用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元制造技術

用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元(10)，包括：安置在車輛上的殼體(14)；至少三個分立的超聲換能器(12)，設計成用于將具有一致的、在20kHz至400kHz之間的工作頻率的聲波耦出到氣態介質中；和控制單元，所述控制單元設計成用于單獨地操控每個超聲換能器(12)，其中，各兩個直接相鄰的超聲換能器(12)具有間距(A1)，一維超聲換能器單元(10)對于每個超聲換能器(12)具有聲通道(22)，所述聲通道具有分別配屬于恰好一個超聲換能器的輸入開口(24)和輸出開口(26)，所述輸出開口(26)沿著直線布置，直接相鄰的輸出開口(26)的間距(A2)最高相當于氣態介質中的整個波長或波長的一半并且小于相應的間距(A1)，所述輸出開口(26)的面積與所述輸入開口(24)的面積之商具有在0.30至1.2之間的值，并且每個聲通道(22)至少具有相當于所述輸入開口(24)的直徑的長度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元
本專利技術涉及一種用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元，其具有至少三個分立的并且可單獨操控的超聲換能器，用于檢測物體、輪廓或間距。
技術介紹
與工作區域或危險狀況相協調地，用于距離測量的超聲換能器安置在車輛的后側和/或側面和/或前側。用于識別人員和物體的主動警告系統使用各種傳感系統。除了光學攝像系統、無線電和雷達外，也使用向氣態介質、也就是空氣中進行耦出的超聲換能器。由WO2008/135004A1已知一種用于在氣態介質中應用的超聲換能器陣列。該陣列具有分層結構，該分層結構具有在兩個電極結構之間由電介體構成的層，其中，一個電極結構包括多個可獨立尋址的電極元件，由此產生電介體層的局部厚度振動。由US2013/0283918A1已知一種具有改進的近場分辨率的1.5維超聲換能器陣列。在US2014/0283611A1和US6,310,831B1中說明了相控的超聲換能器陣列和自適應或進行補償的控制方法。視車輛的應用領域而定，超聲換能器相對于惡劣的環境影響(例如灰塵、濕氣、腐蝕性化學品)并且相對于機械沖擊或相對于機械劃傷必須是穩健的。為了實現高探測范圍，使用壓電陶瓷、例如鋯鈦酸鉛(PZT)，其與其他壓電材料例如石英、電介體或PVFD相比具有較高的耦合系數。在此，耦合系數是針對機械存儲能量和電存儲能量之間的轉換效率的量度。對于PZT來說，視激發方向而定，這些耦合系數例如在0.3到約0.75的范圍內。視壓電材料的極化方向而定，可以借助交變電壓在壓電體中產生共振的機械振動，這些共振的機械振動視幾何傳播方式而定被稱為平面振動、厚度振動或剪切振動。對于這些振動形式，可以由材料特定的頻率常數來估計壓電體的典型尺寸，這些頻率常數對于預給定頻率下的共振振動來說是必需的。對于PZT，視振動類型而定，這些頻率常數通常在1300kHz*mm至2600kHz*mm之間。因此，由適用于傳感裝置的PZT組成的薄盤針對在平面模式下20kHz至500kHz的激發頻率具有約為4mm至100mm的直徑。由于這種薄盤的電容特性，在相應地極化時能良好地實現低的激發電壓。不值得追求壓電盤的更大厚度。一方面，隨著壓電材料的厚度增加，針對同一頻率范圍必須施加更高的電壓，其很快也處于千伏的范圍內，這意味著更高的安全性耗費。另一方面，壓電體的剛度也隨其厚度改變，這對聲波的接收情況具有直接影響。在將多個超聲換能器應用在相控的至少一維的陣列(phasedarray)中的情況下，還應注意，相鄰的超聲換能器之間的間距不允許大于超聲波的波長，或者優選不大于波長的一半。通過這種間距條件相應地限制了單個換能器的結構尺寸或限制了以超聲換能器的確定的結構形式/尺寸能夠實現的頻率范圍。對于20kHz與500kHz之間的頻率范圍和向空氣中的耦出，例如得出，相鄰換能器之間的最大間距例如在約8.5mm至約0.3mm的量級中。然而，具有由適用于傳感裝置的PZT構成的薄盤的前述換能器由于壓電盤直徑而具有平均大了超過10倍的直徑。
技術實現思路
在該背景下，本專利技術的任務在于，給出一種擴展現有技術的設備。該任務通過一種具有權利要求1的特征的用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元來解決。本專利技術的有利構型是從屬權利要求的內容。根據本專利技術的主題，提供一種用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元。該一維超聲換能器單元包括殼體、至少三個超聲換能器和控制單元，其中，控制單元設計成用于單獨地操控每個超聲換能器，殼體安置在車輛上，每個超聲換能器分別具有換能器殼體、布置在該換能器殼體中的壓電體和布置在換能器殼體的敞開端部處的、用于向氣態介質中進行耦出的聲耦出層，并且每個超聲換能器布置在殼體中的固定位置。每個超聲換能器設計成用于輻射和/或接收具有一致的工作頻率的聲波，其中，聲波的工作頻率處于20kHz至400kHz的范圍內。在殼體中各兩個直接相鄰的超聲換能器從一聲耦出層的中心到一聲耦出層的中心具有最高為10cm或最高為5cm或最高為2cm的間距。一維超聲換能器單元對于每個超聲換能器具有聲通道，其中，每個聲通道具有輸入開口和輸出開口，每個聲耦出層配屬有輸入開口中的恰好一個輸入開口并且這些輸出開口沿著直線布置。輸出開口分別布置在殼體的未與車輛貼靠的壁中，或者聲通道穿過殼體的壁，其中，從一個輸出開口的中心到直接相鄰的輸出開口的中心的間距最高相當于氣態介質中的波長或最高相當于氣態介質中的波長的一半，并且兩個直接相鄰的輸出開口之間的間距分別小于配屬于相應輸入開口的超聲換能器之間的間距。輸出開口的面積與輸入開口的面積之商具有在0.30和1.2之間的值，并且每個聲通道至少具有相當于輸入開口的直徑的長度。顯然，一維超聲換能器單元的超聲換能器是單個的分立構件，其中，每個超聲換能器布置在殼體中并與該殼體連接并因此相對于所有其他超聲換能器具有固定的間距。在此，其間未布置另外的超聲換能器的、并列布置的兩個超聲換能器直接相鄰。顯然，各個聲通道構造為管狀或桿狀的，其中，例如管直徑減小，和/或橫截面的形狀改變，和/或聲通道的走向構造為弧形的。有利地，聲通道在其從聲耦出層直至其輸出開口的整個長度上不具有棱邊。聲通道將由各個超聲換能器產生的聲波從殼體中導出或將反射的聲波導回超聲換能器。因此，在殼體壁上的或殼體外部的輸出開口處通過疊加產生波前。利用多個可單獨操控的超聲換能器，能通過時移或相移的操控產生具有可調整的主傳播方向的波前。通過將聲通道布置在各個超聲換能器前方，在疊加成共同的波前時或為了疊加成共同的波前，將各個聲源移位到聲通道的對應端部或輸出開口處。這使得能夠與各個超聲換能器的尺寸、例如直徑無關地或與各個超聲換能器之間的間距無關地調整各個聲源之間的間距。尤其地，能夠與各個換能器之間的間距相比減小聲源之間的間距。然而，在單個超聲換能器的殼體直徑例如為7mm的情況下，兩個換能器之間的間距至少為14mm。因此，在沒有聲通道的情況下，僅能實現具有頻率最高為22kHz(λ≥14mm)或最高11kHz(λ/2≥14mm)的波前。利用同一超聲換能器僅在借助根據本專利技術的聲通道的情況下才能產生具有較高頻率、即較小波長的波前，因為在疊加時各個“聲源”的間距不是由換能器殼體的尺寸確定，而是僅由聲通道輸出開口的尺寸和間距來確定。此外，通過聲通道確保了精確的、定向的探測。壓電換能器的輻射孔徑、例如具有由壓電體預給定的直徑的圓形孔徑借助聲通道這樣改變，使得其在至少一個維度上滿足所希望的陣列布置的條件。這使得能夠在相控陣列布置中使用穩健、可靠和/或低成本的分立超聲換能器，所述相控陣列布置又能夠實現大視野角度并因此能夠實現對車輛的危險區域的可靠監控。不一定要使用特別小的、例如集成的超聲換能器，例如MEMS。也不需要安置、讀取多個傳感器單元并且不需要在必要時使它們相互協調。根據一個擴展方案，殼體具有可運動的遮蓋設備，其中，該遮蓋設備設計成用于封閉所有聲通道的輸出開口。如果不使用一維超聲換本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元(10)，包括殼體(14)、至少三個超聲換能器(12)和控制單元，其中，/n-所述控制單元設計成用于單獨地操控每個超聲換能器(12)，/n-所述殼體(14)安置在所述車輛(100)上，/n-每個超聲換能器(12)分別具有換能器殼體(18)、布置在所述換能器殼體(18)中的壓電體和布置在所述換能器殼體(18)的敞開端部處的、用于向氣態介質中進行耦出的聲耦出層(20)，并且每個超聲換能器在所述殼體(14)中布置在固定位置，/n-每個超聲換能器(12)設計成用于輻射和/或接收具有一致的工作頻率的聲波，/n-所述聲波的工作頻率處于20kHz至400kHz的范圍中，/n其特征在于，/n-在所述殼體(14)中，各兩個直接相鄰的超聲換能器(12)具有從一聲耦出層(20)的中心到一聲耦出層(20)的中心最高為10cm或最高為5cm或最高為2cm的間距(A1)，/n-所述一維超聲換能器單元(10)對于每個超聲換能器(12)具有聲通道(22)，/n-每個聲通道(22)具有輸入開口(24)和輸出開口(26)，/n-每個聲耦出層(20)配屬有所述輸入開口(24)中的恰好一個輸入開口，/n-所述輸出開口(26)沿著直線布置，/n-所述輸出開口(26)分別布置在所述殼體(14)的未與所述車輛(100)貼靠的壁中，或者所述聲通道(22)穿過所述殼體(14)的未與所述車輛(100)貼靠的壁，/n-從一個輸出開口(26)的中心到直接相鄰的輸出開口(26)的中心的間距(A2)最高相當于氣態介質中的波長，或者最高相當于氣態介質中的波長的一半，/n-其中，兩個直接相鄰的輸出開口(26)之間的間距(A2)分別小于配屬于相應輸入開口(24)的超聲換能器(12)之間的間距(A1)，/n-所述輸出開口(26)的面積與所述輸入開口(24)的面積之商具有在0.30至1.2之間的值，并且/n-每個聲通道(22)至少具有相當于所述輸入開口(24)的直徑的長度。/n...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20180803 DE 102018006130.31.一種用于車輛的危險識別的一維超聲換能器單元(10)，包括殼體(14)、至少三個超聲換能器(12)和控制單元，其中，
-所述控制單元設計成用于單獨地操控每個超聲換能器(12)，
-所述殼體(14)安置在所述車輛(100)上，
-每個超聲換能器(12)分別具有換能器殼體(18)、布置在所述換能器殼體(18)中的壓電體和布置在所述換能器殼體(18)的敞開端部處的、用于向氣態介質中進行耦出的聲耦出層(20)，并且每個超聲換能器在所述殼體(14)中布置在固定位置，
-每個超聲換能器(12)設計成用于輻射和/或接收具有一致的工作頻率的聲波，
-所述聲波的工作頻率處于20kHz至400kHz的范圍中，
其特征在于，
-在所述殼體(14)中，各兩個直接相鄰的超聲換能器(12)具有從一聲耦出層(20)的中心到一聲耦出層(20)的中心最高為10cm或最高為5cm或最高為2cm的間距(A1)，
-所述一維超聲換能器單元(10)對于每個超聲換能器(12)具有聲通道(22)，
-每個聲通道(22)具有輸入開口(24)和輸出開口(26)，
-每個聲耦出層(20)配屬有所述輸入開口(24)中的恰好一個輸入開口，
-所述輸出開口(26)沿著直線布置，
-所述輸出開口(26)分別布置在所述殼體(14)的未與所述車輛(100)貼靠的壁中，或者所述聲通道(22)穿過所述殼體(14)的未與所述車輛(100)貼靠的壁，
-從一個輸出開口(26)的中心到直接相鄰的輸出開口(26)的中心的間距(A2)最高相當于氣態介質中的波長，或者最高相當于氣態介質中的波長的一半，
-其中，兩個直接相鄰的輸出開口(26)之間的間距(A2)分別小于配屬于相應輸入開口(24)的超聲換能器(12)之間的間距(A1)，
-所述輸出開口(26)的面積與所述輸入開口(24)的面積之商具有在0.30至1.2之間的值，并且
-每個聲通道(22...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·奧根施泰因，T·凱因德爾，
申請(專利權)人：倍加福歐洲股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE