专利名称：用于有源地抑制声学换能器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于有源地抑制声学换能器的方法和装置。
背景技术：
在本发明的技术领域中，也就是说在对环境进行声学扫描的领域中，已知包括在环境中发出脉冲并且接收在那里反射的脉冲以通过分析能够推断出出对象的距离的方法。所使用的换能器是具有薄膜的声学换能器，该薄膜必然具有一定质量，其中该薄膜还具有弹力，使得得出回振特性。压电换能器对于其压电层具有相同的特性。在先前的激励之后的回振出于多种原因是不希望的，至少是由于由此引起的最小距离，因为该换能器在振动(作为先前激励的结果)基本上衰减时才可以作为在对象处反射的声的接收器使用。因此已知的是，除了自抑制以外还无源地借助于抑制元件来抑制薄膜，其中例如使用泡沫。但是由此在两个换能方向上、也就是说在发出声脉冲和在接收声脉冲时，灵敏性明显降低。例如从申请DE 101 36 628 A中已知，有源地抑制薄膜，所通过的方式是，为了压制回振在换能器处施加相反的信号，其中抑制信号与回振的叠加导致振幅减小。该方法只有在预先给定的恒定的抑制信号频率对应于换能器的谢振频率时才导致令人满意的抑制。 此外在抑制期间也需要持续的测量信号。这将已知方法的应用限制到特定的换能器种类。
发明内容
因此本发明的任务是，规定一种用于有源地抑制声学换能器的机制，该机制适合于许多换能器种类或如下类型的换能器，该类型具有静态(在各个运行周期之间)不同的和动态(在一个运行周期期间)变化的特征。该任务通过根据独立权利要求的方法和装置来解决。本发明使得能够对几乎所有声学换能器进行有源抑制，尤其是对其谐振频率不能再制造时准确预知的换能器以及对于其谐振频率可变的换能器。所述方法可以用于其谐振频率在运行期间改变的换能器，所述改变尤其是由于在声学系统中由污染造成的变化、老化、变化的轴承电压(Lagerspanrumg)、周围声学元件的变化等造成。本发明使得能够为许多换能器获得明显减少的回振时间，而无需使用明显减小换能器的作用范围和效率的无源抑制元件。本发明还可以与传统的无源抑制或与具有减少的抑制特性的无源抑制相组合地使用，以便因此例如能够更顺利地进行抑制。尤其是可以使用具有大制造容差的换能器，因为本发明实现了单独的和连续的适配。最后，在制造期间无需执行频率平衡；同样不需要对于动态地或在使用寿命期间变化的特性提供匹配以便(尤其是)根据每个当前的谐振频率来匹配抑制信号的部件(例如电容器)，所述匹配例如温度补偿或对老化效应的补偿。借助于本发明可以通过有源的抑制干预来阻止差频(Sctwebimg)，所述差频可能明显延长回振时间。本发明所基于的方案是，在有源抑制的情况下不从固定地预先给定的谐振频率出发(该谐振频率例如从结构类型得出)，而是获取当前的振动频率，以便以该频率、与当前的声学和系统相关特性相匹配地提供有源抑制。这通过如下方式实现观察回振，以便可以从中推断出换能器或总的声学系统的当前的变化的谐振频率或振动频率。基于该信息，可以对为了进行有源抑制施加到换能器上的抑制信号的频率进行特别的匹配。在微小的不匹配 (例如不同的谐振和抑制频率、相移)的情况下，如在现有技术中可能出现的那样，不出现消除，而是得出其振幅大于所抑制的回振振幅的振动。除了观察回振过程以便产生换能器的当前振动频率并且因此产生换能器的谐振频率，还可以在激励换能器期间获取电参量，例如在施加激励电器时流动的电流。从必要时存在的相移中可以推断出换能器的固有谐振频率，该固有谐振频率预先给定必须用其来进行抑制脉冲的频率。但是优选的，根据本发明获取由对换能器的激励所引起的振动的频率。因此对换能器进行激励并且随后(即在激励结束以后或随着激励的结束)获取换能器信号，该换能器信号的频率对应于谐振频率并且该频率因此也对应于用于进行激励和抑制的频率。对于激励得出两个替换方案，其中在第一替换方案中，用于对环境进行声学扫描的常见的激励脉冲也被用于产生回振，使得在输送该激励脉冲之后获取到振动频率。在已知方法中，通常不考虑回振持续时间，因为从该回振持续时间中不能提取出回波数据，其中与此不同地，本发明规定，观察回振特性以便能够推断出系统的谐振频率。 当前的谐振频率、即在回振过程期间的当前振动频率，对应于要产生的抑制脉冲的频率。第二替换方案规定，施加附加的测量脉冲，该测量脉冲可以明显比激励脉冲短并且仅用于偏转换能器薄膜，以便能够获取结果得到的回振过程的频率。因此该第二替换方案实现了，可以在换能器的运行期间与常见的激励无关地获取当前的振动频率。在几个换能器的情况下，谐振频率与振幅有关地改变。因此尤其是第一替换方案非常适于获取该依赖关系。由此可以在运行期间进行抑制的情况下将抑制频率准确地与换能器的相应的、动态变化的谐振频率相匹配。除了尽可能最佳的抑制，还可以将关于谐振频率的知识用于尽可能最佳地激励该换能器。为此以对应于换能器振动的相同频率和相位位置将激励信号施加到换能器。本发明尤其是适于用于汽车的间距获取传感器，该间距获取传感器是基于超声波的并且基于脉冲回波方法。这种系统例如适于停放辅助方法或者跟踪方法。此外所述方法可以用于如下换能器所述换能器基于超声波来获取流量、尤其是燃料混合物的流量，并且在所述换能器的情况下通过燃料电流来传送超声波脉冲并且该超声波脉冲尤其是由相同的换能器再次接收。本发明可以借助于在下文中所述的方法或装置来实施。本发明包括用于对尤其是实施为压电元件的声学换能器进行有源抑制的方法。这种换能器可以设置在汽车的外侧上。所述方法规定，通过将电激励脉冲输送给换能器来激励该换能器。该步骤用于发送超声波脉冲，以便对环境进行声学扫描。接着根据该方法通过将抑制脉冲输送给换能器来抑制该换能器。在回振时间期间输送该抑制脉冲，以便抑制回振。为此，抑制脉冲至少部分地与换能器的振动运动相反，使得在破坏性干涉的意义上消除运动分量。这被称为有源抑制。抑制脉冲被作为电信号输送给换能器，其中换能器的振动运动由此减小。电信号和声信号的对应通过由声学换能器提供的相互的二孔道(Zweitor)得出。所述消除因此可以在换能器的等效电路的电学侧上、声学侧上或者在等效电路内的这两侧之间观察到。抑制脉冲通过如下方式与振动运动相反，即所述抑制脉冲和所述振动运动彼此相移为使得抑制脉冲的振幅至少逐段地消除振动运动的振幅，其中尤其是抑制脉冲和振动运动的波峰具有相反的符号。这对应于基本上为180°的相移，即半个周期，但是其中当抑制脉冲相对于振动运动的相位移动多于90°和少于270°的角度绝对值时也部分地得出消除。因为本发明用声学换能器的当前振动特性工作，本发明还规定了获取步骤，在该获取步骤期间又对换能器进行激励并且获取到换能器的结果得到的当前振动频率。在获取步骤内对换能器的激励可以如上所注意到的那样与用于对环境进行声学扫描的激励脉冲的输送重合，或者可以进行与在换能器运行期间的常见激励分开的激励，该激励仅具有产生回振的目的，以便能够获取当前的振动频率。对结果得到的当前振动频率的获取与对回振频率的观察相对应，其中概念“结果得到的”可以与作为对振动的反应的回振过程等同。 所述当前的振动频率对应于换能器在回振期间、即在激励之后用于运动的频率。因为结果得到的振动不被施加激励或其他外部的影响，所以换能器的谐振频率适合作为当前的振动频率。因此当前的振动频率可以与谐振频率等同，或者至少可以在这些频率之间提供简单的关联，该关联包含附加的修正，该修正复现了谐振频率与另外的换能器特性和换能器状态、尤其是当前振动振幅的依赖关系。通过输送激励脉冲以便声学地借助于脉冲回波方法来扫描环境的激励优选同样考虑所获取的谐振频率，即所获取的当前振动频率。激励脉冲因此优选以谐振频率、即以所获取的当前振动频率来输出。该所获取的、由于激励而结果得到的、也可以被视为谐振频率的振动频率用于产生抑制脉冲。尤其是以当前的振动频率提供或产生抑制脉冲。所获取的振动频率以及抑制脉冲的频率被视为相应信号的基本振动的频率。在回振期间所获取的振动频率因此是回振的基本频率，其中抑制脉冲的基本频率对应于该频率。抑制频率因此至少复制在获取步骤期间施加在换能器上的信号的基本频率。所获取的振动频率因此至少复制在输送激励脉冲之后所获取的振动运动的基本振动。该抑制脉冲接着用于抑制该振动运动或随后的、在随后的激励脉冲之后出现的振动运动。所述方法尤其是规定，在获取步骤的范围内通过将激励脉冲输送给换能器、即通过用于对环境进行声学扫描的激励步骤来提供激励。此外获取换能器在激励脉冲结束之后输出的测量信号、尤其是其频率。该频率被作为当前的振动频率获取。该方法尤其是可以规定，不检查总的测量信号，而是仅获取(基本)频率。得出的频率作为当前的振动频率被检测，以该当前的振动频率又提供抑制脉冲。一个替换的实施方式规定，在获取步骤期间通过输送测量脉冲将激励提供给换能器。该测量脉冲是附加的测量脉冲，其不用于对环境进行声学扫描，尤其是由于其短的持续时间。对当前振动频率的测量和用于对环境进行声学扫描的激励由此可以在时间上彼此分开。换能器在测量脉冲结束之后所输出的测量信号的频率作为当前的振动频率被获取。以该当前的振动频率提供抑制脉冲。换句话说，根据如下预先规定来产生抑制脉冲，即该抑制脉冲至少作为基本频率具有所述测量信号的所获取的频率。在此使用的测量脉冲仅用于产生换能器的回振。这尤其是通过如下方式实现，即为了确定谐振频率，具有仅几个半波的持续时间的测量脉冲就足够了(例如少于10个，少于5个或者仅2个或1个半波)。测量脉冲此外不必一定地具有准确地对应于谐振频率的频率，而是只需给出，可以通过测量脉冲的频谱来激励该换能器系统。测量脉冲的该频谱为此包括至少一个(预定义的)频率分量，所述频率分量处于换能器的要接收的谐振频率附近。该频谱还可以具有另外的频率分量，使得产生所述另外的频率分量不需要特别的准备。 要接收的谐振频率可以预先给定并且尤其是对应于取决于结构类型的标称谐振频率。除了可以预定义并且适用于激励换能器的至少一个频率分量，测量脉冲可以具有另外的频率分量，这些另外的频率分量不一定促使换能器产生回振。不过有利的是，测量脉冲的至少一个频率分量能够激励声学换能器，使得可以使用大量的信号形状来生成测量脉冲。这简化了用于产生测量脉冲的分量的实施。作为示例可以使用简单的矩形脉冲，其中可以在宽的容差极限内规定边缘陡度和脉冲宽度以及边缘变化过程。此外，可以提供具有对应于之前获取的谐振频率或振动频率的频率的测量脉冲。在激励之后在获取步骤的范围内根据本发明所获取的当前的振动频率在换能器处于自由振动状态中时对应于该换能器的当前的谐振频率。自由振动状态尤其是意味着， 该换能器未被施加另外的激励信号。当前的振动频率通过确定由换能器输出的信号、尤其是测量信号的周期持续时间来获�。鲂藕庞苫荒芷髟诩だ龀褰崾蠡蛘咴谑渌筒饬柯龀逯笫涑觥８弥芷诔中奔溆绕涫峭ü袢×礁鱿嗉谈娴墓降阒涞氖奔浼涓衾慈范�。为此可以对由换能器输出的信号进行高通滤波，例如通过将(例如与该换能器连接的运算放大器的)偏移量设置为零。可替换地可以获取由换能器输出的信号的两个相继跟随的最大值或最小值的时间间隔。用于获取当前的振动频率、即谐振频率的另外的可能性是在时间上对由换能器输出的信号求导以及确定该时间导数的最大值。所述周期持续时间尤其是可以借助于节拍发生器和计数器来获取，所述节拍发生器和计数器获取处于两个在时间上可单义相关的事件(例如两个或更多个相继跟随的过零点，以测量半波的持续时间、 周期持续时间或全波的持续时间、或者其多倍)之间的节拍的数量。所述振动频率和周期持续时间彼此关联。换能器在激励脉冲或特定测量脉冲结束之后输出的测量信号的频率作为当前的振动频率被获�。酶谜穸德世刺峁┘だ龀搴鸵种坡龀濉６运稣穸德实幕袢⊥ü范ㄓ苫荒芷魇涑龅男藕诺闹芷诔中奔渫ü袢∪缦碌氖奔浼涓衾唇兴鍪奔浼涓粼谟苫荒芷魇涑龅男藕诺牧礁龌蚋喔鱿嗉谈娴墓愕恪绕涫撬袢⌒藕诺慕涣鞣至康墓愕阒�、在两个或更多个相继跟随的相对最大值之间、在两个或更多个相继跟随的相对最小值之间、在两个或更多个相继跟随的以相同方式或用相反符号重复的信号变化过程之间、或者在两个或者更多个相继跟随的以其时间关联可单义识别的信号变化过程之间。(仅用于产生回振的)测量脉冲和/或激励脉冲可以作为突发信号(Burst-Signal) 来提供，即作为在时间窗上延伸的周期性信号来提供。作为周期性信号优选使用矩形信号， 但是其中原则上也可以使用正弦信号、三角形信号、锯齿形信号或者类似信号以用于激励。 所述激励脉冲优选是没有直流分量的，尤其是此外还包括零状态的双极性矩形脉冲。抑制脉冲可以通过与激励脉冲或测量脉冲相同的方式来构造，区别在于，抑制脉冲的频率对应于当前的振动频率。优选用可变功率来提供抑制脉冲。为此，所述抑制脉冲可以具有最大
7的振幅绝对值和/或占空比，该振幅绝对值或占空比处于测量脉冲或激励脉冲的相应大小以下。换能器在(通过激励脉冲或测量脉冲进行)激励以后输出的信号的功率或振幅越�。� 所述振幅和/或占空比优选越小。所述振幅尤其是可以通过在换能器之前连接电阻或电阻网络而减�。渲兴龅缱柰缈梢园ǹ兀隹馗莼卣裥藕诺恼穹丛龃笞艽缱瑁荒芷髟诩だ笫涑龅男藕诺墓β试叫。源嬖谟诨荒芷髦械哪芰烤驮叫 Ｋ稣穹绕涫腔箍梢酝ü韵路绞郊跣。词褂每傻鹘诘幕虿煌目汕谢坏牡缌髟矗渲械缌鞲莼卣裥藕诺恼穸湫。荒芷髟诩だ笏涑龅男藕诺墓β试叫。源嬖谟诨荒芷髦械哪芰烤驮叫�。所述换能器优选由三元的驱动器来控制，该驱动器输出激励脉冲、抑制脉冲和/ 或测量脉冲。该三元的驱动器输出正振幅、负振幅以及零振幅，其中在零振幅期间该驱动器处于高欧姆状态。该驱动器在获取由换能器所输出的信号期间要么与换能器分开要么被转换到高欧姆状态。在高欧姆状态中，该驱动器的内电阻是正振幅或负振幅期间的多倍大。为了应用对应于要压制的振动运动的抑制脉冲，在输送抑制脉冲之前获取换能器的振动运动的相位信息。该相位信息可以从测量信号中获�。绕涫峭ü袢」愕�、例如所有通向正或所有通向负的过零点。随后可以用与这样获取的相位信息有偏差的相位来输送抑制脉冲，即大于90°的绝对值，偏差小于270°或基本上180°的绝对值(例如具有 +/-10%的偏移)。因此不仅将抑制脉冲的频率、而且也将抑制脉冲的相位与测量信号或与所属的振动运行相匹配，以便能够最佳地补偿并且因此抑制后面的振动运动。在可以在前面的步骤中或前面的阶段中、即在已经过去了的获取步骤中获取到当前的振动频率的同时，可以获取当前要抑制的振动运动的相位信息，以便能够使抑制脉冲与换能器的当前振动运动(以180°的偏差)同步。因此所述相位直接在每次输送抑制脉冲之前被确定，而振动频率可以在前面的步骤中被确定。在特别的运行情况下，换能器的相位位置可能是已知的，使得不需要明确的同步。尤其是，相位位置在激励期间或者在激励以后是已知的，使得可以在激励之后立即开始抑制。因为振动频率在一定持续时间内是恒定的，所以可以一次性地获取振动频率并且对其进行中间存储，直至由于预先给定的时间窗的期满而应当获取重新的振动频率。此外， 可以总是在环境传感器获取到处于特定阈值之上的变化、例如大于预先给定的绝对值的温度变化时获取新的振动频率。因为声学系统的变化并且尤其是换能器的谐振频率的变化也与环境的这种变化相联系，所以由此总是在预期到换能器的谐振特性变化时更新振动频率，根据该振动频率提供抑制脉冲。此外可以总是在获取到携带该声学换能器的车辆低于特定的速度、例如10或5km每小时的速度时执行根据本发明的获取步骤。如果因此获取到结果得到的当前的振动频率，则对该振动频率进行中间存储并且用于在将来产生控制脉冲和抑制脉冲，直至在重新的获取步骤中对该振动频率进行更新。尤其是在所获取的振动频率比预先确定的持续时间老旧(alt)时，执行重新的获取步骤。借助于根据本发明的获取步骤的更新尤其是总是在最后获取的振动速度滞后于预定的持续时间时进行。该持续时间优选符合环境条件、尤其是温度或降水。此外，根据本发明的获取步骤可以在温度变化、在获取到污染或冰冻的情况下被执行。可替换地或者与此相组合地，可以每0. 1或1或10分钟执行所述获取步骤或更新，尤其是每月一次或每年一次，以便可以考虑到老化效应。如已经注意到的那样，可以在换能器或在空间中距离近的部件如此改变温度使得能够推断出换能器处的温度变化并且由此振动频率也改变时执行所述获取步骤。本发明还通过一种用于对在上面设置有换能器的汽车进行环境获取的方法来实现。该方法规定，执行声学脉冲回波方法，该声学脉冲回波方法提供对超声波脉冲的发送和接收。根据本发明，在接收超声波脉冲之前执行根据本发明的方法以用于有源抑制。尤其是至少一次地、但是优选重复地或周期性重复地执行根据本发明的获取步骤，其中获取当前的振动频率，根据该振动频率生成抑制脉冲。在发送超声波脉冲(通过输送激励脉冲激励换能器)之后，将抑制脉冲施加到换能器。基于所获取的当前的振动频率或者基于当前保存的振动频率，将该已知脉冲与换能器的当前回振特性相匹配。在每次输送抑制脉冲之前优选获取复现换能器的振动运动的相位信息，以便于当前振动运动同步地输出抑制脉冲，以便由此实现最大可能的组合效应。本发明此外借助于一种用于对声学换能器进行有源抑制的装置来实现，该装置具有与换能器连接的获取设备。该获取设备能够尤其是借助于节拍方式(getakt)的计时器和过零点识别、顶点测量或者其他装置来获取来自换能器的测量信号的当前的振动频率， 以便获取用相同或相反设置的符号重复的信号变化过程之间的时间间隔或者以便获取至少两个相继跟随的并且在其时间关联中可单义识别的信号变化过程之间的时间间隔。这些信号变化过程被设置为获取两个或更多个过零点或相同的信号变化过程之间的节拍数目， 以便由此推断出振动频率(或者复现该振动频率的参量)。所述装置还具有信号发生器，该信号发生器与换能器连接并且还与获取设备连接以接受振动频率。该信号发生器能够产生抑制脉冲，其中该信号发生器在产生抑制脉冲时考虑之前接收到的振动频率并且根据该振动频率来提供抑制脉冲的频率。所述信号发生器还能够，关于相位至少部分地与换能器的 (当前获取的)振动运动相反地提供抑制脉冲。所述信号发生器通过与换能器连接能够将抑制脉冲施加到该换能器。根据一个优选的实施方式，所述装置包括存储器，在该存储器中可以存放当前获取的振动频率，其中该存储器还与信号发生器连接，该信号发生器可以从换能器中调用当前的振动频率，以便以该振动频率提供抑制脉冲。所述信号发生器可以是二元的或三元的输出级，其中三元的输出级还在零状态时切换到高内电阻。此外，信号发生器可以具有用于如下占空比的输入端，利用该占空比来提供抑制脉冲的占空比。所述信号发生器还可以替换地或与此相组合地具有用于如下振幅的输入端，利用该振幅来控制抑制脉冲的振幅，例如借助于可控制的电阻网络或者借助于可控制的电流或电压源。所述装置可以具有振幅获取设备，该振幅获取设备获取测量信号的振幅 (或其功率)，其中根据该振幅获取设备通过相应的连接来控制信号发生器的占空比以及振幅或功率，以便在获取测量信号的较高功率时比在测量信号的较小功率时提供更高的振幅或更高的占空比。尤其同样可以将抑制强度适配地与当前的回振特性相匹配。除了测量振动振幅，可以替换地应用所谓的计能器，该计能器以合适的方式表示振动回路中的当前能量。通过激励加入的振动能量以时间间隔添加给计能器。振动回路通过固有抑制和有源抑制所引出的能量以时间间隔相应地从计能器中减去。除了测量振动振幅或者应用计能器，还可以基于前面的参考抑制过程的持续时间来确定剩余能量，这些参考抑制过程可以在用于对环境进行声学扫描的正常运行期间或者在用于确定谐振频率的特定的测量循环期间被接收。通过计能器的分析，可以确定抑制脉冲所需的强度。在另一实施方式中，所述获取设备还包括相位获取单元，其尤其是通过过零点探测器来构造(其优选还可以获取过零点的方向)。该相位获取单元与换能器连接并且被设置为借助于测量信号来获取来自换能器的信号(=测量信号)的相位位置。所述相位获取单元还与信号发生器连接，以便将所获取的相位位置输出给该信号发生器。由此，信号发生器可以处理相位位置形式的同步信息，以便恰好与换能器的当前振动运动的相位位置相反地来提供抑制脉冲。所述相位获取单元被设置为，在对换能器的激励脉冲和抑制脉冲结束之后获取相位位置。所述信号发生器被设置为，以至少部分地与所述相位位置相反的、尤其是相差180°的相位来提供抑制脉冲，由此可以使对换能器的回振运动的有源压制最优化。所述装置可以借助于固定布线的部件、借助于可编程的硬件和所属软件或者它们的组合来实施。所述装置尤其是可以构造为控制器、微控制、DSP或者固定布线的数字逻辑电路(ASIC或FPGA)。功率驱动器尤其可以是集成电路的一部分，该集成电路也实施所述装置的大多数或者所有其他的部件，或者功率驱动器可以是外部驱动器。用于获取测量信号的获取设备和/或相位获取单元可以包括A/D转换器、比较器、低通、高通、峰值探测器等等，尤其是集成电路(例如微控制器)的输入/输出接口的部件。所述换能器可以通过放大器电路(例如通过运算放大器)与获取设备连接。所述抑制脉冲可以准确地以对应于振动频率的频率来提供，或者所述抑制脉冲可以以根据激励振幅或者根据换能器的振动回路中的当前振幅分配给振动频率的频率来提供。最后提到的可能性考虑到谐振频率与信号振幅或功率的依赖关系，其中所述信号振幅或功率被分配给特定的激励脉冲或特定的抑制脉冲(即用于产生声学扫描脉冲的激励)。信号振幅或功率与谐振频率的依赖关系可以完全通过换能器来测量。此外可能的是，从在较小振幅的情况下所获取的振动频率中根据换能器的振幅相关特性正确地推断出在较高振幅情况下的振动频率以及通过在高振幅情况下的测量推断出在较小振幅情况下的振动频率。为此，根据本发明的装置可以包括修正因子或查找表，其复现了谐振频率与振幅的依赖关系的修正曲线。例如可以在动态地确定修正信息时使用易失性存储器。如果所述修正信息静态地或者很少在运行期间被确定，则可以将该修正信息保存在非易失性的读/写存储器、如闪存中。在可替换的实施方式中，可以根据谐振频率和为抑制脉冲提供的并且可以取决于测量信号的振幅或功率的振幅或功率而存在谐振频率和振幅之间的依赖关系。根据该实施方式，用于抑制的当前的振动频率对应于因此修正的频率。该修正尤其是在频率获取的范围内被执行，因此将所修正的频率视为测量的结果。因为该修正不包括明显的频移，所以频率基本上相对应。在振幅不同的情况下，相应地对频率进行多次匹配。替代于单个当前的振动频率，还可以使用许多被平均的振动频率，其中这些频率的平均值确定抑制脉冲的频率。此外，当前的振动频率可以不仅借助于两个直接相邻的过零点或者极值(Extrema)来测量，而且还借助于预定的许多过零点、极值、顶点、重复的信号状态或者可单义识别的信号状态来测量，以便因此减小测量噪声、尤其是跳动误差 (Jitterfehler)。最后，所述相位位置可以通过测量相邻的过零点、极值、顶点、重复的信号状态或者可单义识别的信号状态来获�。簿褪撬挡饬肯嗔诘募道椿袢。渲泄愕愕氖笨掏ü约凳笨痰乃闶跗骄瓷�。尤其是，测量和平均化N次导数形式的所镜像的信号变化过程——例如具有上升和下降的信号变化过程以及振幅的上部和下部顶点的过零点——特别适于消除特定于电路的偏移。根据本发明的另一方面，提供如下的方法和装置，该装置还被提供用于在所述装置中以运行时间延迟的方式消除信号处理和生成时的附加的运行时间效应。在信号链—— 在信号发生器中开始通过放大器电路导致薄膜的运动并且最后进入分析单元的获取设备——中出现的运行时间延迟可以根据本发明被获�。ü姆绞绞牵梢酝ü赜诳刂坡龀宓木废辔晃恢玫闹逗陀氡∧さ乃婧蟛饬康男藕疟浠痰谋冉贤ü嗉趵慈范ㄐ藕欧⑸饔牖袢∩璞钢涞脑诵惺奔溲映�。所述装置为此包括时间获取设备，该时间获取设备与激励换能器的信号发生器连接并且还(优选间接地通过放大器)与换能器连接， 以便获取从对换能器的激励中得出的信号。得出的时间上的偏移补充了如上所述的所确定的谐振频率，使得可以一起产生一个抑制信号，该抑制信号基于该偏移、即上述运行时间延迟具有绝对的时间参照(Zeitbezug)。所述换能器可以动态地确定运行期间的运行时间延迟。还可能的是，所述运行时间延迟在应用换能器之前一次性地静态地确定。所述运行时间延迟可以在动态确定的情况下保存在易失性存储器中，而在静态确定的情况下保存在非易失性存储器中，例如闪存是特别合适的。根据本发明的实施方式的特点是，所述实施方式包括运行时间延迟的效应，在该运行时间延迟中，所述抑制具有180°的相移。为此，比在没有运行时间延迟的被假设为理想的电路的情况下更早地执行抑制了运行时间延迟的绝对值的反相抑制。由此尤其是可以平衡老化效应和温度效应，这还导致了可以使用具有更大容差的部件。对相对于实际换能器信号的相位位置和振动频率的测量中的偏差——所述偏差尤其是通过电路技术的或者量化效应引起，可以通过在如下时刻形成所测量的换能器信号的时间平均值而被最小化所述时刻具有相同的、但是符号相反的上升，尤其是具有上升和下降的信号变化过程以及振幅的上部和下部顶点的过零点。可替换地，换能器信号可以借助于滤波器尤其是通过低通、带通来分析，所述滤波器尤其是被实施为HR滤波器、HR滤波器或者模拟电路。此外可以借助于调节技术的滤波(例如借助于反馈回路和非反馈回来， 其中延迟元件彼此互连)来实施所述滤波器。此外可以借助于PLL来获取振动频率。附加地可以使用高通，以便阻止由换能器输出的信号的电压偏移量。本发明的一个实施方式规定，除了有源抑制以外用无源抑制的泡沫进行抑制。该无源抑制的泡沫与换能器的振动部件、尤其是与换能器的薄膜接触。该无源抑制的薄膜吸收换能器的振动能量。所述泡沫具有抑制能力，该抑制能力基本上与为了(仅仅)进行无源抑制而在换能器中使用的泡沫的抑制能力一致。此外，根据本发明所使用的泡沫的抑制能力可以处于仅仅用于对换能器(尤其是超声波换能器)进行无源抑制的泡沫的抑制能力以下。根据本发明所使用的泡沫的抑制能力尤其是处于与根据现有技术被用作为纯泡沫抑制的泡沫的抑制能力类似高度。可替换地，根据本发明所使用的泡沫的抑制能力低于根据现有技术所使用的纯(即纯无源)泡沫抑制。
在附图中示出本发明的实施例，根据下面的
详细解释这些实施例。图1示出用于详细解释根据本发明的方法的图解； 图2示出根据本发明的装置的示意性图解。
具体实施例方式图1示出具有三条不同曲线的流程图，这三条不同曲线在相同的、按照向右的时间轴上描绘。在图1中示出的上方的曲线是测量信号10，该测量信号在根据本发明运行的换能器的接线端子处获取。位于下方的曲线是该换能器的薄膜所实施的薄膜运动20的振幅。曲线20因此示出实际的换能器激励在声学侧上的变化曲线。在图1中下方示出的、与其零线30 —起示出的曲线是激励信号40，利用该激励信号来激励根据本发明运行的换能器。因为激励在相同的接线端子处进行，如对测量信号10的获取那样，所以测量信号10和激励信号40的信号形状在激励信号不为零(也就是位于零线30上)的地方类似。如果激励信号40位于零线上，例如在片段43中，则以高欧姆的方式接通连接在该换能器上的驱动器。换能器在该时间片段中用于复现薄膜运动，如在换能器的电学侧上示出的那样。测量信号10的大多数为矩形的信号变化曲线因此是由于，所使用的放大电路相当快地趋于饱和。图1细分成多个时间片段41-49。在第一时间片段41中，换能器处于静止；在时间片段41结束以前不发生激励，从而时间片段41的结束可以被称为有源时期的开始。在随后的时间片段42中，在换能器上市价激励该换能器的测量信号。可以看出，薄膜运动20 在该时间范围内开始。所述激励借助于矩形信号的时期发生，其中该时期持续时间或用于激励的测量信号的频率不对应于谐振频率。在随后的时间段43中，确定根据测量信号结果得到的当前的振动频率。为此首先获取测量信号10的过零点、极值、顶点、重复的信号状态或者可单义识别的信号状态，但是尤其是测量信号10的过零点，并且必要时通过求平均来消除特定于电路的偏移量和跳动。例如可以通过确定两个相继的过零点的时间差来确定半周期持续时间或通过三个相继过零点的第一个和最后一个过零点的时间差来确定全周期持续时间。为了获取换能器薄膜的状态，有利的是在驱动器处于高欧姆状态的时刻测量换能器上的电压。在测量电阻两端同样可能的是获取换能器薄膜中的电流变化过程。在这里也有利、但不是一定必要的是，以高欧姆的方式接通驱动器。在测量信号在片段42中施加到换能器上并且随后的回振在片段43中被用于获取结果得到的当前的振动频率之后，在随后的片段44中在较长时期的跨度上对换能器进行激励，所通过的方式是，施加较长的激励脉冲。清楚的是，在该时间间隔中薄膜运动20明显增加，由此产生声学的扫描脉冲。随着片段44的结束，激励脉冲结束，随后是时间片段45， 在此期间不对换能器进行激励。时间片段45随着获取到边缘12而结束，根据该边缘12确定换能器的当前相位位置。时间片段45还用于使稍后的抑制脉冲与薄膜运动同步化，以便达到最大有效的抑制。随着随后片段46的开始，有源抑制开始，在该有源抑制期间将抑制脉冲施加到换能器上，该抑制脉冲借助于激励信号40在时间片段46中示出。根据片段46 中的薄膜运动20可以看出，通过在片段46中施加抑制脉冲强烈地抑制了回振。在包括抑制脉冲的一部分的时间片段46之后是片段47，在该片段47期间不对换能器进行控制。时间片段47以测量信号中的边缘14结束，该边缘14复现了希望的相位信息，根据该相位信息，抑制脉冲的另外的部分可以同步。因此在随后的时间片段48中示出抑制脉冲的另外的第二部分，该第二部分在先前的重新的同步片段47期间重新与薄膜的实际运动同步。在反相的第二控制48期间(也就是说在第二抑制脉冲期间)，必要时用比在第一部分中小的占空比或比在第一部分中小的振幅来控制抑制脉冲，以便考虑到回振的已经减小的振幅，使得避免过高的抑制并且因此避免重新的激励。时间片段46和48在预定的持续时间(例如由周期数定义)之后结束，随后借助于测量信号通过重新的测量来执行薄膜的运行，以便获取仍然剩余的回振强度。因为在时间片段48结束时测量信号10具有微小的振幅，不施加抑制脉冲的另外的部分，因为测量信号10的微小振幅指示出或者通过抑制脉冲的定义数量给出不再发生进一步的明显的薄膜运动20并且因此不再发生明显的回振。在图1中示出，在片段43中获取到当前振动频率的步骤与在片段45-48中施加抑制脉冲之间在持续时间44期间施加用于产生声学扫描脉冲的激励脉冲。在持续时间43期间，将所获取的声学振动频率中间存储为谐振频率并且既在片段44中进行激励时又在片段46和48中产生抑制脉冲时再次使用。此外，在图1中示出一种方法，根据该方法将单独的测量脉冲输送给换能器(在片段42中)，这所具有的目的是，在后面的时间片段43中获取回振特性。可替换于此的实施方式规定，也用于产生超声波扫描脉冲的激励脉冲也出于获取结果得到的振动频率的目的用于对换能器进行激励。在这种方法中可以使用对应于时间片段45和47的时间片段，其中不施加激励信号(与片段46和48，曲线40不同)，使得可以根据测量信号10在片段45和47中(或者也在随后的片段中)读出回振特性并且尤其是可以获取结果得到的当前的振动频率。在这种情况下，片段44中的激励不可能具有该谐振频率或者仅可能具有通过先前的激励脉冲所确定并且以存储的方式存在的谐振频率。在图2中使出用于有源抑制的根据本发明的装置的示意性图解。该装置包括换能器100，该换能器100具有两个接线端子102、104。一方面这两个接线端子与该装置的信号发生器110连接，该信号发生器激励换能器。此外，接线端子102、104与根据本发明的获取设备120连接，其中接线端子102、104在信号发生器110的激励间歇期间提供复现换能器 100的薄膜运动的信号。该运动由获取设备120通过与接线端子102、104连接来获取。获取设备装备有频率测量单元122，该频率测量单元允许获取设备120获取接线端子102、104 处的信号的频率，尤其是当信号发生器110在输出端处具有高欧姆状态时。获取设备120 还包括相位获取单元124，利用该相位获取单元IM可以获取位于接线端子102、104处的信号的相位信息、尤其是过零点，在此期间信号发生器110不在换能器100上施加信号。频率获取单元和相位获取单元122、IM优选包括过零点探测器，以便获取两个过两点之间的周期长度和相位位置。获取单元122、1M可以使用共同的过零点探测器。所获取的振动频率和所获取的相位位置通过连接传送给信号发生器110，该信号发生器110根据该频率和该相位位置来提供抑制脉冲，该抑制脉冲与换能器100的运动特性相反。根据本发明的装置还可以包括控制装置130，该控制装置130控制信号发生器 110，以便可以通过信号发生器110在相应的时刻产生激励脉冲、抑制脉冲以及必要时测量脉冲。在示出替换于图2实施方式的一个实施方式中，获取设备120不(仅仅)与信号发生器110连接，而是与处理频率信息和相位信息并且相应地控制信号发生器的控制装置130 连接。
权利要求
1.一种用于有源地抑制声学换能器(100)的方法，具有以下步骤通过将激励脉冲输送给换能器来激励(44)换能器，并且随后通过将抑制脉冲输送给换能器来抑制(46、48)换能器，所述抑制脉冲与换能器的振动运动至少部分地相反，其特征在于，所述方法还包括获取步骤，该获取步骤提供对换能器的激励和对换能器的结果得到的当前振动频率的获�。� 其中提供具有对应于所获取的当前振动频率的频率的抑制脉冲。
2.根据权利要求1的方法，其中通过将原本的激励脉冲(44)或特定的测量脉冲(42)的脉冲输送给换能器来提供获取步骤的所述激励，该脉冲仅具有几个半波、尤其是少于10个或5个半波、或者仅一个半波，其中测量脉冲的频谱优选包括预先定义的频率分量，该频率分量处于根据结构类型的标称谐振频率的附近。
3.根据前述权利要求之一的方法，其中提供具有如下频率的抑制脉冲该频率对应于当前的振动频率，并且该频率还根据换能器的谐振频率与振动运动的振幅或剩余能量之间的取决于换能器的依赖关系而与换能器的当前剩余能量或振动运动的当前振幅相匹配。
4.根据前述权利要求之一的方法，其中最迟在如下情况下更新提供抑制脉冲所根据的换能器的振动频率在由于换能器的特性变化而预期到或已经发生换能器的振动频率的变化时，在最后获取的振动频率比预先确定的持续时间老旧时(尤其是在温度变化、污染、冰冻的情况下，例如每0. 1或1或10分钟，尤其是在老化效应的情况下，例如每月一次或每年一次)，在载有所述声学换能器的车辆低于特定的极限速度、尤其是10或5km每小时的速度时，或者当获取到所述换能器或位于空间附近的部件如此改变温度使得能够推导出换能器处的温度变化并且由此振动频率也改变时，或者这些情况的组合。
5.根据前述权利要求之一的方法，其中由于逻辑控制、由于换能器薄膜的惯性以及由于对所测量的信号变化过程的分析而获取到附加的运行时间延迟，所通过的方式是，将控制脉冲的相位位置与换能器的在抑制之后测量的信号变化过程进行比较，以便通过相减来确定信号发生器与获取单元之间的附加的运行时间延迟，其中在用于对环境进行声学扫描的声学换能器运行期间重复地确定有源抑制的运行时间延迟或者一次性地在运行开始之前确定，并且对输送抑制脉冲的时间控制补偿该附加的运行时间延迟或者在计算所需的相移时考虑该附加的运行时间延迟。
6.根据前述权利要求之一的方法，其中在输送激励脉冲之后多次执行对抑制脉冲的输送，其中通过一个或多个抑制脉冲来抑制回振，所述一个或多个抑制脉冲的总体导致换能器的完全抑制，其中优选在相继输送抑制脉冲之间确定换能器的振动运动的相位信息并且根据该相位信息这样地输出抑制脉冲，即通过该抑制脉冲将实现对换能器的回振运动的至少部分的补偿。
7.根据前述权利要求之一的方法，其中在所述抑制期间，抑制过程的强度、即电流的振幅或电压被与在传感器中当前包含的能量相匹配，并且所述抑制的强度尤其是到抑制结束时一直降低。
8.根据前述权利要求之一的方法，其中由三元的驱动器(110)控制所述换能器，该驱动器产生正振幅、具有该正振幅的振幅绝对值的负振幅、以及零振幅，其中在零振幅期间所述驱动器被连接到高欧姆状态。
9.一种借助于声学脉冲回波方法来获取汽车的环境的方法，其中所述脉冲回波方法提供对超声波脉冲的发送和接收，并且该方法按照前述权利要求之一来执行以发送和接收超声波脉冲。
10.一种用于对具有获取设备(120)的声学换能器进行有源抑制的装置，该获取设备 (120)被连接和设置在换能器(100)处，以获取来自换能器的测量信号的当前振动频率，其中所述装置还具有与换能器连接的信号发生器(110)，该信号发生器还与获取设备(120) 连接以用于接收振动频率，并且所述信号发生器(110)被设置用于以所接收的振动频率来产生至少部分地与所述换能器的振动运动相反的抑制脉冲并且将其施加到所述换能器上。
11.根据前述权利要求之一的装置，其中除了有源抑制以外，用无源抑制的泡沫进行抑制，该泡沫被提供在换能器的振动部件处、尤其是在薄膜处并且吸收换能器的振动能量，其中所述泡沫具有如下抑制能力该抑制能力与在换能器中用于无源抑制的泡沫的抑制能力一致或者处于其下。
全文摘要
用于有源地抑制声学换能器的方法和装置。本发明涉及一种用于有源地抑制声学换能器的方法。规定通过输送激励脉冲来激励换能器。随后通过输送抑制脉冲来抑制该换能器，该抑制脉冲至少部分地与换能器的振动运动相反。该方法还包括获取步骤，该获取步骤提供对换能器的激励和对换能器的结果得到的当前振动频率的获取。所述抑制脉冲在此在考虑到控制的相位位置和换能器振动的情况下以当前的振动频率来提供。本发明还涉及一种用于执行该方法的装置。
文档编号G01S7/524GK102378094SQ20111022363
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月5日 优先权日2010年8月6日
发明者巴诺 N., 胡夫纳格尔 S., 基尔希纳 T. 申请人:罗伯特·博世有限公司
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