[发明专利]用于多方向测量的超声测量组件

说明书

技术领域

本发明涉及超声测量组件和用于执行超声测量的方法。本发明还涉及用于超声测量组件的超声发射机，以及涉及用于超声测量组件的感测组件。

背景技术

US 6,549,487 B2描述了一种利用声系统以用于确定目标范围、广度以及方向的车辆占有传感器。该系统由用气室谐振器元件的阵列所形成的超声发射机组成，所述气室谐振器元件以对于彼此的相对相位驱动以产生转向声束。在此，光栅扫描能够通过在不同的空间方向上使声束转向而被提供并且能够在不同的空间方向上执行多个测量。换能器阵列被调谐到单个谐振频率以便发射声束。

光栅扫描是需要的，因为超声束对于提供高的角分辨率是相对窄的。这个方法的缺点是当用窄波束来扫描大的角展度时的延迟，因为声束必须以小步长转向通过整个角展度，其中单独的测量被做出。因此，这个标准光栅扫描方法必须以延迟(latency)作为角分辨率的交换。

发明内容

本发明的目标是提供上面所提到的类型的装置和方法，从而使能用于在观察窗口内进行测量的具有小的延迟的超声测量。

在本发明的第一方面中呈现了超声测量组件，所述超声测量组件包括：超声发射机元件，其用于发射超声波；驱动单元，其用于驱动超声发射机元件，其中驱动单元被适配成用同时具有多个不同驱动频率的驱动信号来驱动超声发射机元件；感测单元，其用于感测超声波并且用于响应于感测到的超声波来生成感测信号；以及处理单元，其用于接收感测信号并且用于确定感测信号的频谱。

在本发明的另一个方面中呈现了用于超声测量组件的超声发射机，所述超声发射机包括：超声发射机元件，其用于发射超声波；以及驱动单元，其用于驱动超声发射机元件，其中驱动单元被适配成用同时具有多个不同驱动频率的驱动信号来驱动超声发射机元件。

在本发明的另一个方面中呈现了用于超声测量组件的感测组件，所述感测组件包括：感测单元，其用于感测超声波并且用于响应于感测到的超声波来生成感测信号；以及处理单元，其用于接收感测信号并且用于确定感测信号的频谱。

在本发明的另一个方面中呈现了用于执行超声测量的方法，所述方法包括以下步骤：提供超声发射机元件以用于发射超声波；生成同时具有多个不同驱动频率的驱动信号；用所述驱动信号来驱动至少一个超声发射机元件；感测超声波；响应于感测到的超声波来生成感测信号；以及确定感测信号的频谱。

本发明基于这样的构思：用同时包括多个不同驱动频率的驱动信号来驱动超声发射机元件。作为结果，具有不同超声频率的多个超声波被用经驱动的超声发射机元件同时地生成。基于物理关系，不同频率的那些超声波被发送到不同的角范围中，使得在任何给定角度上，发射的频谱是不同的。位于相对于超声发射机元件的特定角度处的目标因此将反射具有单独的频率成分的超声信号。这个单独的频率成分能够被处理单元用来识别目标的相对角位置。考虑到反射目标的尺寸还将确定被目标反射的频率的范围，反射目标的空间广度也能够被估计。

这个方法的优点是，延迟鉴于现有技术被大大地降低。发射机元件的整个观察窗口能够在一个发射和一个接收步骤中被扫描。从而，超声测量能够被比采用现有光栅扫描方法快许多倍完成。

超声发射机元件形成超声换能器。典型地，超声发射机元件是被交流信号（例如交流电压）驱动的压电元件。超声发射机元件还可以是另一类型的，例如压电陶瓷元件、压电聚合物元件、静电换能器或磁致伸缩换能器。驱动信号因此优选地是同时地随着不同的频率而交替的交流电压，其中不同的频率是叠加的。替换地，驱动信号可以是交流电流，例如以用于驱动磁致伸缩发射机元件或者用于常规扩音器。从而，超声发射机元件形成具有不同空间范围的超声波。频率典型地是在从20 kHz至100 kHz的范围内的频率。更优选地，它们是在30 kHz至80 kHz的范围内。附加地，优选的是生成具有布置在频率的一个紧凑带中的多个驱动频率的驱动信号。替换地，多个频带能够被使用。

此外，必须考虑超声发射机元件包括什么种类的几何结构和超声波被发射到哪一个介质中。对于其的波长相当于或大于超声发射机元件的尺度的超声频率，基本上全方向的波束图案将被创建。对于其的所发射的超声波的波长比超声发射机元件的尺度短得多的频率，波束图案将在向超声发射机元件的正方向上，更特别地在超声发射机元件的发射表面的轴向(on-axis)方向上形成窄波瓣。因此，通过选择各种各样的频率，一些频率将以全方向辐射特性被发射并且一些频率将在窄波束中被发射。在相对于超声发射机元件的轴向方向的各种角度处，所发射的波束的频率响应因此将看起来大不相同。