用于压电换能器的控制器和传感器制造技术

本申请涉及用于压电换能器的控制器和传感器。公开了用于具有新颖参数测量的压电换能器的各种传感器和控制器，所述新颖参数测量可便于检测和识别各种潜在的故障状态。本申请提供了传感器，其特征在于包括：压电换能器；控制器，所述控制器驱动所述压电换能器以生成声能脉冲串，并且基于所述压电换能器对所述驱动的响应，从包括多个换能器故障状态的一组潜在状态中识别对应的换能器状态。本申请提供了用于压电换能器的控制器，所述控制器的特征在于包括：用以驱动压电换能器的发射器；用以感测所述压电换能器对所述驱动的响应的接收器；耦接到所述发射器并且耦接到所述接收器的核心逻辑电路，所述核心逻辑可操作为基于所述响应从包括多个换能器故障状态的一组潜在状态中识别换能器状态。

Controllers and Sensors for Piezoelectric Transducers

This application relates to controllers and sensors for piezoelectric transducers. Various sensors and controllers for piezoelectric transducers with novel parameter measurements are disclosed, which facilitate the detection and identification of various potential failure states. The application provides a sensor, which is characterized by a piezoelectric transducer and a controller that drives the piezoelectric transducer to generate a sound energy pulse train, and identifies the corresponding transducer state from a set of potential states including multiple transducer failure states based on the response of the piezoelectric transducer to the drive. This application provides a controller for a piezoelectric transducer, which is characterized by: a transmitter for driving the piezoelectric transducer; a receiver for sensing the response of the piezoelectric transducer to the drive; a core logic circuit coupled to the transmitter and to the receiver, which can be operable to include multiple based on the response. Identification of transducer status in a group of potential states of transducer failure status.

【技术实现步骤摘要】
用于压电换能器的控制器和传感器
本公开整体涉及压电换能器，并且更具体地讲，涉及压电换能器状态的基于响应的确定。
技术介绍
现代汽车装配有大量种类繁多的传感器。例如，汽车现在通常配备有超声波传感器的阵列，以监测汽车与任何附近人员、宠物、车辆或障碍物之间的距离。由于环境“噪声”和安全问题，可要求传感器中的每个在汽车运动时每秒提供数十次测量。对于此类传感器阵列来说，重要的是可靠地执行或在其执行可疑时提醒操作者。随着传感器数量的增加，传感器故障的发生率和正确诊断此类故障的重要性也随之增加，使得可以提醒操作者，并且如果需要，可以采取适当的动作来纠正或调节故障。示例性动作可包括：修理损坏或断开连接的换能器，清洗汽车以从传感器表面去除泥土或污垢，在换能器受到雪或雨的损害时小心谨慎，以及在传感器以其他方式正确操作时忽略瞬态噪声事件。由于现有传感器无法正确诊断此类故障，所以它们不能适当地提醒操作者采取适当的动作，从而迫使系统在需要对维修车间进行可能不必要的访问或使操作者不知道损害传感器操作的可校正条件之间做出选择。
技术实现思路
因此，本文公开了具有新颖参数测量的各种传感器、传感器控制器和传感器控制方法，该新颖参数测量可便于检测和识别各种潜在的故障状态。根据本申请的一个方面，提供了传感器，其特征在于包括：压电换能器；以及控制器，该控制器驱动压电换能器以生成声能脉冲串，并且基于压电换能器对所述驱动的响应，从包括多个换能器故障状态的一组潜在状态中识别对应的换能器状态。在一个实施方案中，传感器的特征在于，该一组潜在状态包括：正常、加载、受阻碍和有缺陷。在一个实施方案中，传感器的特征在于，作为识别对应换能器状态的一部分，控制器从响应中导出谐振频率。在一个实施方案中，传感器的特征在于，控制器在响应的混响阶段期间测量谐振频率。在一个实施方案中，传感器的特征在于，控制器在测量谐振频率时使压电换能器短路。在一个实施方案中，传感器的特征在于，控制器通过比较提供给压电换能器的电流和电压的相位来在响应的驱动阶段期间测量谐振频率。在一个实施方案中，传感器的特征在于，控制器通过测量响应的频率相关性来在响应的驱动阶段期间测量谐振频率。在一个实施方案中，传感器的特征在于，作为识别对应换能器状态的一部分，控制器从响应中导出品质因数(Q)。在一个实施方案中，传感器的特征在于，作为识别对应换能器状态的一部分，控制器从响应中导出压电换能器的阻抗。根据本申请的另一个方面，提供了用于压电换能器的控制器，该控制器的特征在于包括：用以驱动压电换能器的发射器；用以感测压电换能器对所述驱动的响应的接收器；以及耦接到发射器并且耦接到接收器的核心逻辑电路，核心逻辑可操作为基于所述响应从包括多个换能器故障状态的一组潜在状态中识别换能器状态。在一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，接收器在发射器用载波信号脉冲驱动压电换能器时感测响应。在一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，在发射器完成载波信号脉冲之后，接收器在压电换能器的混响周期期间感测响应。在一个实施方案中，用于压电换能器的控制器的特征在于，接收器在发射器用啁啾信号驱动压电换能器时感测响应。附图说明在附图中：图1为装配有停车辅助传感器的示例性车辆的俯视图。图2为示例性停车辅助系统的框图。图3为示例性停车辅助传感器的电路示意图。图4为具有增加的发射器细节的等效电路示意图。图5为关于控制器输入和输出信号的曲线图。图6为关于供电电流和电压相位的曲线图。图7A-图7E为不同换能器状态的响应相位和幅度的频谱。图8A-图8D为作为时间的函数的响应频率和幅度的曲线图。图9为示例性感测方法的流程图。应当理解，附图和对应的详细描述并不限制本公开，而是相反，为理解落在所附权利要求范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式提供基础。具体实施方式本申请要求由专利技术人JiriKutej、TomasSuchy、MarekHustava、PavelHorsky和ZdenekAxman于2018年2月5日提交的标题为“Response-baseddeterminationofpiezoelectrictransducerstate(压电换能器状态的基于响应的确定)”的美国申请15/888,543的优先权，该申请继而要求由专利技术人JiriKutej、TomasSuchy、MarekHustava、PavelHorsky和ZdenekAxman于2017年9月12日提交的标题为“Diagnosticmethodsandmeasurementofultrasonicsensorparameters(超声波传感器参数的诊断方法和测量)”的临时美国申请62/557,593的优先权。图1示出了装配有一组超声波停车辅助传感器104的示例性车辆102。传感器布置中的传感器的数量和配置存在变化，而且在每个保险杆上具有六个传感器并不罕见，其中，每一侧上有两个额外传感器用作每一侧上的盲点检测器。车辆可在使用传感器进行单独测量以及协作测量(例如，三角测量、多接收器)测量的情况下采用该传感器布置检测和测量到各种检测区域内的物体的距离。超声波传感器为收发器，意指每个传感器可发射和接收超声波声音的脉冲串。所发射的脉冲串从车辆向外传播，直至其遇到物体或者某一其他形式的声阻抗失配并由其反射。反射脉冲串作为发射脉冲串的“回波”返回到车辆。发射脉冲串和接收到的回波之间的时间指示到反射点的距离。在许多系统中，一次只有一个传感器发射，但所有传感器均可被配置成测量所产生的回波。然而，通过使用正交波形或到非重叠检测区域的发射，可以支持多个同时发射。图2示出了耦接至各种超声波传感器204作为星形拓扑结构中心的电子控制单元(ECU)202。当然，包括串行、并行和分层(树)拓扑结构的其他拓扑结构也是适合的，并且预期根据本文公开的原理使用。为了提供自动停车辅助，ECU202还可连接到一组致动器，例如，转弯信号致动器206、转向致动器208、制动致动器210和节气门致动器212。ECU202可进一步被耦接到用户交互界面214以接受用户输入并且提供各种测量和系统状态的显示。使用所述界面、传感器和致动器，ECU202可提供自动停车、辅助停车、车道变换辅助、障碍物和盲点检测以及其他期望的特征。现在参考图3描述一种可能的传感器配置。(诸如DSI3、LIN和CAN标准中提供的那些的其他通信和电源技术也是适合的，并且预期根据本文公开的原理使用。)除了图3的实施方案中所示的两个电源端子(Vbat和GND)之外，示例性超声波传感器中的每个超声波传感器仅通过单条输入/输出(“I/O”或“IO”)线连接到ECU202。传感器的接地端子(GND)被示为直接连接到专用集成电路(ASIC)传感器控制器302的接地端子，而Vbat端子则通过RC滤波器(电阻器R2和电容器C4)和二极管馈送(D1)存储电容器C5耦接到传感器控制器302的供电电压(VSUP)端子。RC滤波器阻挡任何高频噪声，而存储电容器C5则防止瞬态功率损耗。传感器的IO端子经由转换速率限制噪声滤波器(电阻器R3和R5，连同电容器C6)耦接到传感器控制器302的I/O端子。当未通过ECU202或通过传感器控制器302将I/O线有源驱动为低(“生效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器，其特征在于包括：压电换能器；以及控制器，所述控制器驱动所述压电换能器以生成声能脉冲串，并且基于所述压电换能器对所述驱动的响应，从包括多个换能器故障状态的一组潜在状态中识别对应的换能器状态。

【技术特征摘要】
2017.09.12 US 62/557,593;2018.02.05 US 15/888,5431.一种传感器，其特征在于包括：压电换能器；以及控制器，所述控制器驱动所述压电换能器以生成声能脉冲串，并且基于所述压电换能器对所述驱动的响应，从包括多个换能器故障状态的一组潜在状态中识别对应的换能器状态。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述一组潜在状态包括：正常、加载、受阻碍和有缺陷。3.根据权利要求1-2中任一项所述的传感器，其特征在于，作为识别对应的换能器状态的一部分，所述控制器从所述响应中导出谐振频率。4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述控制器在所述响应的混响阶段期间测量所述谐振频率。5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述控制器在测量所述谐振频率时使所述压电换能器短路。6.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述控制器通过比较提供给所述压电换能器的电流和电压的相位来在所述响应的驱动阶段期间测量所述谐振频率。7.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述控制器通过测量所述响应的频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·库泰杰，T·萨奇，M·赫斯塔瓦，P·赫斯基，Z·阿克斯曼，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US