用于多方向测量的超声测量组件制造技术

本发明专利技术涉及超声测量组件(10)和用于执行超声测量的相应方法。意图是，用同时具有多个不同驱动频率的驱动信号来驱动用于发射超声波的超声发射机元件(18)。在本文中，驱动单元(12)为至少一个对应的超声发射机元件(18)生成至少一个驱动信号(20)。作为结果，每个超声发射机元件(18)将生成多方向超声波。附加地，打算以这样的方式来设计驱动信号20，即，总体超声束在不同的空间方向(22)上包括单独的频谱。如果总体超声束的一部分被反射了，则感测信号(30)被感测单元(28)生成。所述感测信号(30)包括单独的频谱。所述感测信号被处理单元接收，所述处理单元确定频谱并且因此能够确定信号被发送到哪一个空间方向(22)或空间区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超声测量组件和用于执行超声测量的方法。本专利技术还涉及用于超声测量组件的超声发射机，以及涉及用于超声测量组件的感测组件。
技术介绍
US 6,549,487 B2描述了一种利用声系统以用于确定目标范围、广度以及方向的车辆占有传感器。该系统由用气室谐振器元件的阵列所形成的超声发射机组成，所述气室谐振器元件以对于彼此的相对相位驱动以产生转向声束。在此，光栅扫描能够通过在不同的空间方向上使声束转向而被提供并且能够在不同的空间方向上执行多个测量。换能器阵列被调谐到单个谐振频率以便发射声束。光栅扫描是需要的，因为超声束对于提供高的角分辨率是相对窄的。这个方法的缺点是当用窄波束来扫描大的角展度时的延迟，因为声束必须以小步长转向通过整个角展度，其中单独的测量被做出。因此，这个标准光栅扫描方法必须以延迟(latency)作为角分辨率的交换。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供上面所提到的类型的装置和方法，从而使能用于在观察窗口内进行测量的具有小的延迟的超声测量。在本专利技术的第一方面中呈现了超声测量组件，所述超声测量组件包括：超声发射机元件，其用于发射超声波；驱动单元，其用于驱动超声发射机元件，其中驱动单元被适配成用同时具有多个不同驱动频率的驱动信号来驱动超声发射机元件；感测单元，其用于感测超声波并且用于响应于感测到的超声波来生成感测信号；以及处理单元，其用于接收感测信号并且用于确定感测信号的频谱。在本专利技术的另一个方面中呈现了用于超声测量组件的超声发射机，所述超声发射机包括：超声发射机元件，其用于发射超声波；以及驱动单元，其用于驱动超声发射机元件，其中驱动单元被适配成用同时具有多个不同驱动频率的驱动信号来驱动超声发射机元件。在本专利技术的另一个方面中呈现了用于超声测量组件的感测组件，所述感测组件包括：感测单元，其用于感测超声波并且用于响应于感测到的超声波来生成感测信号；以及处理单元，其用于接收感测信号并且用于确定感测信号的频谱。在本专利技术的另一个方面中呈现了用于执行超声测量的方法，所述方法包括以下步骤：提供超声发射机元件以用于发射超声波；生成同时具有多个不同驱动频率的驱动信号；用所述驱动信号来驱动至少一个超声发射机元件；感测超声波；响应于感测到的超声波来生成感测信号；以及确定感测信号的频谱。本专利技术基于这样的构思：用同时包括多个不同驱动频率的驱动信号来驱动超声发射机元件。作为结果，具有不同超声频率的多个超声波被用经驱动的超声发射机元件同时地生成。基于物理关系，不同频率的那些超声波被发送到不同的角范围中，使得在任何给定角度上，发射的频谱是不同的。位于相对于超声发射机元件的特定角度处的目标因此将反射具有单独的频率成分的超声信号。这个单独的频率成分能够被处理单元用来识别目标的相对角位置。考虑到反射目标的尺寸还将确定被目标反射的频率的范围，反射目标的空间广度也能够被估计。这个方法的优点是，延迟鉴于现有技术被大大地降低。发射机元件的整个观察窗口能够在一个发射和一个接收步骤中被扫描。从而，超声测量能够被比采用现有光栅扫描方法快许多倍完成。超声发射机元件形成超声换能器。典型地，超声发射机元件是被交流信号（例如交流电压）驱动的压电元件。超声发射机元件还可以是另一类型的，例如压电陶瓷元件、压电聚合物元件、静电换能器或磁致伸缩换能器。驱动信号因此优选地是同时地随着不同的频率而交替的交流电压，其中不同的频率是叠加的。替换地，驱动信号可以是交流电流，例如以用于驱动磁致伸缩发射机元件或者用于常规扩音器。从而，超声发射机元件形成具有不同空间范围的超声波。频率典型地是在从20 kHz至100 kHz的范围内的频率。更优选地，它们是在30 kHz至80 kHz的范围内。附加地，优选的是生成具有布置在频率的一个紧凑带中的多个驱动频率的驱动信号。替换地，多个频带能够被使用。此外，必须考虑超声发射机元件包括什么种类的几何结构和超声波被发射到哪一个介质中。对于其的波长相当于或大于超声发射机元件的尺度的超声频率，基本上全方向的波束图案将被创建。对于其的所发射的超声波的波长比超声发射机元件的尺度短得多的频率，波束图案将在向超声发射机元件的正方向上，更特别地在超声发射机元件的发射表面的轴向(on-axis)方向上形成窄波瓣。因此，通过选择各种各样的频率，一些频率将以全方向辐射特性被发射并且一些频率将在窄波束中被发射。在相对于超声发射机元件的轴向方向的各种角度处，所发射的波束的频率响应因此将看起来大不相同。在发出超声波之后，在超声发射机元件范围内的目标将反射那些超声波。那些反射的波然后能够被感测单元感测到，所述感测单元生成同样包括多个不同频率的感测信号。频率的实际成分取决于反射超声波的目标相对于超声发射机元件的空间位置。处理单元能够接收感测信号并且确定感测信号的频谱。通过分析频谱，识别超声波已被从其反射的空间方向或至少空间区是可能的。从而，装置和方法被获得以用于将一个近似全方向的波束发射到空间区中并且以便确定在一个发射操作和一个接收操作中超声波被从哪一个方向反射。从而，鉴于现有技术，本专利技术导致延迟的降低，从而提供高的角分辨率。本专利技术的优选实施例在从属权利要求中被定义。应当理解，所要求保护的方法具有与所要求保护的装置和与在从属权利要求中所定义的类似和/或相同的优选实施例。在实施例中，处理单元被适配成将所感测到的信号的频谱与对应于空间方向的至少一个特性频谱相比较以用于识别至少一个方向型信号。在这个实施例中，特性频谱对于相对于超声发射机元件的不同空间方向来说是已知的。特性频谱能够被象征性地理解为超声波对于特定方向或区的已知“指纹”。在优选实施例中，多个特性频谱被预定义并且存储在处理单元的存储装置中。处理单元在这种情况下被适配成确定感测信号的频谱并且被适配成将这个频谱与所存储的特性频谱相比较。如果最大似然估计量被用于将所感测到的信号的频谱与特性频谱相比较，则其是进一步优选的，因为不太可能在所感测到的信号的频谱与特性频谱之间找到确切匹配。这是例如由超声波被发射通过的行经介质的噪声或改变特性导致的。从而，获得包括原点的范围和/或空间点的信息的方向信号是可能的。方向型信号然后能够被用于进一步分析。附加地，通过将所述频谱与特性频谱相比较来划分同时地感测到的但具有不同空间原点的多个不同超声波是可能的。同时地感测到的那些超声波导致叠加的感测信号，其能够基于特性频谱的知识被划分以便为与其原点相对应的每个感测到的超声波生成方向型信号。在另外的实施例中，处理单元被适配成针对至少一个方向型信号执行飞行时间计算。在此，估计反射目标离超声发射机元件的距离是可能的。从而，所述装置和所述方法提供了估计反射元件相对于超声测量组件的空间位置的可能性。在另外的实施例中，处理单元被适配成将所感测到的信号的频谱与对应于空间范围的至少一个特性频率内容相比较以用于计算原点的至少一个空间区域。在这个实施例中，反射目标的尺寸被计算。因为超声波的频谱遍及角展度而改变（从超声发射机元件来看），所以能够确定什么角截面被反射目标覆盖。基本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声测量组件(10)，包括：‑ 超声发射机元件(18, 44)，其用于发射超声波，‑ 驱动单元(12, 48)，其用于驱动所述超声发射机元件(18)，其中所述驱动单元(12, 48)被适配成用同时具有多个不同驱动频率的驱动信号(20)来驱动所述超声发射机元件(18, 44)，‑ 感测单元(28)，其用于感测超声波(52)并且用于响应于感测到的超声波(52)来生成感测信号(30)，以及‑ 处理单元(34)，其用于接收所述感测信号(30)并且用于确定所述感测信号(30)的频谱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.22 US 61/5377141. 超声测量组件(10)，包括：
- 超声发射机元件(18, 44)，其用于发射超声波，
- 驱动单元(12, 48)，其用于驱动所述超声发射机元件(18)，其中所述驱动单元(12, 48)被适配成用同时具有多个不同驱动频率的驱动信号(20)来驱动所述超声发射机元件(18, 44)，
- 感测单元(28)，其用于感测超声波(52)并且用于响应于感测到的超声波(52)来生成感测信号(30)，以及
- 处理单元(34)，其用于接收所述感测信号(30)并且用于确定所述感测信号(30)的频谱。
2. 如权利要求1中所要求保护的超声测量组件(10)，其中所述处理单元(34)被适配成将所感测到的信号(30)的频谱与对应于空间方向(22)的至少一个特性频谱相比较以用于识别至少一个方向型信号(38)。
3. 如权利要求2中所要求保护的超声测量组件(10)，其中所述处理单元(12, 48)被适配成针对所述至少一个方向型信号(38)执行飞行时间计算。
4. 如权利要求2中所要求保护的超声测量组件(10)，其中所述处理单元(12)被适配成将所感测到的信号(30)的频谱与对应于空间范围的至少一个特性频率内容相比较以用于计算原点的至少一个空间区域。
5. 如权利要求1中所要求保护的超声测量组件(10)，其包括布置在至少一个阵列(16)中的多个超声发射机元件(18, 44)。
6. 如权利要求5中所要求保护的超声测量组件(10)，其中所述驱动单元(12)被适配成单独地驱动每个超声发射机元件(18, 44)。
7. 如权利要求6中所要求保护的超声测量组件(10)，其中所述驱动单元(12, 48)被适配成为每个超声发射机元件(18, 44)生成单独的驱动信号，每个单独的驱动信号具有不同驱动频率的单独成分。
8. 如权利要求7中所要求保护的超声测量组件(10)，其中所述单独的驱动信号被适配成驱动所述相应的超声发射机元件(18, 44)以便在至少两个不同的空间方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：WJ拉姆布，BK斯里德哈兰奈尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL