TWI273273B - Acoustic wave sensor - Google Patents

Description

1273273 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種聲波感測器，利用聲波以檢測到物體的距離 或物體所處之方位等。 【先前技術】 關於該種聲波感測器，例如有日本特開2002-156451號公報所 揭示之反射波式聲波感測器。反射波式聲波感測器係將如超音波之 疏您波間歇地從具有發波元件之發波裝置發送到介質中，並以呈有 鲁收波元件之收波裝置接收從物體反射之反射波。並且，依據從發送 ϋ波至接收反射波所經過的時間，檢測到物體的距離或物體所在 的方位。 、、另了方面，例如，《不衍開ZUU3-279640號公報揭示一種直4 波式的聲波感測器。直接波式的聲波感測器係將如超音波之疏密$ 間歇地從具有發波元件之發波裝置發送到介質中， ^ =置發波裝置之間的距離或收波裝置: 有水底聲波探測器、魚群探測器等。又， 波4湘應職朗如有，超音波探傷裝置. 波元i述=1:=^ :體皮;==之相位差，二檢測==收= 1273273 A中：ί:ΐ聲，器中，廣泛使用壓電元件作為將聲波發送至* 聲波ί則哭tL·二ί7,發波元件與收波元件皆使用壓電元件之 高，USSlT皮之聲壓及收波元件中聲波之收波感度提 共振送之聲波頻率設找鱗波元件及收波元件 :二而使用遷電元件作為發波元件聲 從收波树輪出之收波信號包含因 元件之綱測器則“兩;元元件與收波 為大：言振特性'值(機^ 备日·Τ2會變大，使從發波到收波為止的時間變短。 w 於盥：ί:二ί波感測器在檢測到物體之間的距離時，對於位 之2 ίίί「固Ί疋距t為近的物體就不能檢測。此處，如果聲波 速 之振動波形殘響時間T2為2ms時，則無法對 於距離收紅件在34αη _的物體進行轉的败。 如上’使用壓電元件作為發波元件之聲波 — 件所發送聲波造成的殘響成分使不感帶長:二*=元= 距離較近之物體距離。 ‘、、、忐松測舁收波疋件 r心為發波元件與收波元件之聲波感測器時， 假,又存在2個與_波感測器之間距離差較小的物體。由1中之一 的物體所反射之聲波被收波元件所魏細， ^ 反射之聲㈣達練波元件。於赠形巾，要依據彳=波祕= 1273273 之收ίίΐϊ別來自2個物體之反射波有困難。 哭從^’使用壓電元件作為發波元件與收波元件之聲波感測 在有複數物“ 感故’即使落於可檢測範圍’當存 法檢測屮社皮感測器到各物體之距離差較小時，有可能會無 各^物體之距離。因此，希望能改善聲波感測器之角度解 信三又L聲波感測器所使用之發波元件與收波元件當共振特性Q 值破大日守，角度解析能力愈差。 …士述聲波感測器亦可構成能檢測出檢酬象物體之位置資訊的 你罢二測系統。例如，上述日本特開2003—279640號公報揭示一種 ^測系統，其包括：超音波發信機，對複數移動體分別設置；至 (π音波收信機，於建物狀花板面既定區域分別設置;及，運 里裝置，依據從超音波發信機發出超音㈣超音波收信機接收 b號！過的時間，求出移動體之位置資訊。 立該=位置檢測系統由於在建物之天花板面既定區域分別設置超 曰波=信機，故為了使運算處理裝置求出檢測對象物體（移動體）之 t置纽’至少必需要於3個位置設置超音波收信機。再者，由於 在3個超音波收信機檢測區重疊的區域無法得知物體之位置資訊，、 因此’在配置超音波收信機方面很困難。 【發明内容】 登贺所欲解決之技術問顳 本發明之目的為提供一種聲波感測器，與使用壓電元件作為 波元件與《元件的習知聲波制難比，不僅能縮短從發波= 發出之聲波中的殘響成分造成之不感帶及收波元件所輸出收波信號 中殘響成分造成之不感帶中至少之一，尚能提高角度解析能力。^ 解決問題之枯術手殺 本發明之聲波感測器之一態樣可檢測到發波裝置或到物體的距 離以及物體所存在之方位中至少一者，包括··發波裝置，具有可發送 1273273 i3iS5SS:iS;=電=ί=ΐ小r電元件之共振特性q值。其結果: 電70件作為發波兀件及收波元件之 ，、使用壓 ^ 15? 發明之效果,：： 發波元件所發出並被物體反射声ι 、耳波或接收攸 波信糖錢），狀較轉換為收 ，壓， 件之共i特:元件時，由於收波元 電元件作為發波元件及收因此，與使用屡 :==輸出收波信號㈣殘⑽= 熱衝擊以產生聲波之聲波產生元 聲 不僅能縮 尚能 件 並且 且 ’收波元件使用靜電容量型之麥克風時， 發波元件及收波元 故與使用壓電 不僅能縮短 輸 件^共振特性Q值較壓電元件之共振特性q 兀件作為發波元件及收波元件之習知聲 ，小，毛 從發波元件發出之聲波中的殘響成分造成皮;=收= 1273273 出收波崎殘響成分造成之蝴，輪嫩解析能力。 【貫施方式】 佳形態 ίΜΜ^Ι 係關於-種聲::::本》;f;::態1之聲波感測器。實施形態】 者，以求出以位ί▲測到物體之距離以及物體所在方位兩 如圖1所不’實施形態1之磬 氣中間歇性發送聲波(疏密波）f置貝3^括=波裝置1，於空 聲波感測器之構成為依據從發波信號處理。該 接收物體2反射之聲波所經過的冗收波裝置3 物體2之存在方位。 才門以铋測到物體2之距離以及 發波裝置1包括··發波元件1〇，可 20，驅動發波元件1〇以使從 二、耳波;驅動電路 路2〇具有時脈二f件10間歇地發送聲波。驅動電 時脈。谱“和用以控制從發波元件1Q間歇地發送聲波的 被物件3G，可接嶋波元件1G發送並 實施形態1之聲波二波轉換為收波信號（電信號）。 1片電路基板之同二平二，^數，個）收波元件30排列於 定物體2所在之方位。呈體而測^到物體2之距離，尚能測 於平行於電路基板丨邊^方^、! 5個收波兀件3G以既定間隔排列 列於垂直於上件3Q以既定間隔排 元件=中f使說明簡化，僅晝出排列於上述任-方向之5個收皮 並且，聲波之波面角度為0:】itΐ巧位角θ之方向， -、）此處，Θ速為C、荦波之波面到達相 1273273 定間隔）（延遲距離)為L，崎波之波面 中〜間距離(上述既 观之時間差Μ為ΐ 目鄰收波：^繼及 之波面到達相鄰2個收波元件3GA及30Β之日*二t果&传知聲波 出物體2所在方位θ。上述既定則可運算求 發送聲驗長之〇. 5倍左右。^ L缺輕定轉波元件10所 信號處理電路5包括：信號放大部51， 憶體53，存放並輪出％ 以及求出物體2所在方位之ΐ tit仃λ出到物體2距離之運算 料之狀態，但是，運管邻54 波兀件30隨時處於可輸入資 時脈控制部_與控：波發㈣之 ίίA/D 52 以抽出並核測可能從物體2反射之聲波。 匕了 2所^^運算到物體2距離之距離運算功能以及求出物體 離運算魏=====巧⑽之機測功能。距 ί 信號存放於記憶體心時刻ti 聲波之時刻）之時^差（換4遲時間時，從收波元件30接收 收波所經過的皮裝置1發送聲波到收波裝置3 存放於記憶體53 距離。方位檢測功能係利用 以及各收波皮f件30所接收聲波之信號相位差 運算部54之距2 ί :ί产聲波對收波裝置3之到來方向。又， 式以達成。 t功此及方位檢測功能藉由於微電腦執行適當程 1273273 氣中1之聲波感測器最大測定距離為-，則聲波於空 Sic ii1Gm的距離即可。由於發波林職發出之聲波 所輸出之各收波信號會變成⑽〜綱^之微小電壓。 4〇dB〜60dR°，文大為51a之放大利得(gain)(電壓利得)設定為 離所需時門^=止=/N下降。又，由於聲波於空氣中傳遞10m之距 信號。且触品丄 i f 〇 4〜皮期間中來自各收波元件30之收波 各收波茲t 中存放有[收波元件30之個數]X[來自 件If之^浦數]數量㈣料。例如，如果收波元 為1㈣取樣；率為〈皮期!間為30ms、A/D轉換部52之取樣週期 x{(30xl〇^3) "n U) ^ 1 #(10[^®]) 檢測物體2存在二⑽ 記憶㈣之諸波元件3G的&34^延=能，能將存放於 能，該判^施;^__蚊域功如及判斷功 到來之存在方位(聲波之 門组ϊ且為夂fi應古於物體22所在方位之各收波元㈣之 m各長方形之横邊長度對應於延遲時間長度。圖 !273273 波元件3°的收波信號組合。由於由物體 收波元件反射之聲波會到達各收波元件30，故各 元件30所针出個收波信號。由於上述延遲時間，各收波 22所反射左侧者幾乎沒有相位差。該等為被物體 收波元件30所^出中述延遲時間，各 21所反射聲料^ #ut右側者相位⑧擴大。該等為被物體 後之輸出波形為將圖3C之收波信號組相加 體22所反射之&由过_加，可以擴大彻目位差小之物 聲波造紅錄信細^，使缺觀體21所反射 述延方位之各收紅件30之上 邡為以圖SE所亍延二fPf;f長度對應於延遲時間長度。圖 於由物體21反收波元件30的收波信號分組。由 3〇，故各收it 八與體f反射之聲波會到達各收波元件 被物㈣所反射側f=有相位差。該等為 組相加後讀域形。㈣肖^之收波信號 所反射聲波造紅蚊錢㈣= 札雜、，相與被物體22 各自相異的延遲時間i於物體所在方向之多數 波信號組相赠的輸出波_ 3D為左端時右端將二 13 1273273 形)^生時間會變長，可能造成物 實施形態丨巾，作絲 :、娜w識別困難。 以產生聲波之熱激發式係使用對熱賦予熱衝擊 產生元件由於係將金屬_ ’雜麟式之聲波 聲波。又，m杜qnJ θ此’可以發出殘響時間短的 較壓電元件小彳ρ夕 用猙電谷1型之麥克風，其共振特性Q值 波信號中所含殘響成分之發生期間短。 灶曰1件1()為熱激發式聲波產生元件，包括為單 =L ifί基板11;熱絕緣她熱層）12，由形成於底Ξ ί埶體if mi )侧之多孔質石夕層所構成，·金屬薄膜之 3 邑緣層12上;一對襯墊14，形成於底部基板 面Γ ’與發熱體層13以電性連接。底部基板η之平 ^狀為矩形，熱絕緣層12祕熱體層13各層之平面形狀也是矩 形。又，發熱體層13形成於底部基板u至少一個表面侧即可。 、s千如^成之發波元件10中，如果發熱體層13之兩端襯墊14間 通^則电熱體層13會產生劇烈的溫度變化，使接觸發熱體層13 之空氣產生劇烈溫度變化(熱衝擊）。也就是說，·熱體層13曰 觸之空氣會造成熱衝擊。接觸發熱體層13之空氣在發敎體層13之 溫度上升時會膨脹，於發熱體層13溫度下降時會收縮。因^， 適虽控制對發熱體層13通電，可以產生於空氣中傳遞之聲波。 如上，構成發波元件1〇之熱激發式聲波產生元件藉由將伴隨對 發熱體層13通電所造成發熱體層13劇烈的溫度變化轉換為介質（空 氣)之膨脹收縮，可以產生傳遞介質之聲波。又，實施形態\使用$ 熱體層13作為發熱體，但是，熱激發式之聲波產生元件只要至少包 括薄板狀之發熱體即可，例如，可用鋁製之薄板作為於埶辦。匕 舉-例說明，發波元件财，底部基板型;基板， 熱k緣層12使用多孔度約為60〜70%之多層質石夕層構成。將作為底部 基板11之矽基板一部分以於氟化氫水溶液與乙醇混合液之電解液中 1273273 進行2„理，可以形成*熱絕緣層12構成之多孔質石夕層。 極氧化處理所形成之多孔質矽層含有多數結晶粒徑為奈米 石夕（奈米結晶石夕）。並且，多孔質石夕層之熱傳導率及熱容量 度提高而減，卜因此，藉域熱絕緣層丨2之熱傳導度及 If為較底部基板11之熱傳導度及熱容量為小，並使熱絕緣 二六2二傳導度及熱容量之積設定為較底部基板11之熱傳導度及 里之Ϊ小充份地多，則可以有效率地將發熱體層13之溫度變化 傅達於空氣。 如果旎使發熱體層13與空氣間有效率地發生熱交換，並且，底 =基板11有效率地取走熱絕緣層12之熱使熱絕緣層12、之孰散掉: ί 止來自發熱體層13之熱堆積在熱絕緣層12。-般而言，已 =傳¥率為148W/(m . Κ)、熱容量為1. 63xlG6J/(m3 · Κ)之單晶石夕 土，進彳所職彡减為㈣之乡孔㈣層频傳導率為 # 1二τΐ量為G. 7xlG6"(m3.κ)。於實施形態1中，熱絕緣 ^ ^，之多孔質石夕層所構成，熱絕緣層12之熱傳導 羊為 0· 12W/(m · K)、熱容量為 〇· 5xi〇6j/(m3 · K)。 發熱體層13之材料可使用屬於高融點金屬之鎢u 、 ，專二又，底部基板u之材料可使用Si、Ge、Sic、Gap、Ga 荨可藉由1¼極氧化處理而多孔質化之其他半導體材 ，如〇中，底部基板U之厚度, t iii發熱體層13之厚度設 从ffl谷概塋My子度δ又疋為0.5/zm。又，發熱體層彳 S^i2mm，短邊長度設定為1Gmm。鮮僅為各尺寸之^並i 於發波元件10中，藉由透過一對襯墊14對發埶 ，熱體層13發熱，可隨溫度變化產生聲波。如果對發熱:體層H吏 供之驅動私祕（‘鶴電壓波形或,流波形）為例如頻0^ 之正弦波波形時，於理想的情形’發熱體層13所產生步’、、、1 率f2會成為驅動輸入波形之頻率fi的2倍。因此，可^波頻 15 1273273 f出為驅動輸入波形頻率f 3元件K)具有平坦的頻率特性，故是說，由於發 Π，以使生較之醉於廣朗變化&，_輪人波形之頻率 驅動輸入波形，以由=====半週期孤立波以作為 於襯墊14間施加圖5A所示言 1週期低殘響之聲波。或者， 形，以由發波元件ίο產生如作為驅動輸入波 生約1週期之聲波時，所產生聲周士、斤波形狀的聲波。當產 左右之超音波i週_時間。^ 間敎為5GkHZ〜7(Μζ 產生高斯波形狀之聲，麩::亥荨數值亚非特別限定者。又， 右之超音波i 卓波之產生期間係定為祖Hz〜懸左 從發波元件10產生如圖诏 士 圖6所示之電路作為驅動電口路2〇所^1斤波形狀之聲波時，可使用 Ε、透過開關SW連接於直、、ά+ Μ圖6所不驅動電路20由直流電源 兩端之閘流體（ThyristOT7Tf c、連接於電容器c R2之直列電路所構成，且，ϋ電阻及保護用電阻 驅動電路20具有㈣脉件10連接於保護用電阻R2兩端。 於圖6所示構成之驅動 自直流電源E之電荷堆積於電 =開關SW為開的期間，來 部會檢測電容器C兩端的電J: H電容器C被充電。時脈控制 閾值，則將開關SW_，並土 ^果^器c兩端的電壓超過既定 脈控制部對閉流體Th提供之閘提供控制信號。從時 施加於發波元件1〇福執工棄域則閘體Th會打開，使電壓被 變產生聲波。藉由適者°並且’隨著發熱體層13之溫度改 可對發波元件1()之襯誘導率及電阻R1之電阻值， 電壓波形。 <間知加如圖5A所示高斯波形狀之驅動 ^〖轉献波讀3Q之靜電容量型麥克風。靜電容量型 16 1273273 麥克風係使用微加工(mi議aehining)技術形成。例如圖7A及圖 所示，包括矩形框狀之框31，係於石夕基板厚度方向設置貫穿之窗孔 31a所形成；及，懸臂樑（carrtiiever)型之受壓部π，於框31 一 表面侧以跨越與框31相對之2邊的形態配置。 ^ 36 定=透過魏化膜37以框31支持，且其自 口 之厚度方向上隔著_與梦氮化膜37相對。 k夕基板 路膜成例如 M 37=^=如_等金屬薄膜之可動電 由以舆上述桃 ，㈣係 罝改變。如果對設置於 、兒極33b之間的靜電容 畫出）施加直流偏壓電壓，則於襯墊&門餅"靡33b之間的襯墊（未 的電㈣化、，纽：可崎波㈣波之細會產生微小 又作為收波元件30之靜電容 的構造。例如，可使用微加工^定於如圖7八及 收茸波之隔板部；背板部，與隔 < 石夕基板專以形成接 間隔部，於未接收聲波之m時使㈣板二有貫穿之複數排氣孔; 亚於==;以板部設置固=之間隙長固定’ ，件之Q值小。因此克=施=。5約為3〜4。兩者皆遠 產生元件作秘料㈣並波 1273273 η 』，角、2作為發波元件及收波元件之習知聲波感測器比 哭之以幅地改善。圖8為共振特性Q值與聲波感測 i產生ί件之==勺0關=。=8可以得知，使用 型麥克風之魏=3Q之肖 時同電熱激發式聲波產生元件作為發波元件10 —並且g—去4克風作為收波元件30，即使僅採用其中之 發波元壓電元件’與使用壓電元件作為 善。.m件之習知聲波感測器比較，角度解析能力仍能改 擊以IIS乏聲波感測器由於使用對空氣賦予熱衝 10所發送感測器相比較，可縮短從發波元件 含殘響成分的發^ =較?二:級元件1◦所發岭波中所 風作ί收之靜電i量型麥克 30 可較習知者縮t _岐波信射所含殘響成分的發生期間 波感測器⑽確之習知聲 不感帶，尚能提高角度解析能力如收社射殘響成分所導致之 /下時共振特性Q值皆為 實施形態i之聲波感測器構成為能檢 18 1273273 在方位兩者’但其構成也可為僅檢測到物體2之距離及物體2所在 方位兩者之一。 實施形態2 ^以下，參照附圖說明本發明實施形態2之聲波感測器。實施形 悲2亦關於一種聲波感測器，係檢測到物體之距離以及物體所在方 位兩者以^出物體之三維位置。實施形態2之聲波感測器的基本構 成與上述實施形態1之聲波感測器大致相同，但如圖9所示，構成 皮裝置1之發波元件1〇及驅動電路2〇之構成是不同的。因此， 僅說，^異，，而省略關於其他構成的圖式及說明。 形悲2之發波兀件1〇為藉由熱衝擊產生聲波之聲波產生元 氣中隔間隔相對的-對電極19。如果於發波元件10之 墼電t /if既定電壓使產生火賊電，則會對空氣職予熱衝 Ϊ开Ϊ : ΐ發波元件1〇之共振特性Q值約為2。因此，實 時的聲W 1〇亦能從發波元件10發出發生期間短且殘響 用開路2G之_:編⑽過充電 用開關SW2連2於間’且發波元件1〇透過放電 晝出），並且t序^夂送聲波之時間的時序控制部（未 2〇中，充電用ίίΐ =開關別1 *聊之開/關。驅動電路 於及放電用開關SW2不會同時為開。 會檢測電容器ci兩端的電壓r1電。時脈控制部 壓），則將充電極19間產生火花放電之火花電 於圖9所示之驅中亚=放電用開關SW2。 電容器C1，如果電容^路而20山中’來自直流電源Ε1之電荷堆積於 會對放電㈣關SW2提^=既定難’則時脈控制部 波元件之兩電極= 電用開關SW2開啟，並於發 祕19間杨火花電愿以上的，以產生火花電 19 1273273 :予該電ί 19 進行火花放電，會對兩電極19周圍之空氣 所面=古&二並藉由空氣的膨脹收縮以產生聲波。又，與兩電極19 ί 直之平面上，可以藉由火花放電產生無指向的聲波。 所魅之聲波包⑽域帶域讀率成分。 能3 ^认茶照附圖說明本發明實施形態3之聲波感測器。實施形 mU體隹位置。實施形態3之聲波感測器的基本構 ί波同’但構成發波裝置1之 每㈣处。動電路構成是不同的。因此，僅說明相異點。 niit之發波裝置1中，作為發波元件1g之聲波產生元件 t射熱容量較低且熱傳導性較低之被加熱體，以及照射 被加熱體之半導體雷射等的雷射元件（文義已明顯不 』並且驅動電路2G控制f射元件之驅動以加熱被加轨體， 接觸之空氣辭熱衝擊以產生聲波。實施形態3之發 波元件10發出發生_短且殘響時間短的聲波。 檢測ΐ ί參f Ξ=明本發明實施形態4之利用聲波感測器的位置 1且51多ί體ϋ裝載包括發波裝置1之發波單元110，該發波裝置 =0之焉£動-电路20。又，於建物内天花板面2〇〇上於既 有包，波裝置3之收波單元12G，該收波裝置3具有 別，，以接收從發波裝置1間歇發送之聲波。 ’收波兀件 貝轭形悲4之位置檢測系統為一種動線計測系 20 1273273 移動體4移動動線之追縱 明之熱激發式聲波產生元件，^件如可，用實施形態]已說 施形態1中相同。但是，㈣,驅動电路2〇之電路構成也與實 施形態2或實施形能3 ‘成二二T，並非限定，也可以採用實 發波單Μϋϋί，波元件1G及驅動電路2〇。 元件10之驅動電路^以外，^包^ 了發=件10及驅動發波 電波發送輕信號;|_路64 63 ’利用光或 貧訊信號發信器65，利用光、 4唬發知态63;識別 驅動電路66，資訊信號； 制各驅動電路2〇、64、66。 65;控制部67，用以控 ^ίϊί 63 1 送識別_讀之_送器65發 ⑺之上述功能可藉由以微電腦執行=^=^微電腦，控制部 於接發峨信器… 識別貢訊信號收信器、75，接收識 虫^才輸出觸發收仏信號； 資訊信號;位置運算部信器65所發送之識別 相對位置（發波裝置i所在之方位以及 了=衣置3之 計時器76，輸出從觸發信號收信器 距離^輪出； 下，稱為觸發收信時刻）；記憶體74,將位置虎之時刻U 果(發波裝置1所在之方位以及到發波 I j之運异結 出之觸發收信時刻對應並依時序加以^置1之距離)與計時器所輸 * 1 置發波裝置1之時序相對位置變化的(資由所裝 形式r料列，並透 甸^里衣置。輸出部78例如可採用TIA/EIA_232_E或等=】 1273273 傳送方式的界面，或者，如 控 制部77之功能可藉由以微電腦執送方式的界面等。又， 如果觸發信號發信哭程式以達成。 發光二極體，峻& 作麵發錢時，例如，可使用 波單元120之時間區域中，二，二二於聲波從發波單元110到達收 如果識別資訊信號發_哭或電波之到達時間視為零。 如，可使用發光二極體^作為識別資訊信號時’例 以4—S為例碗元衣^’具有複數個（圖中， 收到的聲波轉換為電伸之來自發波元A W之聲波並將接 板39上以二維^^=並且各收波元件加於同-基 設定成約為發波元件1〇所發牛=== 非列間隔)L較佳為 〇·5〜5倍）。如練波元件聲波波長之 檢測該時間差會有_。收波元件 』’二^會巧、士要 說明靜電容量型之麥克風4雷I旦1^ 於貫施形们中所 比麗電元件小，故收波頻率;廣t於共振特性Q值遠 號收Ϊί f信號發信11 63所發送之觸聽_，觸發作 #U發信號轉換為電信號(觸發收信信號)並輪出者g。X。 例如，信器65所發送之識別資訊信號使用光時， i資ΐΐ 而使職波作為 ^ ’可使關如靜電容量狀麥克風。姻ft贿 要此接收朗資訊錢並賴發信號賴為電錢構成之^資^ 22 上 273273 信號並輸出者即可。 位置運算部72具有依據收波穿 波之信號相位差及各收波元件3〇 χ σ收波元件30所接收聲 波襄置3所在方位之方位角μ波示發波裝置1對收 其次，說明位置運算部72。耳為皮^^向^功能。 4置3之收波元件3〇於同—平面上t月1間化，以圖12所示收波 又，圖12與圖2只有收波元件3〇 1 ^等^搞排列的情形為例。 圖13A〜13C顯示當對構成發油f目不實質上是相同的。 之發熱_ 13施加正弦波^之熱激發式聲波產生元件 各收波元件3G各自的收波信號之的驅動電壓時，圖12 件30的收波信號，圖13B為圖f中f f中最上方之收波元 3C s ™+30 置運^72包括信號處理部7 來方向）之3能 裝置1對收波裝置3所在方位(聲波到 所輪i功能，將收波裝置3之各收波元件30 遲時間延遲，並將°收^二乂=應於各收波元件30排列圖案之延 組相加；判斷功能，將相= 刀此且^出；加法功能’將延遲之收波信號 大小比較，者得到走”收^信號之輸出波形峰值與既定閾值的 之方向;=、ί 3 時，則將對應於所設歧遲時間 位Sii t 所在的方位(聲波之到來方向)。 如，將1；；署ς除I信號處理部72c以外，尚包括:A/D轉換部 數位的收波二次^ j波兀件30所輪出之類比收波信號轉換為 發收S3，儲存部伽’存放來自觸發信號收信器73之觸 輸入的日守點至恰到既定收波期間A/D轉換部72a之輸出。 波期^ ί理部72C將對資料儲存部72b輸人收信信號時設定為收 間在於收波期間内使人/1}轉換冑723動作，並使用於收波期 :貝料儲存部72b之波收信號資料以求出發波裝置丨之所在 23 1273273 3好i放72c係由微電腦等所構成。資料儲存部72b 料數]Hi +3G個數]x[來自各收波元件3G之收波信號資 熱激發波装置1之發波元件10使用 收、、古梦署q 生件。如圖14所示，假設聲波從2個方位到達 波U方位“2 二%如果從方位角θ 1之方位到來之聲 示，從夂你、* - #。方位到來之聲波更早到達，則如圖15A〜〗5C所 果，可輸出之2個收波信號不易發生重疊。其結 向）Μ 'Θ2。口 ’夕動體4所震載發波裝置1之方位角（聲波之到來方

涵之收波元件30的2個收波信號，圖15B 兀件3G的2錄驗號，15C為_ 14中最下 應於來ίϊ方立=ΓΐΓ。圖15A〜15C中左側之收波信號對 波。 方位之耳波，右側之收波信號對應於來自<92方位之聲 自ϋ方位之聲波波面到達相鄰收波耕30其中之一 距離)定為二皮元件3G中心之間的距離(延遲 參考祕達 == 定為d2(丧丄湖中心之間的距離(延遲距離) 位置運异部72之k號處理部72c包含距離運曾功Ab tr發錢之時顺從收波。3G"*接轉2 號使用如光或電波等遠比聲波速度快的高速^距^由， 电k旒從發波單元1〇〇到收波單元12〇之經過二二^此，觸 極短時間。信號處理部72c如圖咖c所示，、=== 24 1273273 接收到第1個 q ^ 以及，音速，以求出收波裝置1與 構成信號處理^ 72c之微當7=^成運算功能可藉由於 = ίί·移動體4裝载的複數發波裝置1的所在 習知位置檢測系機（收波裝置）之 較容易。 々不僅鈀工谷易而且收波裝置3之配置也比 ㈣彡態4之位置檢測_巾_波細祕、使用夢由丘 2ί=ί 振特性㈣小非常多且以：《以熱 t件之共振特性Q值小非常多之靜電容量$克 ^收波讀30。因此’與使用壓電元件作為發波 』形相比較，不僅能縮短從發波耕1G發 塑4 ，不感帶及收波元件3〇所輸岐波錄utm 土刀造 帶，尚能提高角度解析能力。 ^曰成刀&成之不感 的，檢測系統所適用建物之地面⑽為平坦 攸地面100到天化板面2〇〇之高度固定，祐 二地面至移動體4上面之高度為固 波衣置3且平行於天钯板面2〇0之平面盥包含於 收 裝訊與發波裝置1所在方‘ 另一方面，如圖17所示，即使建物地面1〇〇有 =據信號處理部72e從觸發信餘信n 73所收·^ = 與收波元件3()接收到聲波之時刻之間的關係，以良好二 % 1273273 枇制邮皮裝置3與發波單元110之發波裝置1之間的距離。 所於^廿二b包含聲源鑑定功能，可依據識別資訊信號收信器乃 的S、、皮:署Γ於γΪ己憶體74之識別資訊個別地鑑定各移動體4所裝載 存在複ί個鞠Γ使於可狀波裝置3檢崎波之檢測區域内 置（即，各於^?/’也可以求出各發波裝置對收波裝置3之相對位 ρ各私動體4之相對位置）。 自相在4個移動體4時，如圖18A〜18D所示，可使用由各 單為從各移動體4所裝載發波 識別資吒盥位罟、it仏态6所發送之識別資訊信號。此情形中， 存放於之信號處理部72的運算結果係互相對應 Γ所在方彳抆制部77可以由位置運算部72所得到發波農置 =冽出疋攸那一個發波單元110所發出。 且於可利用光或電波作為識別資訊信號 時，從收波單^測聲波之仏測區域内僅存在1個發波單元110 從各收波树3G分^^信175所―之朗資訊與 波元件3〇的收波信號，圖19B相當於圖12正中， '19c^^ 12 器63此Si 可兼作為上述觸發信號發信 部72設置jipitii作為觸發信號。再者，亦可於位置運算 鈣βί喂形態4之位置檢測系統中，不僅於發波單元π 〇 1窨 ΐ Γ；ί1Γ ；63； 73：l 不於此。也可與上述說明相反，於收波單元1 仁 發波單元11G設置觸發信號收信器73。此情if 發波讀1ϋ發出聲波，祕麵部72 f之信號 26 1273273 接收聲波之時 制驅動電路20，也可以經過既定收信信號輸入後立刻控 上述位置檢測系統中7二 =〜再丄空^區f電路2〇。 花板面200等固定面配置收gUf4曰H發波裝置1並於天 於固定面，並於移動體4上==疋3也可為將發波裝置1配置 2〇〇5^ 書及圖式應可合併得到本申請發明内容。 J申明木之况明 ==不脫離本申請發明的範圍，而應解釋為=二;ί 【圖式簡單說明】 圖1為顯示本發明實施形態i之聲波感測器 圖2顯示於上述聲波感測器中，得以檢測物體; 圖3A為顯示於聲波感測器可檢測範圍内存在 原理； 物體朝收波元件之聲波的到達狀況. 租％ ’從各 合的= 雜龍刪畴她之梅元卿遲時間組 的波=C;為顯示收波元件延遲圖3B所示之延遲時間的收波信號組 圖3D為顯示將圖3C之收波信號組相加得到 圖3E為顯示對應於物體所在方位之各收波元二出的波形圖； 之組合的圖形； 他延遲時間 圖3F為顯示收波元件延遲圖犯所示之延 的波形圖； 間的收波信號組 27 !273273 波形ΐ %為顯示將圖3F之收波信號組予以相加得到之輸出波形的 _ 上述聲波制11中發波元件之構成的剖面圖； 的波形圖；冑示圖4所示I波元件中所輸人的驅動輸人波形之-例 輪出輸入圖^所示之驅動輸入波形時，從發波元件所 構成=之^2^用以驅動實施形態1中之發波元件之驅動電路的- 圖·圖仏為_示實施形態1中之收波裝置的構成之部分斷開立體 圖7B為聲示圖7X之收波裝置之剖面圖； 圖；圖8為顯示共振特性Q值與聲波感測器之角度解析能力的關係 圖 體圖； 驅動施形態2之聲波感測器中之發波裝置及其 統之才本發明實施形態4之聲波感測器中之位置檢測系 10B為顯不上述位置檢測系統所使用之收波裝置之構成的立 的方麵社雜置檢_、統巾之毅單元缝波料之構成 壯罢2 ΐ顯示於上述位置檢測系統中所使用之聲波感測器（收波 衣置）中，件以檢測物體存在方向之原理的圖形； 圖13Α〜13C為顯示對發波元件施加驅動電壓時，圖12 元件各別之收波信號的波形圖； ㈡之〇收波 圖14為顯示在實施形態4之位置檢測系統中，聲波從2個 到達各收波元件之情形的圖形； 圖15Α〜15C為顯示從圖14之各收波元件所輪出收波信號的波形 28 1273273 圖 圖16A〜16C為顯示觸發收信信號货鱼 後第-個從各收波元件輸出之收波信號sp ，收信信號ST之 圖Π為顯示在實施形態4之位^係的波形圖； 高低差之情形的圖形； 、糸、、先中’建物之地面存在 圖18A〜18D為顯示使用各自相異 作為各移細之識卿訊時之波、麵i構成之朗資訊信號 圖19A〜19C為顯示利用光或電 一 波之區域内存在1個ίίΐΐ訊信號並且於可藉 L圖i.刀別攸諸仏件m丨认波 振動波形的波形圖。‘1【電元件時―，m電充_產生聲波之 【主要元件符號說明】 1〜發波裝置 2〜物體 d〜收波裝置 4〜移動體 5〜^號處理電路 10〜發波元件 11〜底部基板 12〜熱絕緣層 13〜發熱體層 14〜襯墊 19〜電核 20〜驅動電路 21〜物體 22〜物體 29 1273273 30〜收波元件 30A〜收波元件 30B〜收波元件 31〜框 3 la〜窗孔 32〜受壓部 33a〜固定電極 33b〜可動電極 35〜熱氧化膜 36〜矽氧化膜 37〜矽氮化膜 38〜矽氮化膜 39〜基板 51〜信號放大部 51a〜放大器 52〜A/D轉換部 53〜記憶體 54〜運算部 63〜觸發信號發信器 64〜驅動電路 65〜識別資訊信號發信器 66〜驅動電路 67〜控制部 72〜位置運算部 72a〜A/D轉換部 72b〜資料儲存部 72c〜信號處理部 73〜觸發信號收信器 74〜記憶體 1273273 75〜識別資訊信號收信器 76〜計時器 77〜控制部 78〜輸出部 100〜地面 100b〜高低差 110〜發波單元 120〜收波單元 200〜天花板面

Claims (1)

1273273 十、申請專利範圍： 動電ί波裝置’具有可發送聲波之發波元件及鶴該發波元件之驅 或接Ζίί元件’ 發波元件發送之聲波， 棘riti，發出並被物體反射之聲波，並且將收到之聲坡 轉換成為電信號之收波信號； τ耳波 其特徵為： 件所^波70件储由對空氣施以熱衝軸產生聲波之聲波產生元 及物 動電置’具有可發送較之發波元件及鱗該發奸件之驅 或接ϋΐϊί元件’能直接接收從發波元件發送之聲波， 轉換成為電被物體反射之聲波’並且將收到之聲波 其特徵為： 型麥克係藉由可將聲波之聲壓轉換為電信號變化之靜電容量 一種聲波感測器，可檢測到發波裝置或到物體之間的距離以 及”之方位中至少一者，包括： 馬區 紅波衣置，具有可發送聲波之發波元件及驅動該發波元件之 動電路；及 $ 衣置’具有收波元件，能直接接收從發波元件發送之聲波， 丄從發波元件所發出並被物體反射之聲波，並且將收到之聲波 轉換成為電信號之收波信號； 其特徵為： 32 1273273 戎收波^件之共振特性的Q值為 10以下。 動電ί波置，具有可發送聲波之發波元件及驅_發波元件之驅 或接收波元件，能直接接收從發波元件發送之聲波， 1斤發出並被物體反射之聲波，並且將收到之聲波 轉換成為電信號之收波信號； 丁队耳渡 其特徵為： 邊各收，元件之共振特性的Q值為10以下。 ^ ^ 5· ^申明專利範圍第1項之聲波感測器，其中，該聲波 件包括薄板狀的發贏，接i… ^^ 度改變，⑽J紐熱體通電所伴隨產生之發熱體溫 度叹艾以對空虱賦予熱衝擊，令其產生聲波。 件包^如申請專利範圍第5項之聲波❹m，其中，該聲波產生元 底部基板； 成^^層’㈣成於該底縣_至少—表面狀該發熱體所構 熱絕緣層，介於該底部基板與該發熱體層之間。 株且ii!請圍第1項之聲波感測器，其中，該聲波產生元 相對電極’藉由於兩電極間施加既定電壓使 其產生火花放電，而對空氣賦予熱衝擊，以產生聲波。^使 範圍第1至4項中任—項之聲波感測器，其十， 上於同一平面上之複數之收波元件，並具有方位 ί it: 1_妓件接收聲波之收波信號_位差與前 义口 / 7G之配置’以求出相對於前述收波裝置之聲波到來方向。 十一、圖式： 33