[发明专利]用于测量对象间距的超声波传感器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测对象的间距的超声波传感器以及用于借助于超声波传感器测量对象间距的方法。

背景技术

DE19507650A1公开了一种超声波传感器，其适用于发送和接收超声波信号。超声波传感器在此具有传感器膜片，该传感器膜片划分为主膜片和两个或多个次膜片。主膜片和次膜片在此匹配于相应的探测任务。传感器膜片的分区段在此确定传感器膜片的阻尼行为并且由此超声波传感器的探测特性。

由文献US3,698,051已知一种用于材料检验的超声波传感器，其盘状地构造并且设有径向缝隙。此外，金属极化层沿圆周方向同心地设置，所述金属极化层对晶体表面的多晶材料的弧形区段设置压电特性。此外，按照文献US3,698,051的传感器在10kHz-500kHz的共振频率下运行。

文献DE19605502C1公开了一种用于间距测量的超声波转换器，其具有阻尼机构，该阻尼机构可以构造为压电元件。超声波转换器首先在发送超声波信号期间无阻尼地振动。在发送超声波信号之后将阻尼机构引导到该膜片并且该阻尼机构使得该膜片受控地处于静止状态。

按照现有技术的超声波传感器不利的是，它们设计用于在几米的作用距离中的对象的检测并且不适用于以相同精度可靠地并且准确地探测小的对象间距、特别是这样的小于20厘米的对象间距。

发明内容

按照本发明的用于检测对象的间距的超声波传感器具有壳体，所述壳体至少部分地以阻尼质量填充。此外，按照本发明的超声波传感器具有膜片，所述膜片能够通过振动产生超声波脉冲。此外，所述膜片适用于探测超声波脉冲的回波。按照本发明的超声波传感器设有压电陶瓷，其与膜片连接并且电接通。压电陶瓷的电接通部包括至少一个电极和至少一个接地电极。与压电陶瓷的电接通可以通过能够导电的胶粘剂建立。所述接通部在此延伸穿过阻尼质量，所述阻尼质量至少部分地填充超声波传感器的壳体。超声波传感器的压电陶瓷划分为至少三个区段，其中，第一区段与接地电极连接。第二区段和第三区段分别通过分离的电极电接通。

压电陶瓷的第二区段构造用于减少膜片的振动。此外，第三区段构造用于检测膜片的振动。

压电陶瓷可以具有至少一个另外的区段，所述至少一个另外的区段构造用于检测膜片的振动和/或用于减少膜片的振动。此外，第一区段、第二区段和第三区段可以分别同心地环绕。

在此可以将这些区段如此相互机械耦合，从而这些区段用作调节回路的测量机构与控制机构。这些区段可以在压电陶瓷中如此构造，使得在压电陶瓷的表面中引入激光中断部。此外，所述中断部可以通过压电陶瓷的刻刮(Ritzen)或通过丝网印刷方法制造。

按照本发明的用于测量对象间距的方法借助于超声波传感器实施，所述超声波传感器包括膜片和压电陶瓷。在此，压电陶瓷划分为至少三个区段，其中，第一区段用作第二区段的和第三区段的承载元件。此外，在第一区段中产生到第二和第三区段的电场。第一区段通过接地电极连接，而第二区段和第三区段分别通过分离的电极连接。按照本发明的方法包括第一方法步骤，根据所述第一方法步骤通过电极电激励第二区段和/或第三区段至压电变形(Piezo-Deformation)并且引起膜片的振动。膜片的振动产生超声波脉冲，其被发送。在另一方法步骤中，通过第三区段检测膜片的振动状态并且测量膜片的偏转。在另一方法步骤中，激励第二区段用于产生对应振动，所述对应振动减少膜片的偏转。振动状态的强度通过振动的至少一个物理参数、例如膜片偏转的幅度或频率表征。在紧接着的方法步骤中，通过膜片接收在上述第一方法步骤中发送的超声波脉冲的回波并且借助于压电陶瓷的第二区段和/或第三区段检测所述回波。在随后的方法步骤中，检测超声波脉冲的在发送超声波脉冲与检测超声波脉冲之间经过的传播时间。根据所求取的传播时间求取待测量的对象间距。

在本发明的一个实施方式中，可以在调整环中实施通过第三区段检测膜片的偏转的方法步骤和借助于第二区段产生对应振动的方法步骤。在此，检测何时膜片的偏转低于阈值。如果低于所述阈值，则结束产生对应振动的方法步骤。

在本发明的另一实施方式中，可以在压电陶瓷中构造另外的区段，所述另外的区段与第二区段和第三区段耦合。在此如此连接所述另外的区段与第二和第三区段，使得所述区段实现调节回路中的测量机构和/或控制机构，所述调节回路减少膜片的偏转。

按照本发明的超声波传感器可以尤其在机动车驾驶辅助系统中用于测量对象间距。