【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非线性调频激励信号(i)在超声换能器中的使用。本专利技术还涉及用于根据超声换能器的传输介质的温度来调节用于超声换能器的的操作的非线性调频激励信号的方法。
技术介绍
1、汽车领域中的将空气作为传输介质的用于定位方法(特别是距离测量)的超声波系统使用啁啾信号作为发射信号。
2、啁啾信号是一种频率随时间变化的信号。
3、为了从接收信号的噪声中滤除来自远处反射物体的回波信号，必须接收一定的最小能量。然而，为了进行精确的距离测量，发射脉冲必须尽可能短，这是因为在1ms的短发射脉冲的情况下对应的波包长度已约为30cm。在通常的超声换能器的情况下，几乎不可能增大发射振幅。
4、脉冲压缩方法提供了该问题的解决方案。在这种情况下，发送具有更长的总持续时间的线性调频啁啾脉冲。
5、线性啁啾信号具有恒定的振幅。另一方面，线性啁啾信号的频率随时间以恒定值线性增大或减小。
6、当接收反射信号(回波信号)时，通过特殊滤波器(匹配滤波器)或数学方法将其压缩为明显更短的脉冲。由于发射信号的激励时间更长，在通过匹配滤波器的处理之后，可以增大回波信号的振幅。因此，可以良好地检测接收信号。
7、从而，也增加了最大可达到的范围。
8、在将空气用作传输介质的用于物体定位的超声波系统中，使用约30khz至60khz的频率范围内的线性啁啾信号。
9、超声换能器具有带通特性。如果通过宽带信号(短脉冲、啁啾信号)对超声换能器进行激励，则由于信号的频谱与超声换能器的传递函
10、然而，在道路交通中，出于安全原因，确定物体与移动车辆的距离的超声换能器的高效率是特别重要的。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是改善将空气用作传输介质的超声换能器的定位方法的信噪比。
2、在以材料测试为目的的无损测试方法的领域中，pollakowski等人(ieeetransactions on ultrasonics,ferroelectrics,and frequency control(ieee超声学、铁电学和频率控制汇刊)，第41卷，第5期，1994年9月)已经公开了在考虑到超声换能器的带通类传递函数并且使用适应非线性啁啾信号来代替线性啁啾信号时，可以增大啁啾脉冲压缩系统的回波信号的振幅，而不改变传输信号的振幅或持续时间。
3、在材料测试中，超声波系统主要用于在不损坏待测材料的情况下确定材料特性。
4、利用超声波控制的无损测试方法是根据指南以标准化的方式进行的。在此，将耦合剂(例如，膏状物、凝胶、水或油)涂覆到待测材料的表面上。通过发射和接收频率为0.02mhz至50mhz的超声波的探头来扫描待测表面。
5、非线性调频啁啾信号对频移是敏感的。
6、如pollakowski等人所公开，用于无损材料测试的超声波方法的优点是待测材料相对于超声换能器不发生移动，因此在使用非线性调频啁啾信号时，不会出现引起频移的多普勒效应。
7、令人惊讶的是，研究发现：pollakowski等人所公开的非线性调频啁啾信号在材料测试中的使用可应用于超声波系统，该材料测试是在使用材料测试中常见的耦合剂(例如，凝胶、水或油)的情况下，通过超声波对在mhz范围内的超声波频率下相对于超声波系统不移动的材料表面进行的，其中，将空气用作传输介质，并且使用khz范围内的频率。特别地，研究发现：当待检测物体相对于超声换能器存在相对运动时，在这种超声波系统中使用非线性调频啁啾信号也能提高效率。
8、可以根据特定标准(例如，信噪比(snr)或带宽)对传输系统的回波信号y(t)进行滤波。
9、“匹配滤波(matched filtering)”是一种用于检测受噪声干扰的已知信号的方法。如果通过匹配滤波器fm(f)对由回波信号y(t)和附加噪声信号n(t)组成的接收信号y(t)+n(t)滤波，则滤波器输出信号z(t)＝fm(t)*(y(t)+n(t))的信噪比snr最大化，该信噪比snr为：
10、
11、其中，fm(t)是匹配滤波器的冲激响应(impulsantwort)，其中，z2(t0)是滤波器输出信号z(t)在当z(t)具有最大值时的时间t0处的信号强度，并且其中，e(n2(t))是噪声过程的平均强度。
12、匹配滤波器fm(f)的滤波器函数由复信号频谱(x(f)h(f))的共轭给出，其中，h(f)是超声换能器的发射-接收传递函数。
13、传输信号与传递函数的这种适配(匹配)可以利用啁啾信号的非线性频率调制来实现。
14、非线性频率调制的优点是，可以通过适当的调制以预定方式对传输信号的频谱进行整形。以此方式，可以产生适合于超声换能器的啁啾信号，即产生所谓的匹配非线性调制技术信号(mnlfm signal：matched nonlinear modulation technique-signal)。
15、由于脉冲压缩滤波器是全通滤波器，即|f(f)|＝1，因此传输信号频谱x(f)的必要形状由以下公式得出：|x(f)|＝|h(f)|，其中，h(f)对应于超声换能器的取决于频率的发射-接收传递函数。
16、在0≤t≤tchirp时，可以通过以下公式相应地计算出近似于该频谱的非线性调频啁啾信号x(t)：
17、
18、其中，c1和c2是常数。
19、由于啁啾信号的振幅是恒定的，因此可以用简单的驱动电路来实现这种激励信号。在这种情况下，在正电压和负电压之间执行切换。
20、在本专利技术中，将以此方式产生的非线性调频激励信号用于超声换能器，其中，空气用作用于操作超声换能器的传输介质。
21、特别地，超声换能器包括发射器和接收器。
22、特别地，发射器被配置为接收非线性调频激励信号，并且根据激励信号发射发射信号。
23、特别地，激励信号提供被发射器用来产生发射信号的电压。
24、特别地，发射信号是在时间上具有特定脉冲串长度的脉冲串信号。
25、特别地，发射信号具有中间频率。特别地，发射信号的中间频率在20khz至200khz之间的频率范围内。特别地，发射信号的中间频率在30khz至60khz之间的频率范围内。
26、特别地，发射器发射的发射信号的频率响应对应于超声换能器的频率响应。
27、特别地，作为脉冲串信号发射的发射信号具有啁啾信号的形式。
28、在一种使用中，超声换能器的接收器被配置为接收回波信号。特别地，回波信号是由物体反射的发射信号。
29、特别地，接收器被配置为放大接收的回波信号，特别地以模拟的方式放大接收的回波信号。
30、特别地，接收器被配置为对接收的回波信号进行采样。
31、特别地，接收器被配置为对接收的回波信号进行解调。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.非线性调频激励信号(I)在超声换能器(100)中的使用，所述超声换能器(100)包括：
2.根据权利要求1所述的使用，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的使用，其特征在于，
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13.根据权利要求1或2所述的使用，其特征在于，所述中间频率在30kHz和60kHz之间的频率范围内。
14.根据权利要求1或2所述的使用，其特征在于，
15.根据权利要求14所述的使用，其特征在于，
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17.根据权利要求15所述的使用，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.非线性调频激励信号(i)在超声换能器(100)中的使用，所述超声换能器(100)包括：
2.根据权利要求1所述的使用，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的使用，其特征在于，
4.根据权利要求1或2所述的使用，其特征在于，
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【专利技术属性】
技术研发人员：迪米特里·阿克曼，
申请(专利权)人：艾尔默斯半导体欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：
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