用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元制造技术

用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元(10)，包括：安置在车辆上的壳体(14)；至少三个分立的超声换能器(12)，设计成用于将具有一致的、在20kHz至400kHz之间的工作频率的声波耦出到气态介质中；和控制单元，所述控制单元设计成用于单独地操控每个超声换能器(12)，其中，各两个直接相邻的超声换能器(12)具有间距(A1)，一维超声换能器单元(10)对于每个超声换能器(12)具有声通道(22)，所述声通道具有分别配属于恰好一个超声换能器的输入开口(24)和输出开口(26)，所述输出开口(26)沿着直线布置，直接相邻的输出开口(26)的间距(A2)最高相当于气态介质中的整个波长或波长的一半并且小于相应的间距(A1)，所述输出开口(26)的面积与所述输入开口(24)的面积之商具有在0.30至1.2之间的值，并且每个声通道(22)至少具有相当于所述输入开口(24)的直径的长度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元
本专利技术涉及一种用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元，其具有至少三个分立的并且可单独操控的超声换能器，用于检测物体、轮廓或间距。
技术介绍
与工作区域或危险状况相协调地，用于距离测量的超声换能器安置在车辆的后侧和/或侧面和/或前侧。用于识别人员和物体的主动警告系统使用各种传感系统。除了光学摄像系统、无线电和雷达外，也使用向气态介质、也就是空气中进行耦出的超声换能器。由WO2008/135004A1已知一种用于在气态介质中应用的超声换能器阵列。该阵列具有分层结构，该分层结构具有在两个电极结构之间由电介体构成的层，其中，一个电极结构包括多个可独立寻址的电极元件，由此产生电介体层的局部厚度振动。由US2013/0283918A1已知一种具有改进的近场分辨率的1.5维超声换能器阵列。在US2014/0283611A1和US6,310,831B1中说明了相控的超声换能器阵列和自适应或进行补偿的控制方法。视车辆的应用领域而定，超声换能器相对于恶劣的环境影响(例如灰尘、湿气、腐蚀性化学品)并且相对于机械冲击或相对于机械划伤必须是稳健的。为了实现高探测范围，使用压电陶瓷、例如锆钛酸铅(PZT)，其与其他压电材料例如石英、电介体或PVFD相比具有较高的耦合系数。在此，耦合系数是针对机械存储能量和电存储能量之间的转换效率的量度。对于PZT来说，视激发方向而定，这些耦合系数例如在0.3到约0.75的范围内。视压电材料的极化方向而定，可以借助交变电压在压电体中产生共振的机械振动，这些共振的机械振动视几何传播方式而定被称为平面振动、厚度振动或剪切振动。对于这些振动形式，可以由材料特定的频率常数来估计压电体的典型尺寸，这些频率常数对于预给定频率下的共振振动来说是必需的。对于PZT，视振动类型而定，这些频率常数通常在1300kHz*mm至2600kHz*mm之间。因此，由适用于传感装置的PZT组成的薄盘针对在平面模式下20kHz至500kHz的激发频率具有约为4mm至100mm的直径。由于这种薄盘的电容特性，在相应地极化时能良好地实现低的激发电压。不值得追求压电盘的更大厚度。一方面，随着压电材料的厚度增加，针对同一频率范围必须施加更高的电压，其很快也处于千伏的范围内，这意味着更高的安全性耗费。另一方面，压电体的刚度也随其厚度改变，这对声波的接收情况具有直接影响。在将多个超声换能器应用在相控的至少一维的阵列(phasedarray)中的情况下，还应注意，相邻的超声换能器之间的间距不允许大于超声波的波长，或者优选不大于波长的一半。通过这种间距条件相应地限制了单个换能器的结构尺寸或限制了以超声换能器的确定的结构形式/尺寸能够实现的频率范围。对于20kHz与500kHz之间的频率范围和向空气中的耦出，例如得出，相邻换能器之间的最大间距例如在约8.5mm至约0.3mm的量级中。然而，具有由适用于传感装置的PZT构成的薄盘的前述换能器由于压电盘直径而具有平均大了超过10倍的直径。
技术实现思路
在该背景下，本专利技术的任务在于，给出一种扩展现有技术的设备。该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元来解决。本专利技术的有利构型是从属权利要求的内容。根据本专利技术的主题，提供一种用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元。该一维超声换能器单元包括壳体、至少三个超声换能器和控制单元，其中，控制单元设计成用于单独地操控每个超声换能器，壳体安置在车辆上，每个超声换能器分别具有换能器壳体、布置在该换能器壳体中的压电体和布置在换能器壳体的敞开端部处的、用于向气态介质中进行耦出的声耦出层，并且每个超声换能器布置在壳体中的固定位置。每个超声换能器设计成用于辐射和/或接收具有一致的工作频率的声波，其中，声波的工作频率处于20kHz至400kHz的范围内。在壳体中各两个直接相邻的超声换能器从一声耦出层的中心到一声耦出层的中心具有最高为10cm或最高为5cm或最高为2cm的间距。一维超声换能器单元对于每个超声换能器具有声通道，其中，每个声通道具有输入开口和输出开口，每个声耦出层配属有输入开口中的恰好一个输入开口并且这些输出开口沿着直线布置。输出开口分别布置在壳体的未与车辆贴靠的壁中，或者声通道穿过壳体的壁，其中，从一个输出开口的中心到直接相邻的输出开口的中心的间距最高相当于气态介质中的波长或最高相当于气态介质中的波长的一半，并且两个直接相邻的输出开口之间的间距分别小于配属于相应输入开口的超声换能器之间的间距。输出开口的面积与输入开口的面积之商具有在0.30和1.2之间的值，并且每个声通道至少具有相当于输入开口的直径的长度。显然，一维超声换能器单元的超声换能器是单个的分立构件，其中，每个超声换能器布置在壳体中并与该壳体连接并因此相对于所有其他超声换能器具有固定的间距。在此，其间未布置另外的超声换能器的、并列布置的两个超声换能器直接相邻。显然，各个声通道构造为管状或杆状的，其中，例如管直径减小，和/或横截面的形状改变，和/或声通道的走向构造为弧形的。有利地，声通道在其从声耦出层直至其输出开口的整个长度上不具有棱边。声通道将由各个超声换能器产生的声波从壳体中导出或将反射的声波导回超声换能器。因此，在壳体壁上的或壳体外部的输出开口处通过叠加产生波前。利用多个可单独操控的超声换能器，能通过时移或相移的操控产生具有可调整的主传播方向的波前。通过将声通道布置在各个超声换能器前方，在叠加成共同的波前时或为了叠加成共同的波前，将各个声源移位到声通道的对应端部或输出开口处。这使得能够与各个超声换能器的尺寸、例如直径无关地或与各个超声换能器之间的间距无关地调整各个声源之间的间距。尤其地，能够与各个换能器之间的间距相比减小声源之间的间距。然而，在单个超声换能器的壳体直径例如为7mm的情况下，两个换能器之间的间距至少为14mm。因此，在没有声通道的情况下，仅能实现具有频率最高为22kHz(λ≥14mm)或最高11kHz(λ/2≥14mm)的波前。利用同一超声换能器仅在借助根据本专利技术的声通道的情况下才能产生具有较高频率、即较小波长的波前，因为在叠加时各个“声源”的间距不是由换能器壳体的尺寸确定，而是仅由声通道输出开口的尺寸和间距来确定。此外，通过声通道确保了精确的、定向的探测。压电换能器的辐射孔径、例如具有由压电体预给定的直径的圆形孔径借助声通道这样改变，使得其在至少一个维度上满足所希望的阵列布置的条件。这使得能够在相控阵列布置中使用稳健、可靠和/或低成本的分立超声换能器，所述相控阵列布置又能够实现大视野角度并因此能够实现对车辆的危险区域的可靠监控。不一定要使用特别小的、例如集成的超声换能器，例如MEMS。也不需要安置、读取多个传感器单元并且不需要在必要时使它们相互协调。根据一个扩展方案，壳体具有可运动的遮盖设备，其中，该遮盖设备设计成用于封闭所有声通道的输出开口。如果不使用一维超声换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元(10)，包括壳体(14)、至少三个超声换能器(12)和控制单元，其中，/n-所述控制单元设计成用于单独地操控每个超声换能器(12)，/n-所述壳体(14)安置在所述车辆(100)上，/n-每个超声换能器(12)分别具有换能器壳体(18)、布置在所述换能器壳体(18)中的压电体和布置在所述换能器壳体(18)的敞开端部处的、用于向气态介质中进行耦出的声耦出层(20)，并且每个超声换能器在所述壳体(14)中布置在固定位置，/n-每个超声换能器(12)设计成用于辐射和/或接收具有一致的工作频率的声波，/n-所述声波的工作频率处于20kHz至400kHz的范围中，/n其特征在于，/n-在所述壳体(14)中，各两个直接相邻的超声换能器(12)具有从一声耦出层(20)的中心到一声耦出层(20)的中心最高为10cm或最高为5cm或最高为2cm的间距(A1)，/n-所述一维超声换能器单元(10)对于每个超声换能器(12)具有声通道(22)，/n-每个声通道(22)具有输入开口(24)和输出开口(26)，/n-每个声耦出层(20)配属有所述输入开口(24)中的恰好一个输入开口，/n-所述输出开口(26)沿着直线布置，/n-所述输出开口(26)分别布置在所述壳体(14)的未与所述车辆(100)贴靠的壁中，或者所述声通道(22)穿过所述壳体(14)的未与所述车辆(100)贴靠的壁，/n-从一个输出开口(26)的中心到直接相邻的输出开口(26)的中心的间距(A2)最高相当于气态介质中的波长，或者最高相当于气态介质中的波长的一半，/n-其中，两个直接相邻的输出开口(26)之间的间距(A2)分别小于配属于相应输入开口(24)的超声换能器(12)之间的间距(A1)，/n-所述输出开口(26)的面积与所述输入开口(24)的面积之商具有在0.30至1.2之间的值，并且/n-每个声通道(22)至少具有相当于所述输入开口(24)的直径的长度。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180803 DE 102018006130.31.一种用于车辆的危险识别的一维超声换能器单元(10)，包括壳体(14)、至少三个超声换能器(12)和控制单元，其中，
-所述控制单元设计成用于单独地操控每个超声换能器(12)，
-所述壳体(14)安置在所述车辆(100)上，
-每个超声换能器(12)分别具有换能器壳体(18)、布置在所述换能器壳体(18)中的压电体和布置在所述换能器壳体(18)的敞开端部处的、用于向气态介质中进行耦出的声耦出层(20)，并且每个超声换能器在所述壳体(14)中布置在固定位置，
-每个超声换能器(12)设计成用于辐射和/或接收具有一致的工作频率的声波，
-所述声波的工作频率处于20kHz至400kHz的范围中，
其特征在于，
-在所述壳体(14)中，各两个直接相邻的超声换能器(12)具有从一声耦出层(20)的中心到一声耦出层(20)的中心最高为10cm或最高为5cm或最高为2cm的间距(A1)，
-所述一维超声换能器单元(10)对于每个超声换能器(12)具有声通道(22)，
-每个声通道(22)具有输入开口(24)和输出开口(26)，
-每个声耦出层(20)配属有所述输入开口(24)中的恰好一个输入开口，
-所述输出开口(26)沿着直线布置，
-所述输出开口(26)分别布置在所述壳体(14)的未与所述车辆(100)贴靠的壁中，或者所述声通道(22)穿过所述壳体(14)的未与所述车辆(100)贴靠的壁，
-从一个输出开口(26)的中心到直接相邻的输出开口(26)的中心的间距(A2)最高相当于气态介质中的波长，或者最高相当于气态介质中的波长的一半，
-其中，两个直接相邻的输出开口(26)之间的间距(A2)分别小于配属于相应输入开口(24)的超声换能器(12)之间的间距(A1)，
-所述输出开口(26)的面积与所述输入开口(24)的面积之商具有在0.30至1.2之间的值，并且
-每个声通道(22...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·奥根施泰因，T·凯因德尔，
申请(专利权)人：倍加福欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE