[发明专利]确定飞行时间测量结果及具有减小的死区的距离检测系统

说明书

一种距离检测系统(150)包括具有至少一个超声波元件(105)的超声波换能器(106)和配置为从超声波换能器(106)接收检测信号(172)的接收器(170)。检测信号(172)包括表示超声波换能器(106)的混响的混响分量和表示来自界面的反射声波的反射分量。接收器配置为接收驱动对消信号(174)，驱动对消信号相对于检测信号的混响分量反相。接收器(170)配置为基于检测信号(172)确定飞行时间测量结果，在飞行时间测量结果中，检测信号(172)的混响分量通过驱动对消信号(174)减小。

技术领域

本文主题总体上涉及使用换能器以确定界面与换能器之间的距离的距离检测系统。

背景技术

越来越多的机器被设计带有传感器，该传感器检测物体与可检测的边界之间的距离。例如，车辆使用接近度传感器来确定在车辆的路径内是否存在障碍物，并当识别到障碍物时警告操作者。这些接近度传感器还可以用于自动控制车辆，例如用于避免撞车。一种类型的接近度传感器包括超声波换能器。超声波换能器响应于指定的驱动信号生成声波。声波可以是间歇脉冲或连续传输。声波在存在阻抗不匹配的边界处反射。例如，声波可以被气液界面、气固界面或液固界面反射。反射的声波被超声波换能器检测。声波从超声换能器传播并返回的持续时间可以称为“飞行时间”(TOF)。TOF值用于计算声波传播的距离以及超声波换能器与边界之间的距离。

超声波换能器可以使用一个或多个超声波元件(例如压电元件)，其用于发送声波(在此称为“脉冲波”)并用于检测反射的声波(在此称为“反射波”或“回声”)。在某些超声波换能器中，相同的超声波元件可以以不同的模式操作以发送脉冲波并以检测(或接收)反射波。尽管上述超声波换能器可以准确估计一定的距离范围，但检测较短的距离可能遇到挑战。例如，当脉冲波被距离超声波元件少于十五(15)毫米的界面反射时，可能难以计算距离。

更具体地，由于超声波元件在响应驱动信号，甚至在驱动信号停止之后，因此难以计算距离。驱动信号是激发换能器的电信号。在响应驱动信号的时候，由超声波元件引起的振动生成声波。甚至在驱动信号停止之后，超声波元件继续振动，从而引起由传感器检测到的声波。这种现象称为“振铃(ringing)”或“衰荡(ring-down)”。因此，可能在反射波到达超声波换能器之前检测到来自超声波元件本身的振动。由振动引起的信号使得难以确定是否已接收到任何反射波。

为了解决该问题，超声波换能器通常具有时间窗口(称为“死区”)，在该时间窗口中，任何可检测的声波不被依赖用于计算距离。例如，超声波换能器可以只考虑在驱动信号停止5.0ms之后检测到的声波。减小该窗口可能需要巨大的换能器/电路设计变更，并显著增加成本。即使可以减小衰荡时间，在驱动信号期间仍然存在一段时间，在该时间中，可检测的声波不被考虑。因此，可能无法检测到距离超声波元件一定短距离的边界。

本发明所要解决的问题是：提供一种距离检测系统，其能够在超声波元件响应于驱动信号时或在超声波元件的衰荡期间检测反射声波。

发明内容

上述问题由一种距离检测系统解决，其包括配置为提供驱动信号的信号发生器和具有至少一个超声波元件的超声波换能器。超声波换能器配置为响应于驱动信号发送声波的脉冲。脉冲被导向界面。超声波换能器配置为检测反射声波。距离检测系统还包括接收器，其配置为从超声波换能器接收检测信号。检测信号包括表示超声波换能器的混响的混响分量和表示来自界面的反射声波的反射分量。接收器配置为接收驱动对消信号，该驱动对消信号相对于检测信号的混响分量反相，且其中接收器配置为基于检测信号确定飞行时间测量结果，在该飞行时间测量结果中，检测信号的混响分量通过驱动对消信号减小。

附图说明

现在将参照附图以举例的方式描述本发明，在附图中：

图1示出了根据实施例形成的距离检测系统。

图2是根据实施例形成的距离检测系统的示意图，该距离检测系统可以与图1的距离检测系统相似或相同。