用于多方向測量的超聲測量組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及超聲測量組件(10)和用于執(zhí)行超聲測量的相應(yīng)方法。意圖是，用同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號來驅(qū)動用于發(fā)射超聲波的超聲發(fā)射機元件(18)。在本文中，驅(qū)動單元(12)為至少一個對應(yīng)的超聲發(fā)射機元件(18)生成至少一個驅(qū)動信號(20)。作為結(jié)果，每個超聲發(fā)射機元件(18)將生成多方向超聲波。附加地，打算以這樣的方式來設(shè)計驅(qū)動信號20，即，總體超聲束在不同的空間方向(22)上包括單獨的頻譜。如果總體超聲束的一部分被反射了，則感測信號(30)被感測單元(28)生成。所述感測信號(30)包括單獨的頻譜。所述感測信號被處理單元接收，所述處理單元確定頻譜并且因此能夠確定信號被發(fā)送到哪一個空間方向(22)或空間區(qū)。
【專利說明】用于多方向測量的超聲測量組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲測量組件和用于執(zhí)行超聲測量的方法。本發(fā)明還涉及用于超聲測量組件的超聲發(fā)射機，以及涉及用于超聲測量組件的感測組件。
【背景技術(shù)】
[0002]US 6，549，487 B2描述了一種利用聲系統(tǒng)以用于確定目標(biāo)范圍、廣度以及方向的車輛占有傳感器。該系統(tǒng)由用氣室諧振器元件的陣列所形成的超聲發(fā)射機組成，所述氣室諧振器元件以對于彼此的相對相位驅(qū)動以產(chǎn)生轉(zhuǎn)向聲束。在此，光柵掃描能夠通過在不同的空間方向上使聲束轉(zhuǎn)向而被提供并且能夠在不同的空間方向上執(zhí)行多個測量。換能器陣列被調(diào)諧到單個諧振頻率以便發(fā)射聲束。
[0003]光柵掃描是需要的，因為超聲束對于提供高的角分辨率是相對窄的。這個方法的缺點是當(dāng)用窄波束來掃描大的角展度時的延遲，因為聲束必須以小步長轉(zhuǎn)向通過整個角展度，其中單獨的測量被做出。因此，這個標(biāo)準(zhǔn)光柵掃描方法必須以延遲(latency)作為角分辨率的交換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目標(biāo)是提供上面所提到的類型的裝置和方法，從而使能用于在觀察窗口內(nèi)進(jìn)行測量的具有小的延遲的超聲測量。
[0005]在本發(fā)明的第一方面中呈現(xiàn)了超聲測量組件，所述超聲測量組件包括:超聲發(fā)射機元件，其用于發(fā)射超聲波；驅(qū)動單元，其用于驅(qū)動超聲發(fā)射機元件，其中驅(qū)動單元被適配成用同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號來驅(qū)動超聲發(fā)射機元件；感測單元，其用于感測超聲波并且用于響應(yīng)于感測到的超聲波來生成感測信號；以及處理單元，其用于接收感測信號并且用于確定感測信號的頻譜。
[0006]在本發(fā)明的另一個方面中呈現(xiàn)了用于超聲測量組件的超聲發(fā)射機，所述超聲發(fā)射機包括:超聲發(fā)射機元件，其用于發(fā)射超聲波；以及驅(qū)動單元，其用于驅(qū)動超聲發(fā)射機元件，其中驅(qū)動單元被適配成用同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號來驅(qū)動超聲發(fā)射機元件。
[0007]在本發(fā)明的另一個方面中呈現(xiàn)了用于超聲測量組件的感測組件，所述感測組件包括:感測單元，其用于感測超聲波并且用于響應(yīng)于感測到的超聲波來生成感測信號；以及處理單元，其用于接收感測信號并且用于確定感測信號的頻譜。
[0008]在本發(fā)明的另一個方面中呈現(xiàn)了用于執(zhí)行超聲測量的方法，所述方法包括以下步驟:提供超聲發(fā)射機元件以用于發(fā)射超聲波；生成同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號；用所述驅(qū)動信號來驅(qū)動至少一個超聲發(fā)射機元件；感測超聲波；響應(yīng)于感測到的超聲波來生成感測信號；以及確定感測信號的頻譜。
[0009]本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思:用同時包括多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號來驅(qū)動超聲發(fā)射機元件。作為結(jié)果，具有不同超聲頻率的多個超聲波被用經(jīng)驅(qū)動的超聲發(fā)射機元件同時地生成?；谖锢黻P(guān)系，不同頻率的那些超聲波被發(fā)送到不同的角范圍中，使得在任何給定角度上，發(fā)射的頻譜是不同的。位于相對于超聲發(fā)射機元件的特定角度處的目標(biāo)因此將反射具有單獨的頻率成分的超聲信號。這個單獨的頻率成分能夠被處理單元用來識別目標(biāo)的相對角位置。考慮到反射目標(biāo)的尺寸還將確定被目標(biāo)反射的頻率的范圍，反射目標(biāo)的空間廣度也能夠被估計。
[0010]這個方法的優(yōu)點是，延遲鑒于現(xiàn)有技術(shù)被大大地降低。發(fā)射機元件的整個觀察窗口能夠在一個發(fā)射和一個接收步驟中被掃描。從而，超聲測量能夠被比采用現(xiàn)有光柵掃描方法快許多倍完成。
[0011]超聲發(fā)射機元件形成超聲換能器。典型地，超聲發(fā)射機元件是被交流信號(例如交流電壓)驅(qū)動的壓電元件。超聲發(fā)射機元件還可以是另一類型的，例如壓電陶瓷元件、壓電聚合物元件、靜電換能器或磁致伸縮換能器。驅(qū)動信號因此優(yōu)選地是同時地隨著不同的頻率而交替的交流電壓，其中不同的頻率是疊加的。替換地，驅(qū)動信號可以是交流電流，例如以用于驅(qū)動磁致伸縮發(fā)射機元件或者用于常規(guī)擴音器。從而，超聲發(fā)射機元件形成具有不同空間范圍的超聲波。頻率典型地是在從20 kHz至100 kHz的范圍內(nèi)的頻率。更優(yōu)選地，它們是在30 kHz至80 kHz的范圍內(nèi)。附加地，優(yōu)選的是生成具有布置在頻率的一個緊湊帶中的多個驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號。替換地，多個頻帶能夠被使用。
[0012]此外，必須考慮超聲發(fā)射機元件包括什么種類的幾何結(jié)構(gòu)和超聲波被發(fā)射到哪一個介質(zhì)中。對于其的波長相當(dāng)于或大于超聲發(fā)射機元件的尺度的超聲頻率，基本上全方向的波束圖案將被創(chuàng)建。對于其的所發(fā)射的超聲波的波長比超聲發(fā)射機元件的尺度短得多的頻率，波束圖案將在向超聲發(fā)射機元件的正方向上，更特別地在超聲發(fā)射機元件的發(fā)射表面的軸向(on-axis)方向上形成窄波瓣。因此，通過選擇各種各樣的頻率，一些頻率將以全方向輻射特性被發(fā)射并且一些頻率將在窄波束中被發(fā)射。在相對于超聲發(fā)射機元件的軸向方向的各種角度處，所發(fā)射的波束的頻率響應(yīng)因此將看起來大不相同。
[0013]在發(fā)出超聲波之后，在超聲發(fā)射機元件范圍內(nèi)的目標(biāo)將反射那些超聲波。那些反射的波然后能夠被感測單元感測到，所述感測單元生成同樣包括多個不同頻率的感測信號。頻率的實際成分取決于反射超聲波的目標(biāo)相對于超聲發(fā)射機元件的空間位置。
[0014]處理單元能夠接收感測信號并且確定感測信號的頻譜。通過分析頻譜，識別超聲波已被從其反射的空間方向或至少空間區(qū)是可能的。
[0015]從而，裝置和方法被獲得以用于將一個近似全方向的波束發(fā)射到空間區(qū)中并且以便確定在一個發(fā)射操作和一個接收操作中超聲波被從哪一個方向反射。從而，鑒于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明導(dǎo)致延遲的降低，從而提供高的角分辨率。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選實施例在從屬權(quán)利要求中被定義。應(yīng)當(dāng)理解，所要求保護(hù)的方法具有與所要求保護(hù)的裝置和與在從屬權(quán)利要求中所定義的類似和/或相同的優(yōu)選實施例。
[0017]在實施例中，處理單元被適配成將所感測到的信號的頻譜與對應(yīng)于空間方向的至少一個特性頻譜相比較以用于識別至少一個方向型信號。
[0018]在這個實施例中，特性頻譜對于相對于超聲發(fā)射機元件的不同空間方向來說是已知的。特性頻譜能夠被象征性地理解為超聲波對于特定方向或區(qū)的已知“指紋”。在優(yōu)選實施例中，多個特性頻譜被預(yù)定義并且存儲在處理單元的存儲裝置中。處理單元在這種情況下被適配成確定感測信號的頻譜并且被適配成將這個頻譜與所存儲的特性頻譜相比較。如果最大似然估計量被用于將所感測到的信號的頻譜與特性頻譜相比較，則其是進(jìn)一步優(yōu)選的，因為不太可能在所感測到的信號的頻譜與特性頻譜之間找到確切匹配。這是例如由超聲波被發(fā)射通過的行經(jīng)介質(zhì)的噪聲或改變特性導(dǎo)致的。
[0019]從而，獲得包括原點的范圍和/或空間點的信息的方向信號是可能的。方向型信號然后能夠被用于進(jìn)一步分析。附加地，通過將所述頻譜與特性頻譜相比較來劃分同時地感測到的但具有不同空間原點的多個不同超聲波是可能的。同時地感測到的那些超聲波導(dǎo)致疊加的感測信號，其能夠基于特性頻譜的知識被劃分以便為與其原點相對應(yīng)的每個感測到的超聲波生成方向型信號。
[0020]在另外的實施例中，處理單元被適配成針對至少一個方向型信號執(zhí)行飛行時間計算。在此，估計反射目標(biāo)離超聲發(fā)射機元件的距離是可能的。從而，所述裝置和所述方法提供了估計反射元件相對于超聲測量組件的空間位置的可能性。
[0021]在另外的實施例中，處理單元被適配成將所感測到的信號的頻譜與對應(yīng)于空間范圍的至少一個特性頻率內(nèi)容相比較以用于計算原點的至少一個空間區(qū)域。在這個實施例中，反射目標(biāo)的尺寸被計算。因為超聲波的頻譜遍及角展度而改變(從超聲發(fā)射機元件來看)，所以能夠確定什么角截面被反射目標(biāo)覆蓋?；谶@個角截面和從反射目標(biāo)到發(fā)射機元件的距離，反射目標(biāo)的尺寸能夠被估計。為了確定角截面，感測信號針對其頻譜被分析。如果所述頻譜在已知間隔中包括與多個特性頻譜有關(guān)的頻率內(nèi)容，則能夠假定反射目標(biāo)正覆蓋特定角截面。這個尺寸估計能夠通過指出在給定距離處小目標(biāo)比大目標(biāo)具有更小的角尺寸而被執(zhí)行。因此，大目標(biāo)比小目標(biāo)將更大角展度的信號往回反射到感測單元。較大目標(biāo)因此將反射與在相同角位置和相同距離處的小目標(biāo)具有不同的頻率內(nèi)容的信號。使用測距(ranging)數(shù)據(jù)，在觀察窗口內(nèi)的任何任意位置處的目標(biāo)的尺寸能夠被估計。
[0022]在另外的實施例中，超聲測量組件包括布置在至少一個陣列中的多個超聲發(fā)射機元件。在這個實施例中，超聲測量組件包括具有多個超聲發(fā)射機元件的超聲換能器。優(yōu)選地，全部超聲發(fā)射機元件都被同時具有多個不同驅(qū)動頻率的至少一個驅(qū)動信號驅(qū)動。通過使用超聲發(fā)射機元件的陣列，執(zhí)行二維超聲掃描是可能的?；诔暡ǖ亩嗑S特征，二維掃描能夠被非常迅速地提供。進(jìn)一步地，超聲換能器能夠包括多個陣列，其中超聲發(fā)射機元件被優(yōu)選地布置在矩陣結(jié)構(gòu)中。從而，執(zhí)行具有高分辨率和低延遲的三維超聲測量是可能的。
[0023]在另外的實施例中，驅(qū)動單元被適配成單獨地驅(qū)動每個超聲發(fā)射機元件。在這個實施例中，每個超聲發(fā)射機元件被單獨地驅(qū)動。這給出了從每個超聲發(fā)射機元件單獨地發(fā)射超聲波的優(yōu)點。從而，空間測量分辨率能夠被增強。將同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號的使用與相移方法組合也是可能的。在此，當(dāng)需要時，多方向超聲波束能夠附加地被聚焦和/或轉(zhuǎn)向。
[0024]在另外的實施例中，驅(qū)動單元被適配成為每個超聲發(fā)射機元件生成單獨的驅(qū)動信號，每個單獨的驅(qū)動信號具有不同驅(qū)動頻率的單獨成分。通過生成具有它們的不同驅(qū)動頻率的單獨成分的不同驅(qū)動信號，以不對稱的方式使超聲發(fā)射機元件陣列或超聲發(fā)射機元件矩陣的結(jié)果得到(resulting)的超聲束成形是可能的，優(yōu)選地結(jié)果得到的總體超聲束被不對稱地成形到它被發(fā)射到的每個空間方向中。術(shù)語“成形”涉及針對空間方向單獨地制造頻率的成分。從而，處理單元能夠非常確切地并且高度確定地確定超聲信號從哪一個空間方向或者從哪一個空間區(qū)被反射。具有不同驅(qū)動頻率的單獨成分的單獨的驅(qū)動信號的使用導(dǎo)致非常高的設(shè)計自由度，以便在如對于單獨的應(yīng)用所需要的不同空間區(qū)中產(chǎn)生具有多個超聲波長和特性頻率成分的總體超聲束。從而，節(jié)約不必要的空間區(qū)并且增強感興趣區(qū)內(nèi)的分辨率是可能的。附加地，將所述多個超聲發(fā)射機元件劃分成以非常高的分辨率覆蓋特定空間區(qū)的組是可能的。
[0025]在另外的實施例中，單獨的驅(qū)動信號被適配成驅(qū)動對應(yīng)的超聲發(fā)射機元件以便在至少兩個不同的空間方向上發(fā)射超聲波。從而，這個實施例提供了用發(fā)射機元件的一個陣列或矩陣單獨地覆蓋不同的空間區(qū)的可能性。
[0026]在再一個實施例中，驅(qū)動單元包括至少一個頻率濾波器以用于接收具有多個不同驅(qū)動頻率的基本信號并且以用于對基本信號進(jìn)行濾波，從而生成所述單獨的驅(qū)動信號中的至少一個。在此，通過設(shè)計多個頻率濾波器使超聲發(fā)射機元件的總體超聲束成形是可能的。如果頻率濾波器是FIR濾波器，則其是優(yōu)選的。FIR濾波器允許驅(qū)動信號的相位和頻率響應(yīng)被以簡單方式控制。有利的是，一個基本的寬頻帶輸入信號能夠被生成并且能夠被每個頻率濾波器接收。每個頻率濾波器衰減不需要的頻率，和/或變更驅(qū)動信號在特定頻率或頻率組處的相角以便為它對應(yīng)的超聲發(fā)射機元件生成具有所期望的多個不同驅(qū)動頻率和相角的驅(qū)動信號。此外，在執(zhí)行測量或者在使用超聲測量組件時，如果頻率濾波器能夠在它們的頻率濾波或相位變更特性中被改變，則其是優(yōu)選的。從而，當(dāng)使用超聲發(fā)射機組件時，超聲發(fā)射機元件陣列或矩陣的輻射圖案能夠被適配。因此，視需要，感興趣的區(qū)在它們的測量分辨率方面能夠被增強，其中導(dǎo)致動態(tài)測量的主動方法被獲得。
[0027]在另外的實施例中，感測單元是至少一個麥克風(fēng)。在這個實施例中，一個麥克風(fēng)被用作為感測單元。優(yōu)選地，麥克風(fēng)被布置在至少一個超聲發(fā)射機元件附近?；谏厦嫠枋龅陌l(fā)明方法，用一個麥克風(fēng)來感測不同空間方向的多個反射的超聲波是可能的。麥克風(fēng)將來自一個超聲發(fā)射機元件或者同樣來自多個超聲發(fā)射機元件的寬帶信號生成為感測信號。從而，僅需要一個麥克風(fēng)以用于測量來自不同空間方向的超聲波的裝置和方法被獲得。
[0028]在另外的實施例中，超聲測量組件包括布置在至少一個陣列中的多個麥克風(fēng)。在這個實施例中，感測單元包括所述多個麥克風(fēng)。它們能夠被布置在一個線性陣列中或在多個陣列中，例如形成麥克風(fēng)的矩陣。所述多個麥克風(fēng)增強了感測單元的空間測量分辨率以及識別不同方向型信號的過程。多個麥克風(fēng)陣列被優(yōu)選地靠近發(fā)射元件布置。這是有利的，因為與至少一個超聲發(fā)射機元件的軸向角度相對應(yīng)的空間角度是相同的或至少非常類似的。從而，位置估計能夠被直接地用相對空間角度做出。
[0029]在本發(fā)明的再一個方面，提出了包括根據(jù)本發(fā)明的超聲測量組件和用于評估所確定的感測信號的頻譜的評估單元的系統(tǒng)。
[0030]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于基于所述評估的結(jié)果來控制電氣裝置，特別是照明裝置、告警裝置、測距裝置、引導(dǎo)裝置、音頻和/或視頻回放裝置或車輛的控制單元。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的這些和其它方面從在下文中所描述的(一個或多個)實施例將是明顯的，并且將參考在下文中所描述的(一個或多個)實施例而被闡明。在以下附圖中
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的超聲測量組件的第一實施例，
圖2示出了用于生成超聲波的活塞(piston)源，圖3示出了針對根據(jù)圖2的活塞源的作為角度和頻率的函數(shù)的聲強的圖，
圖4示出了在不同角度下對于根據(jù)圖2的超聲活塞源的頻率響應(yīng)的圖，
圖5示出了包括多個頻率濾波器的驅(qū)動單元，
圖6示出了針對超聲發(fā)射機元件陣列的作為角度和頻率的函數(shù)的超聲波的強度的圖，
以及
圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0032]圖1以示意圖示出了超聲測量組件10。它包括驅(qū)動單元12,驅(qū)動單元12經(jīng)由線路14被連接到超聲發(fā)射機元件18的陣列16，其形成超聲換能器。驅(qū)動單元12正在生成驅(qū)動信號20，所述驅(qū)動信號20經(jīng)由線路14被發(fā)射到超聲發(fā)射機元件陣列16。超聲發(fā)射機元件18被驅(qū)動信號20驅(qū)動，其中它們生成同時地定向到多個方向22中的超聲束。超聲束包括與驅(qū)動信號20的驅(qū)動頻率相對應(yīng)的不同波長的多個超聲波。如后面將被示范性地解釋的那樣，不同的波根據(jù)波長和每個超聲發(fā)射機元件18的尺度之間的比率擴展到不同的方向22中。從而，在不同的空間方向22上，不同頻譜的超聲波被發(fā)射。
[0033]所生成的超聲束被發(fā)出直到它被目標(biāo)反射為止。人24被作為反射對象示出。應(yīng)當(dāng)理解，人是反射對象的例子，但在本文中任何超聲反射目標(biāo)能夠被使用。人24正將超聲波反射在方向26中到達(dá)形式為單個麥克風(fēng)28的感測單元。麥克風(fēng)28正在感測經(jīng)反射的超聲波并且生成感測信號30，所述感測信號30經(jīng)由線路32被發(fā)射到處理單元34。處理單元34包括用于接收感測信號30并且用于確定感測信號30的頻譜的第一部分35。附加地，第一部分35包括正在存儲涉及不同的預(yù)定義特性頻譜的數(shù)據(jù)的存儲裝置36。進(jìn)一步地，第一部分35將特性頻譜與所感測到的信號30的頻譜相比較以便識別發(fā)起的超聲波在被反射到麥克風(fēng)28之前被發(fā)送到哪一個空`間方向22中?；谧畲笏迫还烙嬃?，比較被做出并且方向被識別。最大似然估計量還能夠在一個步驟中估計許多目標(biāo)、到這些目標(biāo)的角度、目標(biāo)的尺寸以及到這些目標(biāo)的距離。
[0034]然后對應(yīng)的方向型信號38被生成。方向型信號38包括與其空間方向22相對應(yīng)的感測信號30的信息和關(guān)于它對應(yīng)于哪一個空間方向22的信息。附加地，它能夠包括另外的信息，例如由最大似然估計量所獲得的信息的全部或部分。進(jìn)一步地，方向型信號38經(jīng)由線路40被發(fā)送到處理單元34的第二部分42。這個第二部分42被適配成分析方向型信號38。特別地，它執(zhí)行飛行時間計算以便確定由經(jīng)反射的超聲波所行經(jīng)的距離。從而，基于方向22和由超聲波所經(jīng)過的距離的知識，人24相對于超聲測量組件10的位置能夠被計笪
o
[0035]附加地，處理單元34將所感測到的信號30的頻譜與多個特性頻率內(nèi)容相比較。這些特性頻率內(nèi)容被同樣存儲在存儲裝置36內(nèi)?；谶@個頻率內(nèi)容，能夠確定從陣列16發(fā)射的什么角展度的超聲波已經(jīng)被反射到方向26中?；诒环瓷涞慕钦苟群头瓷淙?4的位置的信息，人24在至少一個空間方向上的廣度(extent)被計算。這個信息通過線路40被同樣發(fā)射到處理單元34的第二部分42以用于進(jìn)一步分析和/或輸出目的。
[0036]總之，測距(ranging)、角位置以及尺寸估計通過分析被人24反射的超聲波而成為可能的。為了能夠正確地解析這些特征，優(yōu)選的是，麥克風(fēng)28 (或?qū)?yīng)的麥克風(fēng)陣列)被與陣列16并置。測距能夠在處理單元34內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)飛行時間技術(shù)來執(zhí)行。角位置估計通過使經(jīng)反射的超聲波的頻譜與存儲裝置36的特性頻譜相匹配而被執(zhí)行。最接近匹配給出反射人24的最可能的角位置。在優(yōu)選實施例中，較高的分辨率通過使用內(nèi)插法和統(tǒng)計過程來提高所估計的角位置的角分辨率而被獲得。尺寸估計能夠通過指出(noting that)在給定距離處小對象24比較大目標(biāo)具有更小的角尺寸而被執(zhí)行。因此,較大目標(biāo)比小對象24將更大的角展度的超聲波往回反射到麥克風(fēng)24。與在相同角位置和相同距離處的小目標(biāo)相t匕，大目標(biāo)因此將反射具有不同頻率內(nèi)容的信號。使用測距數(shù)據(jù)，在觀察窗口內(nèi)的任何任意位置處的目標(biāo)或?qū)ο蟮某叽缒軌虮还烙嫛?br> [0037]圖2示出了超聲發(fā)射機元件44的簡單版本。超聲發(fā)射機元件44是針對超聲波的活塞源44。它包括直徑近似8 mm的圓形發(fā)射表面46?；钊?4由壓電材料制成，所述壓電材料被驅(qū)動單元48驅(qū)動。在替換的實施例中，活塞源還能夠是不同類型的，例如靜電超聲發(fā)射機元件、磁致伸縮超聲發(fā)射機元件或適合于發(fā)射超聲波的任何其它換能器。驅(qū)動單元48生成交流電壓作為同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號。這個驅(qū)動信號經(jīng)由線路50被發(fā)送到活塞源44?；谕ㄟ^線路50所發(fā)射的交流電壓的頻率，壓電元件收縮和膨脹。從而超聲波52在發(fā)射表面46處被生成。
[0038]圖3示意性地示出了在圖2中所示出的活塞源的方向性圖案。圖3示出了包括橫坐標(biāo)56的圖54，所述橫坐標(biāo)指的是從發(fā)射表面46所看到的發(fā)射角度，其中值零描述軸向到發(fā)射表面46的角度。附加地，圖54包括縱坐標(biāo)58，其描述通過線路50的驅(qū)動信號的不同頻率。橫坐標(biāo)56指的是測量單位度數(shù)并且縱坐標(biāo)58指的是測量值赫茲(Hertz)。在該圖內(nèi)，顯示聲壓級中的常數(shù)值的多條線被示出。為了更好的可視化，特定的值間隔的值被以相同的方式來描繪。必須理解，在諸線之間的值實際上隨著連續(xù)地變化的梯度而改變。從而，值的連續(xù)且非線性的改變在圖54中被給出。
[0039]線60表示具有-5 dB的聲壓級的值的最高點。起源于線60，聲壓級在另一條線62處減少至-40 dB的值。然后下一個局部最大值在線64處被給出，其具有-25 dB的值。從那里，值不斷減少至具有值為-34 dB的線66并且不斷下降。如所示，對于軸向到活塞源44的發(fā)聲表面46的角度而言,線60也是對于不同側(cè)的聲強的對稱軸。
[0040]基于超聲頻率與活塞源44的尺度之間的物理關(guān)系，波束圖案將是基本上全方向的。這個能夠特別針對在圖頂部上的10 kHz的頻率被看到。在這個頻率處,遍及從-90至+90度的整個角展度，強度相差不多。對于其中所發(fā)射的超聲的波長比活塞源的尺度短得多的頻率來說，波束圖案將在軸向方向上形成窄波瓣。這個能夠特別針對特別是在橫坐標(biāo)56處的90 kHz的頻率被看到。進(jìn)一步地,在這個頻率處,兩個旁波瓣(side lobe)被生成。
[0041]因此，在活塞源44的操作頻率范圍上，一些頻率將以全方向輻射特性被發(fā)射并且一些頻率將在窄波束中被發(fā)射。在相對于活塞源44的軸向方向的各種角度處，所發(fā)射的波束52的頻率響應(yīng)因此將是大不相同的。然而，頻譜從一個角度到附近角度的差異幅度越大，實現(xiàn)的測量分辨率將越高。
[0042]圖4示出了對于不同角度的頻率響應(yīng)。特別地，圖4示出了包括橫坐標(biāo)70和縱坐標(biāo)72的圖68。在這個圖68中，橫坐標(biāo)70描述了根據(jù)圖3中的縱坐標(biāo)58的頻率?？v坐標(biāo)72描述聲壓級，其在圖3中由所示出的多條線來描述。聲壓級在這里同樣被用單位dB給出。在圖68內(nèi)，第一曲線74被示出。這個第一曲線74表示在0度處的聲壓級的進(jìn)展。示出的是，在O度處聲壓級對于所有頻率來說是恒定的。
[0043]附加地，第二曲線76被示出，第二曲線76描述了在40度(以及同樣地-40度)的角度下活塞源44的聲壓級的進(jìn)展。最后，第三曲線78被示出，其描述了在80度(相應(yīng)地-80度)的角度下針對活塞源44的聲壓級的進(jìn)展。如所示，位于活塞源44的角觀察窗口內(nèi)的任何反射目標(biāo)取決于目標(biāo)相對于活塞源44的角位置將反射具有大不相同的頻率響應(yīng)的信號，其具有單獨的頻譜。
[0044]因為這個例子描述了基本原理，所以必須理解，頻率場包括相對于發(fā)射表面46的軸向的旋轉(zhuǎn)對稱。這個對稱在聲場中導(dǎo)致其中頻率響應(yīng)是相同的多個位置。這能夠通過使用麥克風(fēng)陣列來克服，其中經(jīng)反射的超聲波在元件之間以小時間差到達(dá)。那些差在特定條件下足以解析這個含糊。在這種情況下有利的是，任何模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的抽樣速率被設(shè)置成足夠高來解析角差的速率，所述角差足夠精細(xì)以便去除與超聲發(fā)射的旋轉(zhuǎn)對稱有關(guān)的含糊。
[0045]抽樣速率/? (赫茲)表示在一秒中采集到的樣本的數(shù)目。因此樣本之間的時間間隔T由7/& (秒)來給出。能夠被系統(tǒng)測量到的最短時間間隔因此是f秒。對于給出麥克風(fēng)間距d的一對麥克風(fēng),簡單三角學(xué)允許最小感測角度被確定
【權(quán)利要求】
1.超聲測量組件(10)，包括: -超聲發(fā)射機元件(18，44)，其用于發(fā)射超聲波， -驅(qū)動單元(12，48)，其用于驅(qū)動所述超聲發(fā)射機元件(18)，其中所述驅(qū)動單元(12，48)被適配成用同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號(20)來驅(qū)動所述超聲發(fā)射機元件(18，44)， -感測單元(28)，其用于感測超聲波(52)并且用于響應(yīng)于感測到的超聲波(52)來生成感測信號(30)，以及 -處理單元(34)，其用于接收所述感測信號(30)并且用于確定所述感測信號(30)的頻譜。
2.如權(quán)利要求1中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述處理單元(34)被適配成將所感測到的信號(30)的頻譜與對應(yīng)于空間方向(22)的至少一個特性頻譜相比較以用于識別至少一個方向型信號(38)。
3.如權(quán)利要求2中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述處理單元(12，48)被適配成針對所述至少一個方向型信號(38)執(zhí)行飛行時間計算。
4.如權(quán)利要求2中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述處理單元(12)被適配成將所感測到的信號(30)的頻譜與對應(yīng)于空間范圍的至少一個特性頻率內(nèi)容相比較以用于計算原點的至少一個空間區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其包括布置在至少一個陣列(16)中的多個超聲發(fā)射機元件(18，44)。`
6.如權(quán)利要求5中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述驅(qū)動單元(12)被適配成單獨地驅(qū)動每個超聲發(fā)射機元件(18，44)。
7.如權(quán)利要求6中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述驅(qū)動單元(12，48)被適配成為每個超聲發(fā)射機元件(18，44)生成單獨的驅(qū)動信號，每個單獨的驅(qū)動信號具有不同驅(qū)動頻率的單獨成分。
8.如權(quán)利要求7中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述單獨的驅(qū)動信號被適配成驅(qū)動所述相應(yīng)的超聲發(fā)射機元件(18，44)以便在至少兩個不同的空間方向(22)上發(fā)射超聲波。
9.如權(quán)利要求7中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述驅(qū)動單元(12，48)包括至少一個頻率濾波器(86)以用于接收具有多個不同驅(qū)動頻率的基本信號并且以用于對基本信號進(jìn)行濾波，從而生成所述單獨的驅(qū)動信號中的至少一個。
10.如權(quán)利要求1中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，其中所述感測單元(28)包括至少一個麥克風(fēng)(28)，特別地包括布置在至少一個陣列中的多個麥克風(fēng)(28)。
11.用于超聲測量組件(10)的超聲發(fā)射機，包括: -超聲發(fā)射機元件(18，44)，其用于發(fā)射超聲波，以及 -驅(qū)動單元(12，48)，其用于驅(qū)動所述超聲發(fā)射機元件(18)，其中所述驅(qū)動單元(12，48)被適配成用同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號(20)來驅(qū)動所述超聲發(fā)射機元件(18，44)。
12.用于超聲測量組件(10)的感測組件，包括: -感測單元(28)，其用于感測超聲波(52)并且用于響應(yīng)于感測到的超聲波(52)來生成感測信號(30)，以及 -處理單元(34)，其用于接收所述感測信號(30)并且用于確定所述感測信號(30)的頻譜。
13.用于執(zhí)行超聲測量的方法，包括以下步驟: -提供超聲發(fā)射機元件(18)以用于發(fā)射超聲波， -生成同時具有多個不同驅(qū)動頻率的驅(qū)動信號(20)， -用所述驅(qū)動信號(20)來驅(qū)動所述至少一個超聲發(fā)射機元件(18)， -感測超聲波(52)， -響應(yīng)于感測到的超聲波(52)來生成感測信號(30)，以及 -確定所述感測信號(30)的頻譜。
14.系統(tǒng),其包括: -如權(quán)利要求1中所要求保護(hù)的超聲測量組件(10)，以及 -用于評估所確定的所述感測信號(30)的頻譜的評估單元(210)。
15.如權(quán)利要求14中所要求保護(hù)的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括控制單元(220)，所述控制單元用于基于所述評估的結(jié)果來控制電氣裝置(230)，特別是控制照明裝置、告警裝置、測距裝置、引導(dǎo)裝置、音頻和/或 視頻回放裝置或車輛。
【文檔編號】G01S15/42GK103797379SQ201280046146
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月22日
【發(fā)明者】W.J.拉姆布, B.K.斯里德哈蘭奈爾 申請人:皇家飛利浦有限公司