KR101604762B1 - 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101604762B1
KR101604762B1 KR1020140120044A KR20140120044A KR101604762B1 KR 101604762 B1 KR101604762 B1 KR 101604762B1 KR 1020140120044 A KR1020140120044 A KR 1020140120044A KR 20140120044 A KR20140120044 A KR 20140120044A KR 101604762 B1 KR101604762 B1 KR 101604762B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
burst
ultrasonic
pulses
ringing time
Prior art date
Application number
KR1020140120044A
Other languages
English (en)
Inventor
반재원
정효은
조일남
고재두
우해민
곽미정
Original Assignee
만도헬라일렉트로닉스(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 만도헬라일렉트로닉스(주) filed Critical 만도헬라일렉트로닉스(주)
Priority to KR1020140120044A priority Critical patent/KR101604762B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101604762B1 publication Critical patent/KR101604762B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2420/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60W2420/54—Audio sensitive means, e.g. ultrasound

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치는 물체에 초음파를 송신하고 그 반사파를 수신하여 전기적인 신호인 에코 신호로 변환하여 출력하는 초음파 소자부와, 초음파 소자부가 초음파를 송신하기 위한 버스트 신호를 발생시켜 출력하는 신호발생부와, 초음파 소자부로부터 출력된 에코 신호를 수신하는 수신부 및 수신부로부터 수신된 에코 신호에 근거하여 물체와의 거리를 검출하고, 검출된 거리에 따라 버스트 신호의 펄스 개수가 가변되도록 신호발생부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR CONTROLLING ULTRASONIC SENSOR AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파를 송수신하여 물체와의 거리를 측정하는 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 주변에 위치한 물체의 유무 및 그 물체와의 거리를 검출할 수 있도록 초음파 센서가 마련되어 있다.
초음파 센서는 압전 소자를 가진 트랜스듀서(Tranducer)를 이용하여 초음파를 송신하고, 측정 대상이 되는 물체에 반사되어 돌아오는 반사파인 에코(Echo)신호를 수신하며, 초음파 송신으로부터 에코신호를 수신할 때까지의 시간에 따라 물체까지의 거리를 검출한다. 이때, 트랜스듀서는 압전 소자에 의해 전기 신호를 음향 신호로 변환하거나, 음향 신호를 전기 신호로 변환한다.
기존에는 트랜스듀서가 초음파를 송신하도록 트랜스듀서에 출력하는 버스트 신호(burst signal)의 펄스 개수가 고정되어 있다. 따라서, 기존에는 초음파 센서의 최대 측정 거리와 최소 측정 거리가 고정되어 있다.
하지만, 사용 환경에 따라서는 초음파 센서의 감지범위보다 먼거리 또는 근거리에 위치한 물체를 감지할 필요가 있는데, 이럴 경우, 기존에는 초음파 센서의 최대 측정 거리와 최소 측정 거리가 고정되어 있기 때문에 다른 초음파 센서로 교체해야 하는 불편함이 있다.
일본 공개특허 제2009-0300233(2009.12.24)
본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 센서의 최대 측정 거리와 최소 측정 거리를 가변시킬 수 있는 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 센서의 최대 측정 거리와 최소 측정 거리를 가변시킴과 함께 센서 진단 기능을 강화할 수 있는 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 물체에 초음파를 송신하고 그 반사파를 수신하여 전기적인 신호인 에코 신호로 변환하여 출력하는 초음파 소자부; 상기 초음파 소자부가 상기 초음파를 송신하기 위한 버스트 신호를 발생시켜 출력하는 신호발생부; 상기 초음파 소자부로부터 출력된 에코 신호를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부로부터 수신된 에코 신호에 근거하여 상기 물체와의 거리를 검출하고, 상기 검출된 물체와의 거리에 따라 상기 버스트 신호의 펄스 개수가 가변되도록 상기 신호발생부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 버스트 신호의 펄스 개수를 가변시키는 동안 상기 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제1 실제 링잉 시간(Ringing time)과 최대 링잉 시간을 비교하여 상기 제1 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면, 상기 버스트 신호의 펄스 개수를 감소시켜 출력시키고, 상기 펄스 개수가 감소된 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제2 실제 링잉 시간과 상기 최대 링잉 시간을 비교하여 상기 제2 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면 초음파 센서의 이상으로 판단하는 초음파 센서 제어장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 신호발생부는 상기 제어부의 제어신호에 따라 펄스 개수가 가변된 버스트 신호를 출력하는 버스트 발생부와, 상기 버스트 발생부로부터 출력된 버스트 신호를 승압하여 상기 초음파 소자부에 전달하는 트랜스포머부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 검출된 물체와의 거리가 멀수록 상기 버스트 신호의 펄스 개수가 증가하도록 상기 신호발생부를 제어하고, 상기 검출된 물체와의 거리가 가까울수록 상기 버스트 신호의 펄스 개수가 감소하도록 상기 신호발생부를 제어할 수 있다.
삭제
삭제
본 발명의 다른 측면에 따르면, 물체에 초음파를 송신하고 그 반사파를 수신하여 전기적인 신호인 에코 신호로 변환하여 출력하는 초음파 소자부가 상기 초음파를 송신하기 위한 버스트 신호를 발생시켜 상기 초음파 소자부로 출력하고, 상기 초음파 소자부로부터 출력된 상기 에코 신호를 수신하는 초음파 센서 제어장치의 제어방법에 있어서, 기준 펄스 개수의 버스트 신호를 출력하고, 상기 에코 신호를 수신하고, 상기 에코 신호에 근거하여 상기 물체와의 거리를 검출하고, 상기 검출된 물체와의 거리가 길면 펄스 개수가 증가된 버스트 신호를 출력시키고, 상기 검출된 물체와의 거리가 짧으면 상기 펄스 개수가 감소된 버스트 신호를 출력시키고, 상기 버스트 신호의 펄스 개수를 가변시키는 동안 상기 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제1 실제 링잉 시간(Ringing time)과 최대 링잉 시간을 비교하고, 상기 비교결과 상기 제1 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면, 상기 버스트 신호의 펄스 개수를 감소시켜 출력시키고, 상기 펄스 개수가 감소된 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제2 실제 링잉 시간과 상기 최대 링잉 시간을 비교하고, 상기 비교결과 상기 제2 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면 초음파 센서의 이상으로 판단하는 초음파 센서 제어장치의 제어방법이 제공될 수 있다.
삭제
삭제
본 발명의 실시예에 따르면, 물체와의 거리에 따라 버스트 파형 신호의 펄스 개수를 가변시킴으로써 초음파 센서의 최대 측정 거리와 최소 측정 거리를 가변시켜 감지 영역을 변경할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 센서의 최대 측정 거리를 가변시킬 때 물체가 검출되지 않으면 버스트 파형 신호의 펄스 개수를 감소시킴으로써 버스트 파형 신호와 에코 신호의 중첩으로 인한 센서 이상을 방지할 수 있어 센서 진단 기능을 강화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치에 의해 작동하는 초음파 센서가 장착된 차량에서 차량 주변의 물체를 검출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치에 의해 작동하는 초음파 센서의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치에 의해 작동하는 초음파 센서의 일부 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치가 물체 검출을 위해 초음파 신호를 송수신하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 개략적인 제어블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 신호발생부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 신호발생부의 버스트 발생부의 버스트 신호의 펄스 개수를 가변시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제1 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 송신된 초음파를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제2 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 송신된 초음파를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제1 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 수신된 에코신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제2 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 수신된 에코신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 수신부를 통해 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 펄스 개수가 감소된 버스트 신호를 출력한 후 근거리에 물체가 있는 경우를 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 펄스 개수가 감소된 버스트 신호를 출력한 후 근거리에 물체가 없는 경우를 설명하기 위한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치에 의해 작동하는 초음파 센서가 장착된 차량에서 차량 주변의 물체를 검출하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치에 의해 작동하는 초음파 센서의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치에 의해 작동하는 초음파 센서의 일부 절개 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 초음파 센서(10)는 차량의 전방, 후방, 측방 중 적어도 어느 한 곳에 마련된다. 예를 들면, 초음파 센서(10)는 차량의 후방에 위치한 물체를 검출 가능하도록 차량의 후방 범퍼에 배치될 수 있다.
초음파 센서(10)는 점선의 검출영역(DZ)을 형성한다. 초음파 센서(10)는 초음파 신호를 송신하고, 물체에 의해 반사되어 돌아오는 초음파를 수신하여 그 검출영역에서의 물체의 존재 여부를 판단함과 함께 그 물체와의 거리를 측정한다.
초음파 센서(10)는 하우징(20)과, 하우징(20) 내부에 마련되는 기판부(30)와, 기판부(30)와 전기적으로 연결되도록 마련되는 초음파 소자부(40)와, 초음파 소자부(40)를 하우징(20)에 고정하기 위한 인너 커버(50)를 포함할 수 있다.
하우징(20)의 일측에는 외부커넥터와 연결될 수 있도록 커넥터연결부(21)가 마련되고, 타측에는 기판부(30)와 초음파 소자부(40) 등을 수용하기 위한 부품수용부(25)가 마련될 수 있다. 커넥터연결부(21)는 외부 커넥터가 삽입될 수 있도록 바 형상의 단자인입구를 포함할 수 있다. 단자인입구의 내부에는 다수의 커넥터연결핀(22)이 마련될 수 있다.
부품수용부(23)는 기판부(30)와 초음파 소자부(40)가 내부에 설치될 수 있도록 장방형의 내부 공간을 포함한다. 부품수용부(23)의 내부 공간은 단차지게 마련되어 바닥면에는 초음파 소자부(40)가 설치되는 소자 결합공(24)이 관통 마련되고, 바닥면으로부터 커넥터연결부 측에 돌출된 단턱(25)에는 기판부(30)가 설치된다. 부품수용부(23)의 단턱(25)에는 커넥터연결부(21)의 커넥터연결핀(22)과 전기적으로 연결될 수 있도록 다수의 연결단자핀(26)이 마련된다.
기판부(30)는 연결단자핀(26)과, 초음파 소자부(40)의 소자단자핀(42)을 전기적으로 연결한다. 기판부(30)는 초음파 센서(10)의 전반적인 제어를 수행할 수 있도록 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit;MCU)를 포함할 수 있다.
초음파 소자부(40)는 압전 소자로 마련되는 트랜스듀서를 내부에 포함하는 소자 본체(41)와, 소자 본체(41)로부터 연장 마련되는 소자단자핀(42)을 포함할 수 있다. 또한, 초음파 소자부(40)는 소자 본체(41)의 상부에 마련되는 캡(43)과, 캡(43)의 일측에 돌출 마련되는 써포터(44)를 포함한다. 캡(43)은 트랜스듀서를 감싸고 있는 소자 본체(41)의 상측에 고정 마련된다. 써포터(44)는 캡(43)의 일측에 본체 외부로 돌출 마련되어 캡(43)으로부터 연장 마련되는 소자단자핀(45)을 지지한다. 또한, 초음파 소자부(40)는 소자 본체(41)가 하우징(20)의 소자 결합공(24)에 조립될 때 씰링될 수 있도록 하는 링가이드(46)를 포함할 수 있다.
인너 커버(50)는 초음파 소자부(40)의 상부에 마련되어 하우징(20)에 설치된 초음파 소자부(40)의 위치 흔들림 및 이탈을 방지한다.
상기한 구성을 갖는 초음파 센서(10)를 작동시키는 초음파 센서 제어장치는 초음파 센서(10)를 통해 일정 대역의 주파수를 가진 초음파 신호를 송신시키고, 그 초음파가 물체에 의해 반사되어 돌아오는 초음파를 수신한다. 초음파 센서 제어장치는 초음파가 송신되고 나서 물체에 의해 반사되어 반사파로서 돌아올 때까지의 시간을 측정함으로써 그 물체와의 거리를 검출한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치가 물체 검출을 위해 초음파 신호를 송수신하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 초음파 센서(10)는 하우징(20)에 마련된 초음파 소자부(40)를 통해 일정 대역의 주파수를 초음파 신호(Wa)를 송출하고, 물체에 의한 반사파(Wb)를 수신함으로써 물체를 검출한다. 송신파(Wa)와 수신파(Wb)의 시간차를 T〔sec〕라고 하고, 차간거리 L〔m〕라 하며, 음속을 C〔m/sec〕라고 가정하면, 물체와의 거리(Da)는 다음 식 [1]과 같이 나타낼 수 있다.
Da=(T/2)×C 식 [1]
이와 같이, 초음파 센서(10)에서 초음파 신호가 송신되고 나서 물체에 도달한 후 반사되어 다시 초음파 센서(10)로 돌아올 때까지의 시간을 측정함으로써 초음파 센서(10)와 물체와의 거리를 검출할 수 있다. 예를 들어, 물체가 가까이 있으면 초음파 신호가 반사파로 돌아오는 시간이 짧아지고, 물체가 멀리 있으면 초음파 신호가 반사파로 돌아오는 시간이 길어지는 것을 이용하여 물체가 초음파 센서(10)로부터 떨어진 거리를 검출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 개략적인 제어블록도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 신호발생부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 초음파 센서 제어장치는 초음파 소자부(40), 제어부(60), 신호발생부(70) 및 수신부(80)를 포함할 수 있다.
제어부(60)는 초음파 센서(10)의 전반적인 제어를 수행한다. 제어부(60)는 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit ; MCU)로 이루어질 수 있다. 제어부(60)는 예를 들면, 신호 처리에 필요한 데이터나 프로그램이 저장된 메모리와, 시간 경과의 기준이 되는 내부 타이머가 포함할 수 있다.
신호 발생부(70)는 버스트 발생부(71)와 트랜스 포머부(72)를 포함할 수 있다.
버스트 발생부(71)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 소정의 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한다.
버스트 발생부(71)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 펄스 개수가 가변된 버스트 신호를 출력한다.
트랜스 포머부(72)는 버스트 발생부(71)로부터 출력된 버스트 신호를 승압하여 소정의 전압과 진폭을 갖는 신호를 출력한다.
초음파 소자부(40)는 트랜스 포머부(72)로부터 제공받은 신호에 의해 구동되어 초음파를 송신한다. 초음파 소자부(40)는 압전 소자인 트랜스듀서를 포함한다. 이 트랜스듀서는 형상이나 치수에 대응하는 고유 진동을 가진다. 따라서, 인가된 전압의 주파수를 이 고유 진동과 일치시키면 공진을 만들게 된다. 공진 주파수에서 압전 소자를 진동시키면 큰 진동폭이 얻을 수 있다. 초음파 소자부(40)는 트랜스듀서가 트랜스 포머부(72)로부터 제공받은 신호에 의해 고유의 공진 주파수로 발진함으로써 초음파를 송신한다.
또한, 초음파 소자부(40)는 송신된 초음파가 물체에 반사되어 돌아오는 음파에 진동하고, 이 진동을 전기적인 신호(에코 신호)로 변환하여 출력한다.
수신부(80)는 초음파 소자부(40)로부터 출력된 에코 신호를 수신하여 증폭한다. 수신부(80)는 연산증폭기 등의 증폭회로를 포함할 수 있다. 수신부(80)는 에코 신호를 증폭한 후 제어부(60)에 출력한다. 이때, 수신부(80)는 신호발생부(70)의 버스트 발생부(71)로부터 출력되는 버스트 신호도 함께 수신하여 에코 신호와 함께 제어부(60)에 전달할 수 있다.
제어부(60)는 수신부(80)로부터 수신된 에코 신호에 근거하여 물체와의 거리를 검출하고, 검출된 거리에 따라 버스트 발생부(71)로부터 출력되는 버스트 신호의 펄스 개수를 가변시킨다.
이하에서는 상기한 구성을 갖는 초음파 센서 제어장치의 작동을 설명한다.
제어부(60)는 신호 발생부(70)의 버스트 발생부(71)에 제어신호를 출력한다. 버스트 발생부(71)는 이 제어신호에 따라 소정 펄스 개수의 버스트 신호를 출력한다. 버스트 신호는 트랜스 포머부(72)를 거쳐 초음파 소자부(40)에 전달된다. 이 버스트 신호에 의해 초음파 소자부(40)는 트랜스듀서의 전기적 및 기계적인 설계에 의해 정해진 주파수 성분을 갖는 초음파를 송신한다. 초음파 소자부(40)로부터 송신된 초음파는 감지영역에 존재하는 물체에 도달한다. 물체에 도달한 초음파는 물체의 표면에서 반사되어 초음파 소자부(40)로 돌아와 초음파 소자부(40)를 진동시킨다. 초음파 소자부(40)의 진동은 전기신호로 변환되어 에코 신호로서 수신부(80)에 입력된다. 수신부(80)는 입력된 에코 신호를 증폭한 후 제어부(60)에 전달한다. 제어부(60)은 수신부(80)에서 증폭된 에코 신호를 제공받아 물체와의 거리를 검출한다. 물체와의 거리는 초음파를 송신한 시점부터 에코 신호가 수신된 시점을 이용하여 산출할 수 있다. 제어부(60)는 물체와의 거리에 따라 다음 주기에 출력될 버스트 신호의 펄스 개수를 가변시킨다. 즉, 제어부(60)는 검출된 물체와의 거리에 대응하는 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한다. 제어부(60)는 물체와의 거리가 가까울수록 상대적으로 적은 펄스 개수를 가진 버스트 신호가 출력되도록 제어하고(도 7 참조), 물체와의 거리가 멀수록 상대적으로 많은 펄스 개수를 가진 버스트 신호가 출력되도록 제어한다(도 8 참조).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제1 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 송신된 초음파를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제2 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 송신된 초음파를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 버스트 발생부(71)가 제1 펄스 개수(예를 들면, 8개 펄스)를 가진 버스트 신호를 출력할 경우, 초음파 소자부(40)가 사각박스 부분과 같이 상대적으로 적은 음압의 초음파가 출력되기 때문에 상대적으로 가까운 곳에 위치한 물체를 신뢰성 있게 검출할 수 있어 최소 측정 거리를 줄일 수 있다. 즉, 보다 근거리에 있는 물체까지도 검출이 가능하다.
도 10을 참조하면, 버스트 발생부(71)가 제2 펄스 개수(예를 들면, 32개 펄스)를 가진 버스트 신호를 출력할 경우, 초음파 소자부(40)가 사각박스 부분과 같이 상대적으로 큰 음압의 초음파가 출력되기 때문에 상대적으로 멀리까지 전달되어 초음파 센서(10)의 최대 측정 거리를 늘릴 수 있다. 즉, 보다 먼거리에 있는 물체까지도 검출이 가능하다.
초음파의 음압세기는 사각박스 면적에 비례한다. 따라서, 초음파 발생 횟수가 증가할수록 사각박스 면적도 증가함으로써 초음파의 음압세기 역시 증가한다. 이에 따라, 도 10과 같이 버스트 신호의 펄스 개수를 32개로 조정했을 때의 초음파 음압세기가 도 9와 같이, 버스트 신호의 펄스 개수를 8개로 조정했을 때의 초음파 음압 세기보다 크게 나타남을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제1 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 수신된 에코신호를 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 제2 펄스 개수를 가진 버스트 신호를 출력한 경우, 초음파 소자부를 통해 수신된 에코신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 제1 펄스 개수(예를 들면, 8개 펄스)를 가진 버스트 신호를 출력했을 때 점선에서와 같이 초음파 소자부(40)에 수신된 에코 신호에 대응하는 디지털화한 신호의 디지털화한 한(ADC 카운트값)이 102이지만, 제2 펄스 개수(예를 들면, 32개 펄스)를 가진 버스트 신호를 출력했을 때 점선에서와 같이 에코신호의 ADC 카운트값이 255로 크게 증가함을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 수신부를 통해 수신된 신호를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13을 참조하면, 수신부(80)로부터 제어부(60)에 입력된 버스트 신호와 에코 신호를 시간흐름에 따라 디지털화한 신호를 나타낸다.
디지털화한 신호는 버스트 신호가 출력되면 출력된 버스트 신호에 대응하는 디지털화한 신호가 먼저 나타나고, 에코 신호가 수신됨에 따라 에코 신호에 대응하는 디지털화한 신호가 뒤이어 나타난다.
링잉 시간(Ringing time)은 버스트 신호에 대응하는 디지털화한 신호의 디지털화한 한(ADC 카운트값)이 최대값에서 미리 설정된 값만큼 낮아진 기준값에 도달할 까지의 시간이다. 예를 들면, 기준값은 최대값의 10%에 해당하는 값일 수 있다.
제어부(60)는 디지털화한 신호에서 실제 링잉 시간을 판단하고, 판단된 실제 링잉 시간과 미리 설정된 값인 최대 링잉 시간(Max Ringing time)을 비교하며, 판단된 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과하면 센서 이상으로 판단한다. 이때, 최대 링잉 시간은 버스트 신호의 펄스 개수나 전압 혹은 주기에 대응되는 값일 수 있다.
하지만, 펄스 개수가 증가된 버스트 신호가 출력된 상태 혹은 물체가 근거리에 위치한 경우와 같이, 버스트 신호와 에코 신호가 중첩됨으로 인해 마치 링잉 시간이 길어진 것으로 잘못 판단할 우려가 있다. 이러한 경우, 센서 이상이 아님에도 센서 이상으로 잘못 판단할 수 있다.
이를 방지하기 위해 제어부(60)는 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과하면 곧바로 센서 이상으로 판단하지 않고, 펄스 개수를 감소시킨 버스트 신호를 출력한 후 그럼에도 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과하는지를 다시 판단한 후 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과할 경우 센서 이상으로 판단한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 펄스 개수가 감소된 버스트 신호를 출력한 후 근거리에 물체가 있는 경우를 설명하기 위한 그래프이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 버스트 발생부가 펄스 개수가 감소된 버스트 신호를 출력한 후 근거리에 물체가 없는 경우를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14 및 15를 참조하면, 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과한 경우, 펄스 개수를 감소시킨 버스트 신호를 출력한 후 수신된 버스트 신호와 에코 신호의 디지털화된 신호를 분석한 결과 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 넘지 않게 나타남을 알 수 있다. 이러한 경우는 버스트 신호에 에코 신호가 중첩되어 나타남으로 인해 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과한 것임을 알 수 있다. 따라서, 펄스 개수를 감소시킨 버스트 신호를 출력함으로써 버스트 신호와 에코 신호를 분리시키는 것에 의해 센서 이상이 아닌 것으로 판단할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서 제어장치의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.
도 16을 참조하면, 제어부(60)는 신호발생부(70)의 버스트 발생부(71)를 통해 기준 펄스개수의 버스트 신호를 출력한다(100). 이 기준 펄스개수의 버스트 신호에 의해 초음파 소자부(40)는 그에 대응하는 초음파를 송신한다.
그런 후 제어부(60)는 버스트 발생부(71)를 통해 출력된 기준 펄스개수의 버스트 신호와, 초음파 소자부(40)를 송신된 초음파가 물체에 반사되어 돌아와 전기신호로 변환된 에코 신호를 수신한다(102).
제어부(60)는 수신된 버스트 신호와 에코 신호를 디지털화한 신호를 분석하여 실제 링잉 시간을 판단한다(104). 제어부(60)는 판단된 실제 링잉 시간과 최대 링잉 시간을 비교하여 판단된 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과하는지를 판단한다(106).
만약, 작동모드 106의 판단결과 판단된 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과하면 소정 횟수 미만인지를 판단한다(108).
만약, 작동모드 108의 판단결과 소정 횟수 미만이면, 제어부(60)는 버스트 발생부(71)를 통해 펄스 개수 감소된 버스트 신호를 출력한다(110). 그리고, 제어부(60)는 작동모드 102 이하의 작동모드를 수행한다.
한편, 작동모드 108의 판단결과 소정 횟수 미만이 아니면, 제어부(60)는 초음파 센서(10)의 센서 이상으로 판단한다(112). 그리고, 미리 설정된 루틴으로 리턴한다.
한편, 작동모드 106의 판단결과 판단된 실제 링잉 시간이 최대 링잉 시간을 초과하지 않으면, 제어부(60)는 물체와의 거리를 산출한다(114). 물체와의 거리를 산출한 후 물체와의 거리에 따른 버스트 신호의 펄스 개수를 제어하는 것을 수행한다(116).
10 : 초음파 센서 40 : 초음파 소자부
60 : 제어부 70 : 신호발생부
71 : 버스트 발생부 72 : 트랜스포머부
80 : 수신부

Claims (8)

  1. 물체에 초음파를 송신하고 그 반사파를 수신하여 전기적인 신호인 에코 신호로 변환하여 출력하는 초음파 소자부;
    상기 초음파 소자부가 상기 초음파를 송신하기 위한 버스트 신호를 발생시켜 출력하는 신호발생부;
    상기 초음파 소자부로부터 출력된 에코 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신부로부터 수신된 에코 신호에 근거하여 상기 물체와의 거리를 검출하고, 상기 검출된 물체와의 거리에 따라 상기 버스트 신호의 펄스 개수가 가변되도록 상기 신호발생부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 버스트 신호의 펄스 개수를 가변시키는 동안 상기 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제1 실제 링잉 시간(Ringing time)과 최대 링잉 시간을 비교하여 상기 제1 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면, 상기 버스트 신호의 펄스 개수를 감소시켜 출력시키고, 상기 펄스 개수가 감소된 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제2 실제 링잉 시간과 상기 최대 링잉 시간을 비교하여 상기 제2 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면 초음파 센서의 이상으로 판단하는 초음파 센서 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호발생부는 상기 제어부의 제어신호에 따라 펄스 개수가 가변된 버스트 신호를 출력하는 버스트 발생부와, 상기 버스트 발생부로부터 출력된 버스트 신호를 승압하여 상기 초음파 소자부에 전달하는 트랜스포머부를 포함하는 초음파 센서 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 검출된 물체와의 거리가 멀수록 상기 버스트 신호의 펄스 개수가 증가하도록 상기 신호발생부를 제어하고, 상기 검출된 물체와의 거리가 가까울수록 상기 버스트 신호의 펄스 개수가 감소하도록 상기 신호발생부를 제어하는 초음파 센서 제어장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 물체에 초음파를 송신하고 그 반사파를 수신하여 전기적인 신호인 에코 신호로 변환하여 출력하는 초음파 소자부가 상기 초음파를 송신하기 위한 버스트 신호를 발생시켜 상기 초음파 소자부로 출력하고, 상기 초음파 소자부로부터 출력된 상기 에코 신호를 수신하는 초음파 센서 제어장치의 제어방법에 있어서,
    기준 펄스 개수의 버스트 신호를 출력하고,
    상기 에코 신호를 수신하고,
    상기 에코 신호에 근거하여 상기 물체와의 거리를 검출하고,
    상기 검출된 물체와의 거리가 길면 펄스 개수가 증가된 버스트 신호를 출력시키고, 상기 검출된 물체와의 거리가 짧으면 상기 펄스 개수가 감소된 버스트 신호를 출력시키고,
    상기 버스트 신호의 펄스 개수를 가변시키는 동안 상기 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제1 실제 링잉 시간(Ringing time)과 최대 링잉 시간을 비교하고,
    상기 비교결과 상기 제1 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면, 상기 버스트 신호의 펄스 개수를 감소시켜 출력시키고,
    상기 펄스 개수가 감소된 버스트 신호 및 상기 에코 신호를 디지털화한 신호의 제2 실제 링잉 시간과 상기 최대 링잉 시간을 비교하고,
    상기 비교결과 상기 제2 실제 링잉 시간이 상기 최대 링잉 시간을 초과하면 초음파 센서의 이상으로 판단하는 초음파 센서 제어장치의 제어방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020140120044A 2014-09-11 2014-09-11 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법 KR101604762B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140120044A KR101604762B1 (ko) 2014-09-11 2014-09-11 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140120044A KR101604762B1 (ko) 2014-09-11 2014-09-11 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101604762B1 true KR101604762B1 (ko) 2016-03-21

Family

ID=55651106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140120044A KR101604762B1 (ko) 2014-09-11 2014-09-11 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101604762B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101790888B1 (ko) * 2016-08-09 2017-10-26 서울대학교산학협력단 초음파를 이용한 거리 측정 방법 및 이를 이용한 거리 측정 장치
KR101816265B1 (ko) * 2016-09-12 2018-01-08 현대오트론 주식회사 초음파 센서 구동 장치 및 이를 구비한 초음파 센서 구동 시스템 및 초음파 센서 구동 방법
KR20190046496A (ko) * 2017-10-26 2019-05-07 현대오트론 주식회사 초음파 센서 및 그 제어 방법
KR20190049239A (ko) * 2017-11-01 2019-05-09 엘지전자 주식회사 초음파 센서 및 그를 구비하는 로봇 청소기
US11609575B2 (en) 2019-11-20 2023-03-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Mobile robot device and method for controlling mobile robot device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100800549B1 (ko) * 2006-09-20 2008-02-04 재단법인 포항산업과학연구원 초음파 근접센서

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100800549B1 (ko) * 2006-09-20 2008-02-04 재단법인 포항산업과학연구원 초음파 근접센서

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101790888B1 (ko) * 2016-08-09 2017-10-26 서울대학교산학협력단 초음파를 이용한 거리 측정 방법 및 이를 이용한 거리 측정 장치
KR101816265B1 (ko) * 2016-09-12 2018-01-08 현대오트론 주식회사 초음파 센서 구동 장치 및 이를 구비한 초음파 센서 구동 시스템 및 초음파 센서 구동 방법
KR20190046496A (ko) * 2017-10-26 2019-05-07 현대오트론 주식회사 초음파 센서 및 그 제어 방법
KR102030449B1 (ko) * 2017-10-26 2019-10-10 현대오트론 주식회사 초음파 센서 및 그 제어 방법
KR20190049239A (ko) * 2017-11-01 2019-05-09 엘지전자 주식회사 초음파 센서 및 그를 구비하는 로봇 청소기
WO2019088695A1 (ko) * 2017-11-01 2019-05-09 엘지전자 주식회사 초음파 센서 및 그를 구비하는 로봇 청소기
KR102432198B1 (ko) * 2017-11-01 2022-08-12 엘지전자 주식회사 초음파 센서 및 그를 구비하는 로봇 청소기
US11666194B2 (en) 2017-11-01 2023-06-06 Lg Electronics Inc. Ultrasonic sensor and robot cleaner equipped therewith
US11609575B2 (en) 2019-11-20 2023-03-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Mobile robot device and method for controlling mobile robot device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101604762B1 (ko) 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법
US11112495B2 (en) Method for acoustic distance time of flight compensation
US10345445B2 (en) Circuit for acoustic distance measuring
CN109154521A (zh) 具有反射体的超声波液位传感器
KR20140017669A (ko) 차량 내 환경 모니터링 장치 및 상관을 이용하여 환경을 모니터링하기 위한 방법
WO2009125843A1 (ja) 超音波伝搬時間測定システム
JPWO2011030389A1 (ja) 超音波検知装置
US20180164433A1 (en) Ultrasonic sensor
JP6044817B2 (ja) 車両用障害物検知装置
JP2017227641A5 (ko)
JP2006145403A (ja) 超音波計測回路およびそれを用いた液面検出装置
JP2013076687A (ja) 多重検知装置及びその方法
KR20070066136A (ko) 초음파를 이용한 거리 측정 방법 및 장치
JP2012220434A (ja) 物体検知装置
KR20170046221A (ko) 초음파 센서 제어장치 및 그 제어방법
KR101603225B1 (ko) 초음파 센서 오장착 검출장치 및 그 오장착 검출방법
KR20150059982A (ko) 차량용 초음파 센서의 감지 거리 증가 장치 및 그 동작 방법
CN210572741U (zh) 超声波传感器及测距***
US10809346B2 (en) Semiconductor device, ultrasonic sensor, and moving body
KR101790888B1 (ko) 초음파를 이용한 거리 측정 방법 및 이를 이용한 거리 측정 장치
KR101503125B1 (ko) 차량용 초음파 물체 감지시 오경보 방지 방법 및 오경보 방지를 위한 차량용 초음파 물체 감지 장치
CN112805589A (zh) 物体检测装置
KR20150076870A (ko) 초음파 센서의 출력보상장치
JP2019012059A (ja) 半導体装置、超音波センサ、及び移動体
CN113574911B (zh) 一种耳机及其佩戴状态的检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190319

Year of fee payment: 6