungspulses an dem akustischen Wandler erzeugt werden und die die Messung der aktuellen Schwingungsamplitude stören und die Genauigkeit beeinträchtigen können. Durch das Anlegen eines Spannungspulses, der aus mehreren Halbwellen besteht, wird der Einfluss der Oberwellen minimiert. In diesem Fall sollte bei der Berechnung der aktuellen Schwingungsamplitude die passive Dämpfung des Schwingkreises berücksichtigt werden.
Bevorzugt ist dazu ein zusätzlicher Erfassungsschritt vorgesehen, bei dem die aktuelle Schwingungsfrequenz (Resonanzfrequenz) des akustischen Wandlers erfasst wird. Dies kann beispielsweise durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Messverfahren erfolgen.
Das Dämpfungssignal wird erfindungsgemäß abhängig von der aktuellen Schwingungsamplitude und bevorzugt mit der aktuellen Schwingungsfrequenz an den Wandler angelegt. Dadurch ergibt sich eine weiter optimierte Dämpfung der Schwingung des Wandlers.
Die Erfindung wird mittels einer Vorrichtung zur aktiven Dämpfung eines akusti- sehen Wandlers realisiert. Die Vorrichtung weist eine Erfassungseinrichtung, die an dem Wandler angeschlossen ist, auf. Die Erfassungseinrichtung ist in der Lage, eine aktuelle Schwingungsamplitude zu ermitteln, indem sie ein von dem Wandler stammendes Messsignal, das eine Information über die Phasendrehung der Schwingung des Wandlers beinhaltet, auswertet, insbesondere mittels eines digitalen Phasenzeigers, eines getakteten Zählers und einer Nulldurchgangserkennung, einer Scheitelpunktmessung, oder anderen Mitteln, um die Phasenlage eines Signals zu ermitteln. Diese sind eingerichtet, die relative Phasenlage zwischen zwei oder mehreren gleichartigen Signalverläufen, vorzugsweise Nulldurchgängen zu erfassen.
Die Vorrichtung weist ferner einen Signalgenerator auf, der mit dem Wandler verbunden ist und der ferner mit der Erfassungseinrichtung zur Bestimmung der aktuellen Schwingungsamplitude verbunden ist. Der Signalgenerator ist in der Lage einen Spannungspuls zu erzeugen und an den Wandler anzulegen, der ei- ne Phasendrehung der Schwingung des Wandlers erzeugt. Der Signalgenerator ist außerdem in der Lage, einen Dämpfungspuls zu erzeugen, wobei der Signalgenerator bei der Erzeugung des Dämpfungspulses die zuvor von der Erfassungseinrichtung empfangene aktuelle Schwingungsamplitude und Phasenlage berücksichtigt und gemäß dieser beispielsweise die Dauer und/oder Amplitude des Dämpfungspulses vorsieht. Der Signalgenerator ist ferner in der Lage, den
Dämpfungspuls hinsichtlich der Phase zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Schwingungsbewegung des Wandlers vorzusehen. Der Signalgenerator ist durch die Verbindung mit dem Wandler in der Lage, den Spannungspuls zur Erzeugung der Phasendrehung sowie den Dämpfungspuls an den Wandler anzule- gen. Alternativ kann die Vorrichtung auch verschiedene Signalgeneratoren um- fassen, die mit dem Wandler verbunden sind, wobei jeweils ein Signalgenerator zur Erzeugung des Anregungssignals, zur Herbeiführung einer Phasendrehung der Schwingung des Wandlers und zur Erzeugung des Dämpfungssignals vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Speicher, in dem eine aktuell erfasste Schwingungsamplitude abgelegt werden kann, wobei der Speicher ferner mit dem Signalgenerator verbunden ist, der die aktuelle Schwingungsamplitude abrufen kann, um den Dämpfungspuls abhängig von der Schwingungsamplitude vorzusehen. Der Signalgenerator kann eine binäre oder ternäre Endstufe sein, wobei die ternäre Endstufe ferner im Nullzustand auf einen hohen Innenwiderstand schaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung zusätzlich eingerichtet, eine aktuelle Schwingungsfrequenz des Wandlers bzw. eines vom Wandler stammenden Messsignals zu erfassen. Dies kann beispielsweise durch einen Messimpuls erfolgen, durch den der Wandler kurzzeitig angeregt wird und die Frequenz der Eigenschwingung des Wandlers von der Erfassungseinrichtung erfasst wird. Diese zusätzliche Information kann verwendet werden, um den Dämpfungspuls mit der aktuellen Schwingungsfrequenz, aber einer im Wesentlichen entgegengesetzten Phasenlage an den Wandler anzulegen, wodurch sich eine weiter verbesserte Dämpfung des Wandlers ergibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild eines akustischen Wandlers.
Figur 2 stellt die Schwingung des akustischen Wandlers in einem Zeigerdiagramm dar.
Figur 3 stellt die Schwingung des akustischen Wandlers und die aktive Dämpfung nach dem Stand der Technik in einem Zeigerdiagramm dar
Figur 4a stellt einen Spannungspuls zur Dämpfung eines akustischen Wandlers nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Figur 4b stellt die Schwingung des akustischen Wandlers und die aktive Dämpfung mittels des Spannungspulses aus Figur 4a nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Zeigerdiagramm dar.
Figur 5a stellt einen Spannungspuls zur Dämpfung eines akustischen Wandlers nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Figur 5b stellt die Schwingung des akustischen Wandlers und die aktive Dämp- fung mittels des Spannungspulses aus Figur 5b nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Zeigerdiagramm dar.
Figur 6 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 7 zeigt ein Schaubild zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild 1 eines akustischen Wandlers. Es enthält einen Reihenschwingkreis aus R, L und Cser, sowie eine Parallelkapazität Cpar. Die Schwingungsamplitude des akustischen Wandlers äußert sich im Ersatzschaltbild des Schallwandlers als Amplitude des Stromes lL durch die Induk- tivität L.
Figur 2 veranschaulicht die Schwingung des akustischen Wandlers in einem Zeigerdiagramm 2 als einen gegen den Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 80 mit einer Winkelgeschwindigkeit von o0 rotierenden Zeiger 10. Die Winkelgeschwin- digkeit o0 hängt mit der Resonanzfrequenz f0 des Schallwandlers unmittelbar über die Gleichung ω0 = 2π f0 zusammen. Die Länge des Zeigers 10 entspricht dabei der Spannung UMax an der Induktivität L im Nulldurchgang des Stromes. Während einer Schwingungsperiode beschreibt die Spitze des Spannungszeigers 10 die dargestellte Kreisbahn 20. Bei der Abszisse des Diagramms handelt es sich um die Spannung UL an der Induktivität L, bei der Ordinate um den mit o0L normierten Strom lL durch die Induktivität L. Der Strom lL ist ein Maß für die aktuelle Schwingungsamplitude des akustischen Wandlers. Die aktuelle Phasenlage der Schwingung zu einem Zeitpunkt t wird durch den Phasenwinkel φ = o0t zwischen dem Pfeil 10 und der Abszisse des Diagramms dargestellt. Die passive Dämpfung verursacht durch den Widerstand R wird in dieser und den folgenden
Figuren zur Vereinfachung nicht dargestellt. Bei Berücksichtigung der passiven Dämpfung nimmt die Zeigerlänge exponentiell ab und die Zeigerspitze beschreibt keine Kreisbahn sondern eine logarithmische Spirale. In Figur 3 wird anhand des in Figur 2 eingeführten Zeigerdiagramms 2 die aktive
Dämpfung des akustischen Wandlers nach dem herkömmlichen Verfahren veranschaulicht. Der akustische Wandler wird zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Schwingung bzw. des Stroms lL durch die Induktivität L gegenphasig mit einer Spannung der Amplitude Ub angesteuert. Dieser Spannungspuls ist im Dia- gramm durch den Pfeil 30 dargestellt. Es ergibt sich eine neue Kreisbahn 22 mit einem um den Wert Ub reduzierten Radius 12. Dies entspricht einer Schwingungsamplitude des akustischen Wandlers, die geringer ist als die Schwingungsamplitude vor Anlegen des Dämpfungssignals. Durch die gegenphasige Ansteuerung des akustischen Wandlers zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms lL durch die Induktivität L ergibt sich eine größtmögliche Dämpfung. Die
Phasenlage der Schwingung, dargestellt durch die elektrischen Größen UL und lL im Schwingkreis, bleibt dabei konstant, wie an der parallelen Ausrichtung der Pfeile 10 und 12 im Zeigerdiagramm 1 ablesbar ist. Figur 4 veranschaulicht den Erfassungsschritt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungsverfahrens. Figur 4b stellt dabei die Schwingung des Wandlers anhand des Ersatzschaltbildes in einem Zeigerdiagramm 3 dar. Der akustische Wandler wird nicht im Nulldurchgang der Schwingung bzw. des Stroms lL angesteuert, sondern zu einem Zeitpunkt ti der einem Phasenwinkel der Schwingung von φι = o0 ti entspricht, dargestellt durch den Spannungszeiger
10. Wird zu diesem Zeitpunkt der in Figur 4a gezeigte Spannungspuls 40 in Form einer Flanke mit der Amplitude Ub an den akustischen Wandler angelegt, so ergibt sich neben einer, im Vergleich zur in Figur 3 gezeigten Ansteuerung, geringeren Dämpfung auch eine Phasendrehung der elektrischen Größen im
Schwingkreis um den Winkel Δφ. Der Spannungspuls 40 ist im Zeigerdiagramm 3 durch den Pfeil 30 mit der Amplitude Ub dargestellt. Es ergibt sich für die Schwingung des akustischen Wandlers der Spannungszeiger 14 mit Amplitude a2, entsprechend einer Kreisbahn 24. Die Schwingungsamplitude des akustischen Wandlers vor bzw. nach dem Anlegen des Spannungspulses 40 kann wie folgt aus den bekannten Größen φι und Δφ berechnet werden.
Schwingungsamplitude ai vor dem Anlegen des Spannungspulses 40: a = sin(?r - (<p1 + A<p)) υ
1 sin(Ä(p) b
Schwingungsamplitude a2 nach dem Anlegen des Spannungspulses 40:
2 sin(A(p) b Aus den berechneten Amplituden ai und/oder a2 kann im Anschluss die Dauer des Dämpfungssignals, mit oder ohne Vorwiderstand bestimmt werden . Außerdem kann die Amplitude des Dämpfungssignals als Funktion wenigstens einer der berechneten Amplituden ai und/oder a2 festgelegt werden. Vorteilhafterweise wird die aktuell gemessene Amplitude mit der Amplitude vom zuvor durchgeführ- ten Entfernungsmessungszyklus verglichen und die Dauer und/oder Amplitude des Dämpfungssignals anhand der festgestellten Änderung linear angepasst. Die aktive Dämpfung kann in herkömmlicher Weise durch im Wesentlichen ge- genphasiges Ansteuern des akustischen Wandlers durchgeführt werden. Alternativ können die berechneten Amplituden auch als Basis für andere Verfahren zur Dämpfung der Restschwingung eingesetzt werden, beispielsweise für ein Verfahren gemäß DE 102010062930.8.
Figuren 5a und 5b veranschaulichen den Erfassungsschritt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungsverfahrens. Wie in Figur 5a dar- gestellt, wird statt einer einzelnen Flanke ein Spannungspuls 50 bestehend aus zwei rechteckförmigen Halbwellen, einer positiven Halbwelle 52 und einer negativen Halbwelle 54, verwendet. Die Frequenz des Impulses 50 entspricht in diesem Beispiel der Schwingungsfrequenz f0 der Schwingung des Wandlers. Das bedeutet dass die Differenz zwischen dem Endzeitpunkt t3 des Spannungspulses 50 und dem Startzeitpunkt ti genau der Umlaufdauer T = l/f0 des Zeigers im Zeigerdiagramm 4 entspricht, wobei f0 die Schwingungsfrequenz des Wandlers ist. Der Endzeitpunkt t2 der ersten Halbwelle 52 entspricht also einem halben Zeigerumlauf.
Wie im Zeigerdiagramm 4 in Figur 5b gezeigt, ergeben sich durch die Form des Spannungspulses 50 die drei Dämpfungspfeile 36, 37 und 38. Zum Zeitpunkt ti (entsprechend der Phasenlage φι) wird eine Spannung 55 mit der Amplitude +Ub an den Wandler angelegt. Wie im Zeigerdiagramm 4 ersichtlich, verursacht dies, analog zum in Figur 4 beschriebenen Beispiel, eine Dämpfung der ursprünglichen Amplitude ai, dargestellt durch den Pfeil 10 sowie eine Phasendrehung um den Winkel Δφι, so dass sich für die Schwingungsamplitude im Zeigerdiagramm 4 der Pfeil 14 ergibt, der einer Amplitude a2 entspricht. Zum Zeitpunkt t2 wird eine Spannung von -Ub an den Wandler angelegt. Dies Entspricht einer Änderung 56 der Spannung um den Wert -2Ub. Wie im Zeigerdiagramm 4 ersichtlich, ist der Spannungszeiger 16, der die Schwingung des Wandlers zum Zeitpunkt t2 repräsentiert, um 180° gegenüber dem Spannungszeiger 14 gedreht (entsprechend eines halben Umlaufs innerhalb der Zeitspanne zwischen ti und t2). Die Spannungsänderung 56 verursacht eine weitere Dämpfung, sowie einen Phasesprung um den Winkel Δφ2. Damit ergibt sich zum Zeitpunkt t2 nach Anlegen der Spannung 56 der Spannungszeiger 18 mit der Amplitude a . Zum Zeitpunkt ^ wird die anliegende Spannung auf Null zurückgefahren, entsprechend einer Spannungsänderung 57 von +Ub. Die Zeitspanne zwischen t2 und ^ entspricht wieder einem halben Zeigerumlauf bzw. einer halben Schwingungsperiode T des Wandlers. Die Schwingung des Wandlers zum Zeitpunkt ^ wird durch den Spannungszeiger 19 dargestellt, der um 180° zum Spannungszeiger 18 gedreht ist. Das Anlegen der Spannungsänderung 57 bewirkt eine weitere Dämpfung der Schwingungsamplitude sowie einen Phasensprung um den Winkel Δφ3. Es ergibt sich im Zeigerdiagramm 4 der Spannungszeiger 15. Der Spannungszeiger 15 weist im Vergleich zum Spannungszeiger 10 eine Phasenverschiebung von Δφ = Δφι + Δφ2 + Δφ3. auf. Dies entspricht der Phasendrehung der Schwingung des Wandlers, die durch Anlegen des Spannungspulses 50 verursacht wird. Die Phasendrehung Δφ kann durch eine Messung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Aus der Phasendrehung Δφ kann die aktuelle Schwingungsamplitude ai (bzw. a2n+i nach dem Spannungspuls) berechnet werden. Hierbei muss die passive Dämpfung durch den Widerstand R berücksichtigt werden, die im Zeigerdiagramm 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Die Berechnung der Amplitude gilt allgemein für einen Spannungspuls mit mehreren Halbwellen der Amplitude Ub, n gibt dabei die Anzahl der Halbwellen an. Hierbei gilt:
Hierbei gilt d(n) = -e ^ , wobei θ die passive Dämpfungskonstante des
Schwingkreises bezeichnet. Die Größe θ kann bestimmt werden, indem der Schwingkreis angeregt wird und die Nachschwingdauer ohne aktive Dämpfung gemessen wird. Anschließend, nach dem Ausschwingen, wird der Schwingkreis erneut mit der k-fachen Amplitude angeregt und ebenfalls die Nachschwingdauer gemessen. Aus der Differenz der beiden Nachschwingdauern dt lässt sich nach folgender Formel die Dämpfungskonstante berechnen:
S=ln(k)/(w0*dt)
Alternativ kann die Größe θ durch Berechnung aus den Größen des Ersatzschaltbildes nach einschlägig bekannten Verfahren bestimmt werden.
In der Figur 6 ist ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Dämpfung dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Wandler 100, der zwei Anschlüsse 102, 104 aufweist. Zum einen sind diese mit einem Signalgenerator 110 der Vorrichtung verbunden, der den Wandler anregt. Der Signalgenerator 110 ist erfindungsgemäß ausgebildet, einen Spannungspuls an die Anschlüsse 102 und 104 anzulegen, der um den Winkel φι zur Schwingung der Membran phasenverschoben ist und der eine Phasendrehung der Schwingung der Membran um den Winkel Δφ bewirkt. Dies kann während der Anregungsphase oder während Anregungspause des Wandlers erfolgen.
Ferner sind die Anschlüsse 102, 104 mit der erfindungsgemäßen Erfassungsein- richtung 120 verbunden, wobei die Anschlüsse 102, 104 während der Anregungsphase oder einer Anregungspause des Signalgenerators 110 ein Signal vorsehen, das die Bewegung der Membran des Wandlers 100 wiedergibt. Die Bewegung wird von der Erfassungseinrichtung 120 durch die Verbindung mit den Anschlüssen 102, 104 erfasst. Die Erfassungseinrichtung 120 umfasst eine Pha- senerfassungseinheit 124, mit der eine Phaseninformation, insbesondere eine
Phasenverschiebung des Signals erfasst werden kann, das an den Anschlüssen 102, 104 anliegt. Die Erfassungseinrichtung ist ferner mit einer Frequenzmesseinheit 122 ausgerüstet, die es der Erfassungseinrichtung 120 gestattet, die Frequenz des Signals an den Anschlüssen 102, 104 zu erfassen.
Die Phasendrehung Δφ kann bei konstanter Laufzeit der an der Messung beteiligten Komponenten sehr exakt gemessen werden. Die Phasenerfassungseinheit 124 umfasst dazu beispielsweise einen in der digitalen Schaltung mitgeführten digitalen Phasenzeiger, Die Messung kann erfolgen, indem der Phasenzeiger vor dem Zeitpunkt ti, zu dem der Spannungspuls zur Herbeiführung de Phasendrehung Δφ erfolgt, mit dem Stromverlauf in der Induktivität L synchronisiert wird. Während der Spannungspuls anliegt, enthält der digitale Phasenzeiger die ursprüngliche Phasenlage φι des Stromes lL zum Zeitpunkt ti. Nach dem Dämpfungssignal wird die tatsächlich vorliegende Phasenlage φι+Δφ bestimmt und mit dem Inhalt des digitalen Phasenzeigers verglichen. Die Differenz der beiden
Werte entspricht der durch den Spannungspuls verursachten Phasendrehung Δφ. Dabei haben die Werte der Komponenten des Ersatzschaltbildes des akustischen Wandlers sowie der Verstärkungsfaktor des eingesetzten Messverstärkers keinen Einfluss auf die Messung.
Die Frequenz- bzw. Phasenerfassungseinheit 122, 124 umfassen vorzugsweise ferner Detektoren zur Erkennung gleichartiger Signalverläufe, wie zum Beispiel Nulldurchgangsdetektoren, um die Phasenlage und die Periodenlänge zwischen zwei Nulldurchgängen zu erfassen. Die Erfassungseinheiten 122, 124 können ei- nen gemeinsamen Nulldurchgangsdetektor verwenden. Die erfasste Schwingungsamplitude, Phasenlage und die erfasste Schwingungsfrequenz werden über eine Verbindung an den Signalgenerator 110 übermittelt, der gemäß der Schwingungsamplitude, der Frequenz und der Phasenlage den Dämpfungspuls vorsieht, der entgegengesetzt zu dem Bewegungsverhalten des Wandlers 100 ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Steuerung 130 umfassen, die den Signalgenerator 110 ansteuert, um Anregungspulse, Dämpfungspulse und Messpulse durch den Signalgenerator 110 zu den entsprechenden Zeitpunkten erzeugen zu lassen. In einer Ausführungsform, die eine Alternative zu der Ausführungsform von Figur 6 darstellt, ist die Erfassungseinrichtung 120 nicht (nur) mit dem Signalgenerator 110 verbunden, sondern mit der Steuerung 130, die die Amplitudeninformation, die Frequenzinformation und die Phaseninformation verarbeitet und den Signalgenerator 110 entsprechend ansteuert.
Figur 7 stellt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Dämpfung eines akustischen Wandlers als Flussdiagramm 200 dar. In Schritt 210 wird der Wandler durch Zuführen eines Anregungspulses zur Schwingung angeregt. Im Erfassungsschritt 220 wird durch einen Spannungspuls zum Zeitpunkt ti eine Phasendrehung der Schwingung des Wandlers herbeigeführt. Die Phasendrehung wird gemessen und die aktuelle Schwingungsamplitude daraus berechnet. Abhängig von der aktuellen Schwingungsamplitude wird ein Dämpfungssignal erzeugt, das der Schwingungsbewegung des Wandlers zumindest teilweise entgegengesetzt ist und das in Schritt 230 dem Wandler zugeführt wird. Da das Dämpfungssignal abhängig von der aktuellen Schwingungsamplitude des Wandlers erzeugt wird, kann die Dauer und/oder Amplitude des Dämpfungssignals an die Schwingung des Wandlers angepasst werden, so dass sich eine schnelle und vollständige Dämpfung ergibt.
Alternativ kann anschließend eine Messung der (noch) vorhandenen Amplitude nach dem vorherigen Durchführen einer teilweisen aktiven Dämpfung erfolgen, um die Güte der bereits erfolgten aktiven Dämpfung und die Parameter der nun folgenden endgültigen aktiven Dämpfung zu bestimmen. Eine derartige Messung kann beispielsweise folgendermaßen ablaufen: Anregung der Schwingung (entsprechend Schritt 210), teilweise aktive Dämpfung und Messung der Amplitude nach dem beschriebenen Verfahren (220) und endgültige aktive Dämpfung (230).

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur aktiven Dämpfung eines akustischen Wandlers mit den Schritten:
Anregen des Wandlers durch Zuführen eines Anregungspulses an den Wandler,
Dämpfen des Wandlers durch Zuführen eines Dämpfungssignals, das der Schwingungsbewegung des Wandlers zumindest teilweise entgegengesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Erfassungsschritt vorgesehen ist, in dem die aktuelle Schwingungsamplitude (ai, a2, a2n+i) des akustischen Wandlers mittels einer Phasendrehung (Δφ) der Schwingung des akustischen Wandlers bestimmt wird, und das Dämpfungssignal abhängig von der aktuellen Schwingungsamplitude (ai, a2, a2n+i) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Dämpfungssignals aus der aktuellen Schwingungsamplitude (ai, a2, a2n+i) des akustischen Wandlers berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Dämpfungssignals aus der Schwingungsamplitude (ai, a2, a2n+i) des akustischen Wandlers berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasendrehung (Δφ) durch einen Spannungspuls (40, 50) herbeigeführt wird, der an den akustischen Wandler angelegt wird, zu einem Zeitpunkt ti der nicht einem Nulldurchgang der Schwingungsamplitude entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungspuls (40, 50) aus einer einzelnen Flanke oder einer oder mehreren rechteckigförmigen Halbwellen (52, 54) aufgebaut ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Erfassungsschritt umfasst, bei dem die aktuelle Schwingungsfrequenz des Wandlers erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Halbwellen (52, 54) aufgebauter Spannungspuls (50) mit einer Frequenz angelegt wird, die der erfassten, aktuellen Schwingungsfrequenz des Wandlers entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungssignal mit einer Frequenz angelegt wird, die der erfassten, aktuellen Schwingungsfrequenz des Wandlers entspricht.
Vorrichtung zur aktiven Dämpfung eines akustischen Wandlers (100), umfassend,
eine Erfassungseinrichtung (120), die mit einem akustischen Wandler (100) verbindbar ist und eingerichtet ist, eine aktuelle Schwingungsamplitude des akustischen Wandlers (100) mittels einer Phasendrehung der Schwingung des Wandlers (100) zu erfassen,
einen Signalgenerator (110), der mit dem Wandler (100) verbindbar ist und der mit der Erfassungseinrichtung (120) verbunden ist, wobei der Signalgenerator (110) eingerichtet ist, ein Dämpfungssignal, das der Schwingungsbewegung des Wandlers zumindest teilweise entgegengesetzt ist, an den Wandler (100) anzulegen,
wobei das Dämpfungssignal von der erfassten Schwingungsamplitude abhängt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Erfassungseinrichtung (120) zusätzlich eingerichtet ist, eine aktuelle Schwingungsfrequenz eines von dem Wandler (100) stammenden Messsignals zu erfassen, und das Dämpfungssignal mit der erfassten Schwingungsfrequenz erzeugt wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Vorrichtung eine Steuerung (130) umfasst, die eingerichtet ist, eine Amplitudeninformation und/oder eine Frequenzinformation und/oder eine Phaseninformation von der Erfassungseinrichtung (120) zu empfangen und den Signalgenerator (110) abhängig von mindestens einer dieser Informationen anzusteuern.
12. Sensor, insbesondere Ultraschallsensor zur akustischen Abtastung der Umgebung, umfassend:
einen akustischen Wandler,
eine Vorrichtung zur aktiven Dämpfung des akustischen Wandlers nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
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