超音波感测装置与应用于其上的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种超音波感测装置的控制方法。该方法包含下列步骤：设定第一鸣响振荡时间，其中该第一鸣响振荡时间为该超音波感测装置于待命状态下所需的鸣响振荡时间；发射感测波，并检测其所需的第二鸣响振荡时间；以及比较该第二鸣响振荡时间和该第一鸣响振荡时间，其中，若该第二鸣响振荡时间和该第一鸣响振荡时间为不相同时，则输出功能控制信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种，尤指对于近距离的超音 波感测，通过判断其鸣响振荡时间的改变与否，而作为某一运作功能的触发机制或控制机 制的一种装置及其控制方法。
技术介绍
超音波感测装置(Ultrasonic Transducer)是一种利用超音波的发射技术而被广 泛应用的装置。在目前的应用中，超音波感测装置可为单一发射型，即通过发出特定频率的 振动来产生出所需的超音波，但其本身并不具有接收的装置及功能；或亦可为同时包含有 超音波发射与接收其反射的设计，也就是将其发射器与接收器皆设置于超音波感测装置之 中，并且两者皆朝同一方向来进行超音波的发射和反射后的波形接收。举例来说，一般应用 于距离的测量的超音波感测装置便为此类装置的设计。其原理是利用检测从发射出超音波 至接收到由对应物体产生的反射波所经历的时间长短来进行其彼此间的距离计算，即取得 其超音波的飞行时间(Time of Flight，简称TOF)。在超音波感测装置内产生出超音波的发射器，于目前技术是设计为对一压电片施 以一驱动电压后使其能以振动方式产生超音波。而目前常见的运作中，驱动电压可采用频 率约40KHz的驱动信号来对压电片进行振动的驱动，而压电片可在驱动信号开始驱动时便 产生出对应的超音波。但受限于振动上的机械特性，当驱动信号结束驱动时，压电片并无法 立即地呈现出停止振动的静止状态，而是须于一定的时间内逐渐地从振动状态转成为静止 状态。此一情况可称为信号的鸣响振荡(Ringing)现象。在这段鸣响振荡时间(Ringing Time)内，虽然压电片的振动会逐渐衰减，但仍会 呈现出对应的信号与波形。再者，由于超音波感测装置中的发射器和接收器为同一个元件， 接收器在接收到反射波后，反射波也会使压电片振动而产生对应的信号与波形；因此，若超 音波感测装置与待测物之间的距离较短时，例如在鸣响振荡时间内便接收到反射波时，则 装置内的鸣响振荡现象所呈现出的波形或衰减信号便有可能会在处理接收到的反射波的 信号上造成影响。请参阅图1 (a)，其为已知超音波感测装置进行测距运作的信号随时间呈现的示意 图。图中左下的波形代表一驱动信号DS从启动至停止运作(时间t0)的示意；在驱动信号 DS的运作下，装置内的压电片便对应地产生振动，而此振动具有如其上方波形所示的一振 荡信号0S，并以此发射出超音波。由于鸣响振荡现象的因素，在驱动信号DS停止后其振荡 信号OS并不会立即停止，而是逐渐衰减为一衰减信号RS。而其右边的一反射信号ES则代 表超音波感测装置接收到超音波从物体或目标物上反射的反射波后所呈现的信号。另外，为了避免噪声的影响而使超音波感测装置产生误判，在判断上可设定约1 伏特振幅大小或其它默认值的一触发电平(Threshold Level)L。当反射信号大于触发电平 L时，超音波感测装置会判断该信号为因有物体存在所产生的反射信号，并将接收到大于触 发电平L的反射信号的时间点，如图1(a)中的t2，判定为接收到反射信号的时间，进而以从发射至接收的期间作为超音波的飞行时间，并算出实际距离。若接收到的反射信号小于触 发电平L时，超音波感测装置会判断该信号为噪声而忽略。在驱动信号DS停止到振荡信号OS衰减至触发电平L以下的这段期间，便为无法 进行实际距离检测的鸣响振荡时间，意即超音波感测装置无法检测出反射信号的期间，此 段期间称为死区(Dead Zone)Zd。因此，当呈现出衰减的衰减信号RS的振幅小于触发电平 L后，即在时间t 1之后，才可视为不会对反射信号ES造成影响接收的状态，意即在时间tl 之后，超音波感测装置可正确地检测出反射信号ES。然而，当待测距离较短时，超音波从发射至接收到反射波的时间历程便相对地较 小，使得反射信号ES会和衰减信号RS靠得过近而造成干扰，甚至是反射信号ES会落在鸣 响振荡时间内，而与衰减信号RS混合在一起。特别是，若设计上将超音波发射与反射波接 收的功能由同一收发器(Transducer)或收发模块来完成时，所接收的反射信号ES和其衰 减信号RS —旦混合之后便会无法将物体反射信号ES辨别出来。在图1 (b)中，其呈现已知超音波感测装置产生信号混合状态的示意图。在待测距 离较短时，如该图所示，超音波感测装置在衰减信号RS的振幅小于触发电平L之前，即时间 tl’之前，便接收到反射信号ES，意即接收到反射信号ES的时间t2’落在衰减信号RS达到 小于触发电平L的时间tl，之前，因而形成所接收的反射信号ES和衰减信号RS产生混合或 相互干扰的情形，使得在处理上无法清楚地分辨接收反射波的时间及其对应的波形。是故，死区的存在会造成超音波感测装置无法进行近距离的检测。因而于超音波 感测技术的发展中，便多以缩小死区的范围或缩短鸣响振荡时间(Ringing Time)为主要的 改善目标，以拉近超音波感测装置可检测的距离；然而，其对应的改善方式经常需要变更或 增加原超音波感测装置的电路设计，或进行较复杂的程序或固件的撰写，使得生产成本增 加。所以就另一方面来说，如何能进一步利用此鸣响振荡现象或既存的鸣响振荡时间的特 性，进行其它层面的应用与设计，便为相当重要的发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，使得在进 行近距离测距的超音波感测过程时，将既存的鸣响振荡现象通过对其鸣响振荡时间作改变 与否的比较或判断的处理，而能有效地代表成对某一特定功能的触发机制或控制机制，进 而可将其不利因素或缺陷在控制层面与应用层面上加以提升。本专利技术为一种超音波感测装置的控制方法，该方法包含下列步骤设定一第一鸣 响振荡时间，其中该第一鸣响振荡时间为该超音波感测装置于一待命状态下所需的鸣响振 荡时间；发射一感测波，并检测其所需的一第二鸣响振荡时间；以及比较该第二鸣响振荡 时间和该第一鸣响振荡时间，其中，若该第二鸣响振荡时间和该第一鸣响振荡时间为不相 同时，则输出一功能控制信号。本专利技术另一方面为一种超音波感测装置，包含有一前置处理模块，用以产生一驱 动信号；一超音波收发模块，信号连接于该前置处理模块，用以接收并根据该驱动信号产 生振动而发射一感测波，该超音波收发模块于一待命状态下具有一第一鸣响振荡时间，并 能根据一目标物于其上的运动情形，接收该感测波形成反射后的一反射波而进入一干扰状 态，以使振动后的衰减过程产生一第二鸣响振荡时间；以及一微处理器，信号连接于该前置处理模块，用以控制该前置处理模块产生该驱动信号，并经由该前置处理模块接收该超音 波收发模块完成衰减过程的时间，而将该第二鸣响振荡时间和该第一鸣响振荡时间进行比 较，并根据其比较结果为不同时，输出一功能控制信号。附图说明本专利技术得通过下列图式及说明，俾得一更深入的了解图1 (a)为已知超音波感测装置进行测距运作的信号随时间呈现的示意图。图1 (b)为已知超音波感测装置产生信号混合状态的示意图。图2为本专利技术的超音波感测装置的功能方块示意图。图3为本专利技术实施例用于照明装置上的超音波感测装置的控制示意图。图4(a)和图4(b)为本专利技术第一实施例中开放式超音波收发模块的鸣响振荡时间 的前后变化的示意图。图5(a)和图5(b)为本专利技术第二实施例中封闭式超音波收发模块的鸣响振荡时间 的前后变化的示意图。图6为目标物于超音波收发模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超音波感测装置的控制方法，该方法包含下列步骤：设定第一鸣响振荡时间，其中该第一鸣响振荡时间为该超音波感测装置于待命状态下所需的鸣响振荡时间；发射感测波，并检测其所需的第二鸣响振荡时间；以及比较该第二鸣响振荡时间和该第一鸣响振荡时间，其中，若该第二鸣响振荡时间和该第一鸣响振荡时间为不相同时，则输出功能控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖显庆，廖元宏，
申请(专利权)人：建兴电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]