JP3654596B2 - 超音波変換器の減衰用回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、送信器としても受信器としても動作するように構成された超音波変換器の減衰用回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送信器としても受信器としても動作するように構成された超音波変換器において、適切なダンピング材料の使用により超音波変換器の振動膜ができるだけ短時間で振動停止するように構成することは公知である。パルス制御の遮断後の減衰持続時間が短時間であることが、短い測定間隔を得るために所望される。しかしその際に不要スペクトルが発生し、これが不所望のノイズを形成する。また使用されるダンピング材料が所定の周波数にしか作用せず、制御周波数が変化された場合は所望の作用を発揮できないことが示された。さらにダンピング材料およびダンピング体の製造の際に、大きな製造公差を勘案しなければならず、この製造公差は超音波変換器の減衰特性に不所望の影響を与える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、送信信号の減衰特性および減衰持続時間を制御することによって、不要スペクトルの形成とノイズ発生が格段に回避されるように構成することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、発生器を有し、該発生器は、超音波センサに対する制御電圧を制御するように構成されており、
当該制御電圧に相応する放射された超音波センサ信号の振幅が、減衰持続時間に対する所定の曲線に従って減衰するように制御され、
前記超音波センサ信号の所定の第１の持続時間には、引き続く測定フェーズを伴う静止フェーズが続いており、
前記発生器は、制御電圧の所定の包絡曲線を前記所定の第１の持続時間後にほぼ値ゼロに降下させる手段を有し、
前記発生器はさらに別の手段を有し、
該別の手段により所定の包絡曲線が所定の第２の持続時間内でまず所定の電圧値に降下され、引き続き電圧値は所定の第３の持続時間の間、ほぼ一定の保持されるように構成して解決される。
【０００５】
発生する製造公差は本発明により有利に制御され、これにより速い測定シーケンスが短い間隔に対しても可能である。
【０００６】
従属請求項に記載された手段により、本発明の回路装置の有利な実施例および改善が可能である。特に有利には、制御電圧の制御のための発生器が、所定の持続時間内で電圧をゼロに低下させる手段を有する。これは有利には、送信パルスの振幅が超音波変換器の励振を低減することより緩和されるようにして達成される。
【０００７】
特に簡単な構成はローパス特性を有するＲＣ素子により達成される。
【０００８】
提案された回路手段により、周波数不要スペクトルの振幅も遮断過程の際に有利に低減される。パルス終了時に励振を減少することにより、超音波変換器の比較的に短時間の切換間隔ないし動作間隔が可能になる。送信パルスの放射ローブを制御する場合は、ディラック衝撃が超音波センサにおいて理想的な半球面波を形成することとなると数学的に仮定する。付加的にさらに振幅変調される少数の励振振動しか使用しなければ、音響ローブが伝播される（ディラック衝撃効果）。
【０００９】
さらに出力電圧の振幅変調により、不要スペクトルを減少させ、これにより遮断ノイズを低減すると有利である。これは例えば、減衰持続時間を所定の持続時間の間一定である跳躍値にまず降下させることにより達成される。この持続時間が経過して初めて出力電圧を遮断する。その際、簡単に安価な構成素子、例えば抵抗とダイオードによる実現が特に有利である。
【００１０】
さらにセンサに対する簡単な制御手段が半導体ブリッジ回路により得られる。これにより超音波センサに対する電圧変化幅がブリッジ分岐で近似的に２倍にされる。特に有利な適用は、自動車における駐車の際の距離検出である。
【００１１】
【実施例】
図１は発生器４を示し、この発生器は図示しない超音波センサ（ＵＳセンサ）に対する制御部３と接続されている。発生器４は高オーム抵抗のソース１を有し、ソースは並列接続されたコンデンサ２を介して制御部３の制御入力側と接続されている。高オーム抵抗のソース１は高オーム抵抗の内部抵抗を有する電圧源を有し、この電圧源の出力電圧はコンデンサ２の充電および放電により制御される。制御部３の出力側は駆動段３１の入力側と接続されている。このようにして図４の線図に相応して、ＵＳセンサ３２の減衰特性に対して制御曲線（包絡曲線Ｖ）が設定される（図３）。制御部３自体は例えば刊行物“Ｕｌｔｒａｓｃｈａｌｌ−Ｏｒｔｕｎｇｓｓｙｓｔｅｍ ｆｕｅｒ Ｆｌｕｒｆｏｅｒｄｅｒｆａｈｒｚｅｕｇｅ”，Ｐｒｏｆ．Ｗｅｌｌｈａｕｓｅｎ著、Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ ９／２７．４．１９９０，１００〜１０５頁から公知である。
【００１２】
図２は別の実施例を示す。この実施例では、発生器４が高オーム抵抗のソース１の他に低オーム抵抗のソース２０を有する。構成は図１の構成に相応し、ここで低オーム抵抗のソース２０はダイオード２１を介して高オーム抵抗のソース１の出力側に並列接続されている。出力側は制御部３と接続されており、その出力側は駆動段３１と接続されている。
【００１３】
図３は基本ブロック回路図を示す。ここでは発生器４、制御部３、駆動段３１およびＵＳセンサ３２は直列に接続されている。ここでＵＳセンサ３２には駆動段３１の包絡曲線Ｖを有する制御電圧が供給される。駆動段３１は電力スイッチを有し、このスイッチは制御電流ないし制御電圧を制御部３のクロックで送出する。
【００１４】
ＵＳセンサ３２の制御電圧を高めるために択一的に図６では半導体ブリッジ回路が設けられている。このブリッジ回路の分岐路にはトランジスタ６１、６２、６３、６４が配置されている。ブリッジ分岐にはＵＳセンサ３２が配置されており、一方ブリッジへは図７に相応して、発生器４から電圧Ｖが給電される。トランジスタ６１、６２、６３、６４は動作時には逆相で電圧Ｕ_S1とＵ_S2により制御される。
【００１５】
この回路装置の機能を図４と図５に基づいて詳細に説明する。ＵＳセンサ３２の減衰曲線を電子切換素子を用いて制御するという基本的考えは、特に簡単に有利に図１のブロック回路図に相応して実現される。コンデンサ２により送信パルスの電圧振幅に対する包絡曲線として、図４に示した曲線が得られる。この包絡曲線は時間Ｔ内で最大値Ｖからほぼ値ゼロまで降下する。ここで図示の指数関数に相応する減衰持続時間はコンデンサ２の容量と駆動段３を有する制御部の内部抵抗に依存する。これらの値を変化することによってほぼ所望の減衰曲線を得ることができる。
【００１６】
図２の回路装置によって図５の減衰曲線（包絡曲線）が得られる。減衰持続時間の最初の部分では、包絡曲線は時点ｔ１までに電圧値Ｕ１まで降下する。これは図４の線図と同じである。低オーム抵抗のソース２０により、ダイオード２１を介して電圧がコンデンサＣ２に給電される。そのため包絡曲線は時間ｔ１からＴまではほぼ一定である。ここでこの時間間隔での振幅は振幅の最大値よりも格段に小さい。これにより有利には出力が低減されたため、放射された不要スペクトルが不所望のノイズを惹起しないようになる。保持レベルＵ１は、ＵＳセンサ３２がパルス持続時間Ｔの間、依然として一定に励振される程度に低く保持する。パルス持続時間Ｔの経過後、引き続く測定フェーズにより静止フェーズが開始する。
【００１７】
本発明の回路装置の有利な適用は超音波距離測定であり、これは例えば自動車に対する駐車援助手段として使用される。超音波距離測定自体は欧州特許第０１５２８９５号明細書から公知である。しかし欧州特許公開第０３２０６９５号公報から、無接触距離測定も公知である。超音波センサとして構成された電子音響変換器は既にドイツ特許公開第３４４１６８４号公報から公知である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、送信信号の減衰特性および減衰持続時間を制御することによって、不要スペクトルの形成とノイズ発生が格段に回避される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のブロック回路図である。
【図２】本発明の実施例のブロック回路図である。
【図３】本発明の実施例のブロック回路図である。
【図４】減衰曲線の線図である。
【図５】減衰曲線の線図である。
【図６】ブリッジ回路の回路図である。
【図７】本発明の実施例のブロック回路図である。
【符号の説明】
１ 高オーム抵抗のソース
３ 制御部
４ 発生器
３１ 駆動段
３２ 超音波センサ
６１、６２、６３、６４ トランジスタ

Claims (6)

1. 送信器としても受信器としても動作するように構成された超音波変換器の減衰用回路装置において、
   発生器（４）を有し、
   該発生器（４）は、超音波センサ（３２）に対する制御電圧（Ｖ）を制御するように構成されており、
   当該制御電圧（Ｖ）に相応する放射された超音波センサ信号の振幅が、減衰持続時間に対する所定の曲線（包絡曲線Ｖ）に従って減衰するように制御され、
   前記超音波センサ信号の所定の第１の持続時間（Ｔ）には、引き続く測定フェーズを伴う静止フェーズが続いており、
   前記発生器（４）は、制御電圧の所定の包絡曲線（Ｖ）を前記所定の第１の持続時間（Ｔ）後にほぼ値ゼロに降下させる手段（２）を有し、
   前記発生器（４）はさらに別の手段（２０、２１）を有し、
   該別の手段により所定の包絡曲線（Ｖ）が所定の第２の持続時間（ｔ１）内でまず所定の電圧値（Ｕ１）に降下され、引き続き電圧値（Ｕ１）は所定の第３の持続時間（Ｔ−ｔ１）の間、ほぼ一定の保持される
   ことを特徴とする、超音波変換器の減衰用回路装置。
2. 前記手段（２）は、ローパスフィルタとして接続されたＲＣ素子（１、２）を有する請求項１記載の回路装置。
3. 前記別の手段（２０、２１）はダイオード（２１）を有し、
   該ダイオードは、制御部（３）に前置接続された低オーム抵抗のソース（２０）と直列に接続されている請求項１記載の回路装置。
4. 超音波センサ（３２）は、トランジスタブリッジ回路（６１、６２、６３、６４）の並列分岐路に配置されており、
   前記トランジスタ（６１、６２、６３、６４）は、動作時にはその入力側（ＵＳ１，ＵＳ２）を介して逆相に制御され、
   給電のためブリッジは発生器（４）と接続されている請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装置。
5. 自動車における距離測定に使用される請求項１から４までのいずれか１項記載の回路装置。
6. 駐車援助手段として使用される請求項５記載の回路装置。

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