具有信号衰减时间调整功能的超音波感测装置及应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种具有信号衰减时间调整功能的超音波感测装置及应用方法，该装置包含有一前置处理模块和一超音波收发模块，该方法包含下列步骤：由前置处理模块产生一第一驱动信号，以使超音波收发模块接收并根据第一驱动信号产生振动而发射一感测波；前置处理模块停止第一驱动信号，使得超音波收发模块内部的振动进入衰减状态而形成一衰减信号；由前置处理模块根据第一驱动信号产生一第二驱动信号，并传输至超音波收发模块上；以及由超音波收发模块接收并通过第二驱动信号而将衰减信号加以抵消，以缩短衰减信号的衰减时间，并进而接收感测波反射后的一反射波。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种具有信号衰减时间调整功能的超音波感测装置及应用于其上的方 法。尤指对产生超音波的元件输入指定相位、振幅、脉冲个数和频率的驱动信号，以缩减其 内部衰减信号的衰减时间而能快速地减少其振动的一种装置及其方法。
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 音波来产生出所需的振动效果；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，距离的测量便为此类超音波感测装置的一种 被广泛应用的功能与用途。其设计原理是将超音波发射出去之后遇到对应的物体或目标物 产生反射，并根据接收到反射波期间所经历的时间长短进行与物体或目标物之间的距离计算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，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一开始驱动之时 便产生出对应的超音波。但是受限于振动上的机械特性，压电片并无法立即地在驱动信号 一结束之际便对应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 转成为静止不动，此一情况可称为信号的鸣响振荡(Ringing)现象。在这段时间之内虽然 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。由于超音波感测装置的发射 器和接收器为同一个元件，接收器在接收到反射波后，反射波会使得压电片产生振动，而产 生相对应的信号波形。因此在进行时间历程的距离计算时，若超音波感测装置与待测物之 间的距离较短，则装置内的鸣响振荡(Ringing)现象的波形或所呈现出的衰减信号便有可 能会对接收后续反射波的信号处理上造成影响。请参阅图1，为现有的超音波感测装置进行测距运作上的信号随时间呈现的示意 图。如图所示，其左边下方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产生出振动，而此振动具有如其上方波形 所示的一振荡信号0S，并以此产生与发射出超音波。由于鸣响振荡(Ringing)现象的影响， 在驱动信号DS停止后，相对应的振荡信号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则代表超音波从物体或目标物上反射后所呈现的结果。另外，为了避免噪声的影响使得系统产生误判，便在判断上设定如图所示的一触 发边界(Threshold Level) L ；而在目前技术中，该触发边界L可被设定为约1伏特的振幅 大小或是其它的默认值。当反射信号大于触发边界L，则系统会判断有物体的存在，并且将 接收到大于触发边界L的反射信号的时间点，如图1中的t2，判定为检测到物体的时间。利 用这个时间，便可以算出物体与超音波的实际距离。在驱动信号DS停止后，到振荡信号OS衰减至触发边界L以下的这段时间，无法被 用来检测物体的实际距离，此段时间称之为死区(Dead Zone)Zd。因此，当呈现出衰减的衰 减信号RS的振幅小于该触发边界L时，即在时间tl处才可视为不会对反射信号ES造成影 响接收的状态。 然而，当需要测量的距离较短时，超音波从发射至反射被接收的时间历程便会较 小，使得反射信号ES会和其衰减信号RS靠得过近而造成影响，甚至是接收反射波的时间会 早于该衰减信号RS完成衰减的时间。并且在目前技术中，将发射器的超音波发射与接收器 的接收反射波的功能设计由同一个收发器(Transducer)或收发模块来处理时，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作辨别。在图2中，便呈现了现有的超音波感测装置产生信号混合状态的示意图。虽然衰 减信号RS在时间tl之时达到小于该触发边界L的状态，但由于所需的衰减时间过长，意即 死区Zd的范围过大，而未能在接收到反射信号ES的时间t2之前先达到小于该触发边界L 的状态，进而影响了后续反射信号ES的接收而造成两个信号混合的结果，使得处理上无法 清楚分辨接收到反射波的时间及其对应的波形。是故，死区Zd的存在，将造成超音波感测 装置无法进行近距离的检测。是故，如何有效的缩小死区Zd，便为本案发展的主要目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有信号衰减时间调整功能的超音波感测装置及应 用于其上的方法，使装置中产生超音波的元件在输入指定相位、振幅、脉冲个数和频率的驱 动信号后，能缩减其内部衰减信号的衰减时间而快速地从振动状态转为静止。本专利技术为一种信号衰减时间调整方法，应用于一超音波感测装置上，该超音波感 测装置包含有一前置处理模块和一超音波收发模块，该方法包含下列步骤由该前置处理 模块产生一第一驱动信号，以使该超音波收发模块接收并根据该第一驱动信号产生振动而 发射一感测波；该前置处理模块停止该第一驱动信号，使得该超音波收发模块内部的振动 进入衰减状态而形成一衰减信号；由该前置处理模块根据该第一驱动信号产生一第二驱动 信号，并传输至该超音波收发模块上；以及由该超音波收发模块接收并由该第二驱动信号 而将该衰减信号加以抵消，以缩短该衰减信号的衰减时间，并进而接收该感测波反射后的 一反射波。本专利技术另一方面为一种具有信号衰减时间调整功能的超音波感测装置，包含有 一前置处理模块，用以产生一第一驱动信号，并在停止该第一驱动信号后，根据该第一驱动 信号产生一第二驱动信号；以及一超音波收发模块，信号连接于该前置处理模块，用以接收 并根据该第一驱动信号产生振动而发射一感测波，且在该前置处理模块停止该第一驱动信 号后，接收该第二驱动信号，并通过该第二驱动信号将其内部的振动因进入衰减状态而形 成的一衰减信号加以抵消，以缩短该衰减信号的衰减时间，进而用以接收该感测波反射后 的一反射波。附图说明本案通过下列附图及说明，便得一更深入的了解图1，为现有的超音波感测装置进行测距运作上的信号随时间呈现的示意图。图2，为现有的超音波感测装置产生信号混合状态的示意图。图3，为本专利技术的超音波感测装置100的功能方块示意图。图4(a)，为未启动对应的驱动信号进行鸣响振荡现象改善的信号随时间呈现的示 意图。图4(b)，为启动了对应的驱动信号进行鸣响振荡现象改善的信号随时间呈现的示 意图。图5，为本实施例中所产生的第一驱动信号DSl和第二驱动信号DS2的信号随时间 呈现的示意图。图6，为本专利技术实施方法流程图。主要元件符号说明本案附图中所包含的各元件列示如下驱动信号DS衰减信号RS反射信号ES触发边界L 死区Zd时间 t0、tl、t2、tl，第一驱动信号DSl 第二驱动信号DS2振幅Vl、V2相位平移值t脉冲数目η超音波感测装置100前置处理模块10 微处理器11信号调幅器12驱动电路13接收电路14超音波收发模块20发射器21接收器22振荡信号OS具体实施例方式如现有技术所述，当超音波感测装置利用对压电片施以驱动电压来产生出振动而 发射出超音波，且驱动信号停止运作而在波形上呈现出所谓的死区(Dead Zone)的衰减信 号时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号衰减时间调整方法，应用于一超音波感测装置上，该超音波感测装置包含有一前置处理模块和一超音波收发模块，该方法包含下列步骤：由该前置处理模块产生一第一驱动信号，以使该超音波收发模块接收并根据该第一驱动信号产生振动而发射一感测波；该前置处理模块停止该第一驱动信号，使得该超音波收发模块内部的振动进入衰减状态而形成一衰减信号；由该前置处理模块根据该第一驱动信号产生一第二驱动信号，并传输至该超音波收发模块上；以及由该超音波收发模块接收并通过该第二驱动信号而将该衰减信号加以抵消，以缩短该衰减信号的衰减时间，并进而接收该感测波反射后的一反射波。

【技术特征摘要】
一种信号衰减时间调整方法，应用于一超音波感测装置上，该超音波感测装置包含有一前置处理模块和一超音波收发模块，该方法包含下列步骤由该前置处理模块产生一第一驱动信号，以使该超音波收发模块接收并根据该第一驱动信号产生振动而发射一感测波；该前置处理模块停止该第一驱动信号，使得该超音波收发模块内部的振动进入衰减状态而形成一衰减信号；由该前置处理模块根据该第一驱动信号产生一第二驱动信号，并传输至该超音波收发模块上；以及由该超音波收发模块接收并通过该第二驱动信号而将该衰减信号加以抵消，以缩短该衰减信号的衰减时间，并进而接收该感测波反射后的一反射波。2.如权利要求1所述的信号衰减时间调整方法，其特征在于，该方法包含下列步骤根 据发射该感测波以及接收该反射波之间的时间长度，而决定该超音波感测装置和一目标物 之间的距离。3.如权利要求1所述的信号衰减时间调整方法，其特征在于，该第一驱动信号具有一 第一相位、一第一振幅、一第一驱动信号脉冲个数及一第一频率，该第二驱动信号具有一第 二相位、一第二振幅、一第二驱动信号脉冲个数及一第二频率。4.如权利要求3所述的信号衰减时间调整方法，其特征在于，该第二振幅能经由设定 而和该第一振幅为相同。5.如权利要求3所述的信号衰减时间调整方法，其特征在于，该第二频率和该第一频 率为相同，且该第二相位与该第一相位之间存有一相位平移值。6.如权利要求5所述的信号衰减时间调整方法，其特征在于，该相位平移值经由设定 而使该第二驱动信号的波形和该第一驱动信号的波形为相位不同或反相位。7.如权利要求3所述的信号衰减时间调整方法，其特征在于，该第二频率和该第一频 率为不同，使得该第二驱动信号的波形不同于该第一驱动信号的波形。8.如权利要求3所述的信号衰减时间调整方法，其特征在于，该第二驱动信号脉冲个 数能加以设定。9.一种具有信号衰减时间调整功能的超音波感测装置，其特征在于，包含有一前置处理模块，用以产生一第一驱动信号，并在停止该第一驱动信号后，根据该第一 驱动信号产生一第二驱动信号；以及一超音波收发模块，信号连接于该前置处理模块，用以接收并根据该第一驱动信号产 生振动而发射一感测波，且在该前置处理模块停止该第一驱动信号后，接收该第二驱动信 号，并通过该第二驱动信号将其内部的振动因进入衰减状态而形成的一衰减信号加以抵 消，以缩短该衰减信号的衰减时间，进而用以接收该感测波反射后的一反射波。10.如权利要求9所述的具有信号衰减时间调整功能的超音波感测装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翰霆，廖显庆，斯蒂夫范贝克霍芬，乔翰卡夫斯，米歇尔克兰史沃明，
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]