DE102012204638A1 - Ultrasonic sensor and method for measuring an object distance - Google Patents

Ultrasonic sensor and method for measuring an object distance Download PDF

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David Bartylla
Thomas Treptow
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor (10) zum Erfassen eines Abstands eines Objekts, mit einem Gehäuse (20) und eine Dämpfungsmasse (21). Diese füllt das Gehäuse (20) zumindest teilweise aus. Der Ultraschallsensor (10) umfasst ferner eine Membran (30), eine Piezokeramik (40) und eine elektrischen Kontaktierung (22). Die elektrische Kontaktierung (22) umfasst mindestens eine Elektrode (23) und eine Masseelektrode (25). Des weiteren ist die Piezokeramik (40) in mindestens drei Segmente (41, 42, 43) geteilt, wobei ein erstes Segment (41) mit der Masseelektrode (25) verbunden ist und ein zweites (42) und drittes Segment (43) jeweils über separate Elektroden (23, 24) kontaktiert sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Messung eines Objektabstands mittels eines Ultraschallsensors (10) mit einer Piezokeramik (40), deren Rückseite (31) ein erstes Segment (41), ein zweites Segment (42) und ein drittes Segment (43) aufweist. Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt, in dem mittels des zweiten Segments (42) in die schwingende Membran (30) eine Gegenschwingung eingebracht wird.The invention relates to an ultrasonic sensor (10) for detecting a distance of an object, having a housing (20) and a damping mass (21). This fills the housing (20) at least partially. The ultrasonic sensor (10) further comprises a membrane (30), a piezoceramic (40) and an electrical contact (22). The electrical contact (22) comprises at least one electrode (23) and a ground electrode (25). Furthermore, the piezoceramic (40) is divided into at least three segments (41, 42, 43), wherein a first segment (41) is connected to the ground electrode (25) and a second (42) and third segment (43) each over separate electrodes (23, 24) are contacted. The invention further relates to a method for measuring an object distance by means of an ultrasonic sensor (10) having a piezoceramic (40) whose rear side (31) has a first segment (41), a second segment (42) and a third segment (43). The method comprises a method step in which a counter-vibration is introduced into the oscillating membrane (30) by means of the second segment (42).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor zum Erfassen eines Abstands eines Objekts und ein Verfahren zur Messung eines Objektabstands mittels eines Ultraschallsensors. The invention relates to an ultrasonic sensor for detecting a distance of an object and a method for measuring an object distance by means of an ultrasonic sensor.

DE 195 07 650 A1 offenbart ein Ultraschallsensor, der geeignet ist Ultraschallsignale auszusenden und zu empfangen. Der Ultraschallsensor weist hierbei eine Sensormembran auf, die in eine Primärmembran und zwei oder mehrere Sekundärmembranen eingeteilt ist. Die Primär- und Sekundärmembrane sind hierbei an die jeweilige Detektionsaufgabe angepasst. Die Segmentierung der Sensormembran bestimmt hierbei das Dämpfungsverhalten der Sensormembran, und damit die Detektionscharakteristik des Ultraschallsensors. DE 195 07 650 A1 discloses an ultrasonic sensor capable of transmitting and receiving ultrasonic signals. The ultrasonic sensor in this case has a sensor membrane, which is divided into a primary membrane and two or more secondary membranes. The primary and secondary membranes are adapted to the respective detection task. The segmentation of the sensor membrane determines the damping behavior of the sensor membrane, and thus the detection characteristic of the ultrasonic sensor.

Aus US 3,698,051 ist ein Ultraschallsensor zur Werkstoffprüfung bekannt, der scheibenförmig ausgebildet ist und mit radialen Schlitzen versehen ist. Ferner sind metallische Polarisationsschichten in Umfangsrichtung konzentrisch ausgebildet, die den Bogensegmenten des polykristallinen Materials der Kristalloberfläche mit Piezo-Eigenschaften versehen. Der Sensor gemäß US 3,698,051 wird des weiteren bei einer Resonanzfrequenz von 10 kHz–500 kHz betrieben. Out US 3,698,051 is an ultrasonic sensor for material testing is known, which is disc-shaped and is provided with radial slots. Further, metallic polarizing layers are concentrically formed in the circumferential direction, which provide the arc segments of the polycrystalline material of the crystal surface with piezoelectric properties. The sensor according to US 3,698,051 is further operated at a resonant frequency of 10 kHz-500 kHz.

DE 196 05 502 C1 offenbart einen Ultraschallwandler zur Abstandsmessung, der er Dämpfungsglied aufweist, das als Piezoelement ausgebildet sein kann. Der Ultraschallwandler schwingt zunächst während eines Aussendes von Ultraschallsignalen ungedämpft. Nach dem Aussenden der Ultraschallsignale wird das Dämpfungsglied an eine Membran herangeführt und bringt diese gesteuert zum Stillstand. DE 196 05 502 C1 discloses an ultrasonic transducer for distance measurement, which he has attenuator, which may be formed as a piezoelectric element. The ultrasound transducer initially oscillates unattenuated during emission of ultrasound signals. After emitting the ultrasonic signals, the attenuator is brought to a membrane and brings them controlled to a halt.

Nachteilig an Ultraschallsensoren gemäß dem Stand der Technik ist, dass diese auf ein Erfassen von Objekten in einer Reichweite von mehreren Metern auslegt sind und nicht geeignet sind, mit gleicher Genauigkeit geringe Objektabstände, insbesondere solche von unter 20 cm, zuverlässig und exakt zu detektieren.A disadvantage of ultrasonic sensors according to the prior art is that they are designed to detect objects in a range of several meters and are not suitable to reliably and accurately detect small object distances, in particular those of less than 20 cm, with the same accuracy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor zum Erfassen eines Abstands eines Objekts weist ein Gehäuse auf, das teilweise mit einer Dämpfungsmasse gefüllt ist. Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Ultraschallsensor eine Membran auf, die in der Lage ist, durch Schwingung einen Ultraschallpuls zu erzeugen. Ferner ist die Membran dazu geeignet, das Echo eines Ultraschallpulses zu detektieren. Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor ist mit einer Piezokeramik ausgestattet, die mit der Membran in Verbindung steht, und elektrisch kontaktiert ist. Die elektrische Kontaktierung der Piezokeramik umfasst mindestens eine Elektrode und eine Masseelektrode. Die elektrische Verbindung mit der Piezokeramik kann durch einen leitfähigen Klebstoff hergestellt werden. Die Kontaktierung erstreckt sich hierbei durch die Dämpfungsmasse, die das Gehäuse des Ultraschallsensors zumindest teilweise ausfüllt. Die Piezokeramik des Ultraschallsensors ist in mindestens drei Segmente eingeteilt, wobei ein erstes Segment mit der Masseelektrode verbunden ist. Ein zweites und ein drittes Segment ist jeweils über eine separate Elektrode elektrisch kontaktiert. The ultrasonic sensor according to the invention for detecting a distance of an object has a housing which is partially filled with a damping mass. Furthermore, the ultrasonic sensor according to the invention has a membrane which is capable of generating an ultrasonic pulse by oscillation. Furthermore, the membrane is suitable for detecting the echo of an ultrasound pulse. The ultrasonic sensor according to the invention is equipped with a piezoceramic, which is in communication with the membrane, and is electrically contacted. The electrical contacting of the piezoceramic comprises at least one electrode and a ground electrode. The electrical connection with the piezoceramic can be produced by a conductive adhesive. The contacting extends through the damping mass, which at least partially fills the housing of the ultrasonic sensor. The piezoceramic of the ultrasonic sensor is divided into at least three segments, wherein a first segment is connected to the ground electrode. A second and a third segment are each electrically contacted via a separate electrode.

Das zweite Segment der Piezokeramik ist zum Reduzieren einer Schwingung der Membran ausgebildet. Ferner ist das dritte Segment zum Erfassen einer Schwingung der Membran ausgebildet. The second segment of the piezoceramic is designed to reduce a vibration of the membrane. Further, the third segment for detecting a vibration of the diaphragm is formed.

Die Piezokeramik kann mindestens ein weiteres Segment umfassen, welches zum Erfassen einer Schwingung und/oder zum Reduzieren einer Schwingung der Membran ausgebildet ist. Das erste, das zweite und das dritte Segment können sich des Weiteren jeweils konzentrisch umschließen.The piezoceramic may comprise at least one further segment, which is designed to detect a vibration and / or to reduce a vibration of the membrane. The first, the second and the third segments may each further surround concentrically.

Dabei können die Segmente mechanisch derart zueinander gekoppelt sein, so dass diese als Mess- und Steuerglieder eines Regelkreises dienen. Die Segmente können in der Piezokeramik derart ausgebildet sein, dass in der Oberfläche der Piezokeramik eine gelaserte Unterbrechnung eingebracht ist. Die Unterbrechung kann ferner durch ein Ritzen der Piezokeramik oder durch ein Siebdruckverfahren hergestellt werden.In this case, the segments can be mechanically coupled to one another in such a way that they serve as measuring and control members of a control loop. The segments may be formed in the piezoceramic such that a lasered interruption is introduced in the surface of the piezoceramic. The interruption can also be produced by scratching the piezoceramic or by a screen printing process.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung eines Objektabstandes wird mittels eines Ultraschallsensors durchführt, der eine Membran und eine Piezokeramik umfasst. Dabei ist die Piezokeramik in mindestens drei Segmente eingeteilt, wobei ein erstes Segment als Trägerelement für ein zweites und drittes Segment dient. Ferner entsteht im ersten Segment ein elektrisches Feld zum zweiten und dritten Segment. Das erste Segment ist über eine Masseelektrode elektrisch verbunden und das zweite und dritte Segment jeweils über eine separate Elektrode. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Verfahrensschritt, wonach das zweite und/oder dritte Segment elektrisch über die Elektroden zu einer Piezo-Deformation angeregt werden und eine Schwingung der Membran bewirkt wird. Die Schwingung der Membran erzeugt einen Ultraschallpuls, der ausgesandt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Schwingungszustand der Membran durch das dritte Segment erfasst und die Auslenkung der Membran vermessen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das zweite Segment angeregt, um eine Gegenschwingung zu erzeugen, welche die Auslenkung der Membran reduziert. Eine Intensität des Schwingungszustands wird durch mindestens einen physikalische Parameter einer Schwingung, beispielsweise Amplitude oder Frequenz einer Auslenkung der Membran, charakterisiert. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt wird das Echo des im oben beschriebenen ersten Verfahrensschritt ausgesandten Ultraschallimpulses über die Membran aufgenommen und mittels des zweiten und/oder dritten Segments der Piezokeramik erfasst. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird die zwischen der Aussendung des Ultraschallpulses und der Erfassung des Ultraschallpuls vergangene Laufzeit des Ultraschallpulses erfasst. Anhand der ermittelten Laufzeit wird der zu messende Objektabstand ermittelt. The method according to the invention for measuring an object distance is carried out by means of an ultrasound sensor comprising a membrane and a piezoceramic. In this case, the piezoceramic is divided into at least three segments, wherein a first segment serves as a carrier element for a second and third segment. Furthermore, an electric field is produced in the first segment for the second and third segments. The first segment is electrically connected via a ground electrode and the second and third segments each have a separate electrode. The method according to the invention comprises a first method step, according to which the second and / or third segment are electrically excited via the electrodes to a piezo-deformation and a vibration of the membrane is effected. The vibration of the membrane generates an ultrasonic pulse that is emitted. In a further method step, a vibration state of the membrane is detected by the third segment and the deflection of the membrane is measured. In a further method step, the second segment is excited, to create a counter-vibration that reduces the deflection of the diaphragm. An intensity of the vibration state is characterized by at least one physical parameter of a vibration, for example amplitude or frequency of deflection of the diaphragm. In a subsequent method step, the echo of the ultrasound pulse emitted in the above-described first method step is received over the membrane and detected by means of the second and / or third segment of the piezoceramic. In a subsequent method step, the transit time of the ultrasound pulse which elapsed between the emission of the ultrasound pulse and the detection of the ultrasound pulse is detected. Based on the determined running time, the object distance to be measured is determined.

In einer Ausführungsform der Erfindung können der Verfahrensschritt, in dem die Auslenkung der Membran durch das dritte Segment erfasst wird, und der Verfahrensschritt, in dem mittels des zweiten Segments eine Gegenschwingung erzeugt wird, in einer Abgleichschleife durchgeführt werden. Dabei wird erfasst, wenn die Auslenkung der Membran einen Schwellwert unterschreitet. Wird der Schwellwert unterschritten, so wird der Verfahrensschritt, in dem eine Gegenschwingung erzeugt wird, beendet.In one embodiment of the invention, the method step, in which the deflection of the diaphragm is detected by the third segment, and the method step, in which a counter-vibration is generated by means of the second segment, can be carried out in a balancing loop. It is detected when the deflection of the membrane falls below a threshold value. If the threshold value is undershot, then the method step in which a countervibration is generated ends.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in der Piezokeramik ein weiteres Segment ausgebildet sein, das mit dem zweiten und dritten Segment gekoppelt ist. Das weitere Segment ist hierbei mit dem zweiten und dritten Segment derart verbunden, dass diese Mess- und/oder Steuerglieder in einem Regelkreis, der die Auslenkung der Membran reduziert, darstellen.In a further embodiment of the invention, a further segment can be formed in the piezoceramic, which is coupled to the second and third segments. The further segment is in this case connected to the second and third segments such that these measuring and / or control elements in a control loop, which reduces the deflection of the membrane represent.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor kann insbesondere in einem Fahrassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs zur Messung eines Objektabstandes eingesetzt werden. The ultrasonic sensor according to the invention can be used in particular in a driver assistance system of a motor vehicle for measuring an object distance.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor weist eine Piezokeramik auf, die in mindestens drei Segmente eingeteilt ist. In vorteilhafter Weise sind die Segmente der Piezokeramik funktional voneinander entkoppelt und können unabhängig vom Betriebszustand eines anderen Segments eine separate Funktion erfüllen. Die segmentierte Piezokeramik erlaubt, unmittelbar nach Aussenden eines Ultraschallpulses durch Anregung des zweiten und/oder dritten Segments, über das dritte Segment die Auslenkung der Membran zu erfassen. Ferner kann das zweite Segment gezielt angeregt werden, um eine Gegenschwingung zu erzeugen, welche die bereits vorhandende Schwingung der Membran teilweise tilgt und somit die Auslenkung der Membran herabsetzt. Im erfindungsgemäßen Ultraschallsensor kann einem Nachschwingen der Membran unmittelbar nach Aussenden eines Ultraschallpulses entgegengewirkt werden. Durch die funktionale Trennung des zweiten und dritten Segments können eine Vermessung der Auslenkung der Membran und ein Gegenwirken ununterbrochen und gleichzeitig durchgeführt werden. Das Erfassen der Auslenkung der Membran und das Erzeugen von Gegenschwingungen kann hierbei permanent über eine Abgleichschleife koordiniert werden. Das zweite und dritte Segment der Piezokeramik wirken als Mess- und Steuerglieder eines Regelkreises, der ein Nachschwingen der Membran schnell minimiert. The ultrasonic sensor according to the invention has a piezoceramic, which is divided into at least three segments. Advantageously, the segments of the piezoceramic are functionally decoupled from each other and can fulfill a separate function regardless of the operating state of another segment. The segmented piezoceramic allows, immediately after emitting an ultrasonic pulse by excitation of the second and / or third segment, to detect the deflection of the membrane via the third segment. Furthermore, the second segment can be excited in a targeted manner in order to generate a countervibration which partially eliminates the already existing vibration of the diaphragm and thus reduces the deflection of the diaphragm. In the ultrasonic sensor according to the invention, a ringing of the membrane can be counteracted immediately after the emission of an ultrasonic pulse. Due to the functional separation of the second and third segments, a measurement of the deflection of the membrane and counteracting can be carried out continuously and simultaneously. The detection of the deflection of the membrane and the generation of countervibrations can hereby be permanently coordinated via a balancing loop. The second and third segments of the piezoceramic act as measuring and control elements of a control loop, which quickly minimizes ringing of the membrane.

Das schnelle Minimieren der Auslenkung der Membran beim Nachschwingen bewirkt, dass die Membran nach kurzer Zeit wieder in der Lage ist, ein Ankommen eines Echos eines Ultraschallpulses an der Membran zu erfassen. Hierdurch können auch Ultraschallpulse, die nur eine geringe Laufzeit aufweisen, zuverlässig und exakt für eine Messung eines Objektabstandes eingesetzt werden. Die Erfindung erlaubt somit, die Mindestreichweite eines Ultraschallsensors zu verringern. Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor kann als Sensor für niedrige Objektabstände eingesetzt werden. Hierdurch können bei Anwendungen, in denen sowohl hohe als auch niedrige Objektabstände gemessen werden müssen, beispielsweise bei einem Fahrassistenzsystem eines Kraftfahrzeuges, separate Nahdistanzsensoren eingespart werden.The rapid minimization of the deflection of the membrane during ringing causes the membrane after a short time is again able to detect an arrival of an echo of an ultrasonic pulse to the membrane. As a result, it is also possible to use ultrasonic pulses which have only a short transit time reliably and accurately for a measurement of an object distance. The invention thus makes it possible to reduce the minimum range of an ultrasonic sensor. The ultrasonic sensor according to the invention can be used as a sensor for low object distances. As a result, in applications in which both high and low object distances must be measured, for example in a driver assistance system of a motor vehicle, separate proximity sensors are saved.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors kann ein weiteres Segment in der Piezokeramik vorgesehen sein, welches zum Erfassen einer Schwingung und/oder zum Reduzieren einer Schwingung der Membran geeignet ist. Ein weiteres Segmentieren der Piezokeramik erlaubt, eine Vielzahl von messenden Segmenten auszubilden, deren Messsignale miteinander verglichen werden können und somit die Genauigkeit der Messung der Auslenkung der Membran erhöhen. Ferner erlaubt eine weitere Segmentierung der Piezokeramik, gleichmäßig verteilte Anregungssegmente auszubilden, die in der Lage sind, schnell eine Nachschwingung der Membran zu reduzieren. Hierdurch wird die Zeit, bis die Membran wieder in der Lage ist, ein Echo eines Ultraschallpulses zu erfassen, weiter reduziert.In one embodiment of the ultrasonic sensor according to the invention, a further segment may be provided in the piezoceramic, which is suitable for detecting a vibration and / or for reducing a vibration of the membrane. Further segmentation of the piezoceramic allows to form a plurality of measuring segments whose measuring signals can be compared with each other and thus increase the accuracy of the measurement of the deflection of the membrane. Furthermore, a further segmentation of the piezoceramic makes it possible to form uniformly distributed excitation segments which are capable of rapidly reducing reverberation of the membrane. As a result, the time until the membrane is again able to detect an echo of an ultrasonic pulse, further reduced.

Ferner erlaubt die Erfindung, die Bedämpfung der Membran zu reduzieren, wodurch bei gleichbleibender Anregung der Membran eine höhere Auslenkung der Membran erzeugt wird. Dies ermöglicht das Erzeugen hoher Schalldrücke, wodurch hohe Sensorreichweiten möglich sind. Ferner erlaubt eine reduzierte Bedämpfung der Membran, mit dieser schwache Anregungen zu detektieren und mittels der Piezokeramik zu erfassen. Der Erfassungsbereich von Abstandssensoren in Kraftfahrzeugen, insbesondere solchen, die zu Side-View-Assist-Anwendungen gehören, wird durch die Erfindung verbessert. Furthermore, the invention allows to reduce the damping of the membrane, whereby a higher deflection of the membrane is produced with constant excitation of the membrane. This allows the generation of high sound pressure, whereby high sensor ranges are possible. Furthermore, a reduced attenuation of the membrane allows to detect with this weak excitations and to detect them by means of the piezoceramic. The range of detection of distance sensors in motor vehicles, in particular those which are used for side-view Applications include improved by the invention.

Ferner sind die Segmente vorteilhafterweise mechanisch miteinander gekoppelt und sind als Mess- und Steuerglieder eines Regelkreises ausgebildet. Die Segmente sind Teile der gleichen Piezokeramik und beruhen als Messfühler und Aktoren auf dem gleichen physikalischen Prinzip Wird während des Nachschwingens der Membran ein Ultraschallecho erfasst, kann durch das Sensieren mittels des dritten Segments das Nachschwingen aus der erfassten Auslenkung der Membran nach dem Eintreffen des Ultraschallechos rechnerisch herausgefiltert werden. Hierdurch wird die Messgenauigkeit des Ultraschallsensors verbessert. Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor erlaubt des Weiteren eine regelungstechnisch einfache Umsetzung. Des Weiteren erlaubt die Einbindung des zweiten und dritten Segments in einen Regelkreis, dass das Regelungsverhalten der Segmente in einfacher Art und Weise an unterschiedliche Einsatzerfordernisse angepasst werden kann. Die Erfindung verbessert folglich das Einsatzspektrum von Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung.Furthermore, the segments are advantageously mechanically coupled together and are designed as measuring and control elements of a control loop. The segments are parts of the same piezoceramic and are based on the same physical principle as sensors and actuators If an ultrasonic echo is detected during the ringing of the membrane, the ringing from the detected deflection of the membrane after the arrival of the ultrasonic echo can be calculated by the sensing by means of the third segment be filtered out. As a result, the measurement accuracy of the ultrasonic sensor is improved. The ultrasonic sensor according to the invention further allows a simple control technology implementation. Furthermore, the integration of the second and third segments in a control loop allows the control behavior of the segments to be easily adapted to different application requirements. The invention thus improves the range of use of ultrasonic sensors for distance measurement.

Ferner können die Segmente auf einer Oberfläche der Piezokeramik durch gelaserte Unterbrechungen ausgearbeitet werden. Eine Laserbearbeitung kann mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden und kann einfach in eine Fertigungskette eingefügt werden. Alternativ können die Unterbrechungen durch Ritzen oder ein Siebdruckverfahren hergestellt werden. Ritzen und Siebdruckverfahren sind Fertigungsschritte, die einfach in eine Fertigungskette integriert werden können. Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor erlaubt somit, eine Reduzierung der Mindestreichweite mit relativ einfachen Mitteln zu erreichen. Gleichermaßen erfordert der erfindungsgemäße Ultraschallsensor, dass jedes Segment über eine separate Elektrode angesteuert wird. Elektroden können in einfacher Art und Weise in einem Herstellungsverfahren eingebracht werden.Furthermore, the segments on a surface of the piezoceramic can be prepared by lasered interruptions. Laser processing can be performed at high speed and can easily be incorporated into a manufacturing chain. Alternatively, the breaks may be made by scribing or screen printing. Cracks and screen printing processes are production steps that can be easily integrated into a production chain. The ultrasonic sensor according to the invention thus makes it possible to achieve a reduction of the minimum range with relatively simple means. Similarly, the ultrasonic sensor according to the invention requires that each segment is driven by a separate electrode. Electrodes can be easily incorporated in a manufacturing process.

Des weiteren erlaubt die Erfindung durch das aktive Einleiten von Gegenschwingungen der Membran, die elektrischen Beanspruchungen der Membran während des Betriebs zu reduzieren. Hierdurch wird die Lebensdauer des Ultraschallsensors erhöht. Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor infolge der geringen Dämpfung der Membran auf einen Übertrager verzichtet werden. Dabei wird die Anzahl an Bauelementen des Ultraschallsensors reduziert, dessen Fertigung vereinfacht und Bauraum eingespart.Further, by actively introducing counter vibrations of the membrane, the invention allows to reduce the electrical stresses on the membrane during operation. As a result, the life of the ultrasonic sensor is increased. Furthermore, in the case of an ultrasonic sensor according to the invention, a transformer can be dispensed with as a result of the low attenuation of the diaphragm. In this case, the number of components of the ultrasonic sensor is reduced, simplifies its manufacture and saves installation space.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1: Draufsicht auf eine Piezokeramik nach dem Stand der Technik 1 : Top view of a piezoceramic according to the prior art

2: Schematische Darstellung eines Ultraschallsensors im Querschnitt 2 : Schematic representation of an ultrasonic sensor in cross section

3: Schematische Darstellung einer Piezokeramik eines erfindungsgemäßen 3 : Schematic representation of a piezoceramic of an inventive

Ultraschallsensorsultrasonic sensor

4: Schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Piezokeramik eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 4 : Schematic representation of an embodiment of a piezoceramic of an ultrasonic sensor according to the invention

5: Schematische Darstellung einer Piezokeramik eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 5 : Schematic representation of a piezoceramic of an ultrasonic sensor according to the invention

6: Schematische Darstellung einer Piezokeramik eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 6 : Schematic representation of a piezoceramic of an ultrasonic sensor according to the invention

7: Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung eines Objektabstands 7 : Schematic representation of the method according to the invention for measuring an object distance

In 1 ist eine Piezokeramik 40 gemäß dem Stand der Technik abgebildet. Die Piezokeramik 40 weist eine Oberfläche 60 auf, die durch den Rand 70 begrenzt ist. Die Piezokeramik 40 ist auf ihre Oberfläche 60 in ein erstes Segment 41 und ein zweites Segment 42 eingeteilt. Dabei umschließt das erste Segment 41 das zweite Segment 42 ringartig. Das erste Segment 41 ist elektrisch über eine Masseelektrode 25, die Teil der elektrischen Kontaktierung 22 ist, elektrisch angeschlossen. Das zweite Segment 42 ist über eine separate Elektrode 23 elektrisch kontaktiert. In 1 is a piezoceramic 40 imaged according to the prior art. The piezoceramic 40 has a surface 60 on that by the edge 70 is limited. The piezoceramic 40 is on her surface 60 in a first segment 41 and a second segment 42 assigned. This encloses the first segment 41 the second segment 42 like a ring. The first segment 41 is electrically via a ground electrode 25 that part of the electrical contact 22 is electrically connected. The second segment 42 is via a separate electrode 23 electrically contacted.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 2 ist ein Ultraschallsensor im Querschnitt dargestellt. Der Ultraschallsensor 10 umfasst ein Gehäuse 20, welches teilweise mit einer Dämpfungsmasse 21 gefüllt ist. An einem Ende des Gehäuses 20 ist eine Membran 30 ausgebildet, die in der Lage ist, durch Schwingung Ultraschallpulse zu erzeugen. Ferner ist die Membran 30 geeignet, Echos von Ultraschallpulsen aufzunehmen und zu erfassen. Auf einer Rückseite 31 der Membran 30 ist eine Piezokeramik 40 angebracht, welche in der Lage ist, durch elektrische Anregung die Membran 30 zu Schwingungen anzuregen. Ferner ist die Piezokeramik 40 geeignet, Schwingungen der Membran 30 zu detektieren und in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Dämpfungsmasse 21, die das Gehäuse 20 teilweise ausfüllt, schließt hierbei die Piezokeramik 40 ein. Die Piezokeramik 40 ist über eine elektrische Kontaktierung 22 verbunden, welche es erlaubt, den Ultraschallsensor 10 elektrisch anzuschließen und anzusteueren. Die elektrische Kontaktierung 22 erstreckt sich hierbei durch die Dämpfungsmasse 21. In 2 an ultrasonic sensor is shown in cross-section. The ultrasonic sensor 10 includes a housing 20 , which partially with a damping mass 21 is filled. At one end of the housing 20 is a membrane 30 formed, which is capable of generating ultrasonic pulses by vibration. Further, the membrane 30 suitable to record and detect echoes of ultrasound pulses. On a back 31 the membrane 30 is a piezoceramic 40 attached, which is capable of by electrical excitation of the membrane 30 to stimulate vibrations. Furthermore, the piezoceramic is 40 suitable, vibrations of the membrane 30 to detect and convert into an electrical signal. The damping mass 21 that the case 20 partially fills, here closes the piezoceramic 40 one. The piezoceramic 40 is via an electrical contact 22 connected, which allows the ultrasonic sensor 10 electrically connect and drive. The electrical contact 22 extends through the damping mass 21 ,

In 3 ist eine Draufsicht einer Piezokeramik einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors abgebildet. Die Oberfläche 60 der Piezokeramik 40 ist durch einen Rand 70 begrenzt. Das erste Segment 41 auf der Oberfläche 60 der Piezokeramik 40 umschließt das zweite 42 und dritte Segment 43 ringartig. Das zweite Segment 42 und das dritte Segment 43 sind benachbart angeordnet und dienen jeweils zum Reduzieren einer Schwingung der Membran 30 des Ultraschallsensors 10 oder zum Erfassen einer Schwingung der Membran 30. Hierzu sind das zweite Segment 42 und das dritte Segment 43 jeweils über separate Elektroden 23, 24 elektrisch kontaktiert. Der Masseanschluss der Piezokeramik 40 erfolgt über eine Masseelektrode 25, die in einem Masseanschlussbereich 45 mit der Piezokeramik 40 verbunden ist. Das erste Segment 41, das zweite Segment 42 und das dritte Segment 43 sind jeweils durch gelaserte Unterbrechungen 50 voneinander getrennt, welche auf der Oberfläche 60 der Piezokeramik 40 ausgebildet sind. In 3 is a plan view of a piezoelectric ceramic of an advantageous embodiment of the ultrasonic sensor according to the invention shown. The surface 60 the piezoceramic 40 is by a border 70 limited. The first segment 41 on the surface 60 the piezoceramic 40 encloses the second 42 and third segment 43 like a ring. The second segment 42 and the third segment 43 are arranged adjacent and each serve to reduce a vibration of the membrane 30 of the ultrasonic sensor 10 or for detecting a vibration of the membrane 30 , These are the second segment 42 and the third segment 43 each via separate electrodes 23 . 24 electrically contacted. The ground connection of the piezoceramic 40 via a ground electrode 25 that in a ground connection area 45 with the piezoceramic 40 connected is. The first segment 41 , the second segment 42 and the third segment 43 are each by lasered breaks 50 separated from each other, which on the surface 60 the piezoceramic 40 are formed.

In 4 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der Piezokeramik 40 des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 10 dargestellt. Darin weist die Oberfläche 60 der Piezokeramik 40 ein erstes Segment 41, eine zweites Segment 42 und ein drittes Segment 43 auf. Dabei umschließt das erste Segment 41 das dritte Segment 43 ringförmig, welches wiederum das zweite Segment 42 ringförmig umschließt. Die Segmente 41, 42, 43 sind hierbei im Wesentlichen konzentrisch angeordnet. Das zweite Segment 42 ist im Wesentlichen im Zentrum der Piezokeramik 40 angeordnet, wo die Schwingung der Membran 30 die größte Amplitude aufweist. Gegenschwingungen, die durch das zweite Segment 42 eingeleitet werden, reduzieren die Auslenkung der Membran 30 stark. Das dritte Segment 43 ist ein einem Bereich der Oberfläche 60 der Piezokeramik angebracht, in den die Schwingung der Membran 30 eine mittlere Amplitude aufweist. Bei einer mittleren Amplitude werden vom dritten Segment 43 derart hohe Messausschläge registriert, die eine hohe Messgenauigkeit gewährleisten, dabei jedoch nicht den gesamten Arbeitsbereich des dritten Segments 43 ausschöpfen. Das erste Segment 41 dient als Massenanschluss der Piezokeramik 40, welcher über eine Masseelektrode 25 gewährleistet wird, die in einem Masseanschlussbereich 45 mit der Piezokeramik 40 verbunden ist.In 4 is an advantageous embodiment of the piezoceramic 40 of the ultrasonic sensor according to the invention 10 shown. This indicates the surface 60 the piezoceramic 40 a first segment 41 , a second segment 42 and a third segment 43 on. This encloses the first segment 41 the third segment 43 annular, which in turn is the second segment 42 encloses annularly. The segments 41 . 42 . 43 are arranged substantially concentric. The second segment 42 is essentially in the center of the piezoceramic 40 arranged where the vibration of the membrane 30 has the largest amplitude. Backlash caused by the second segment 42 are initiated, reduce the deflection of the membrane 30 strongly. The third segment 43 is an area of the surface 60 the piezoceramic attached, in which the vibration of the membrane 30 has a mean amplitude. At a mean amplitude are from the third segment 43 recorded such high measurement rashes, which ensure a high accuracy, but not the entire work area of the third segment 43 exploit. The first segment 41 serves as a ground connection of the piezoceramic 40 , which has a ground electrode 25 ensures that in a ground connection area 45 with the piezoceramic 40 connected is.

In 5 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Piezokeramik 40 eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 20 dargestellt. Die Oberfläche 60 der Piezokeramik 40 ist in ein erstes Segment 41, ein zweites Segment 42, ein drittes Segment 43 und ein weiteres Segment 44 eingeteilt, das weitere Segment 44 ist über eine zusätzliche Elektrode 26 elektrisch angeschlossen. Das zweite Segment 42 und das weitere Segment 44 sind im Wesentlichen kongruent und erstrecken sich vom Zentrum der Piezokeramik 40 in einen Randbereich 70, der durch das erste Segment 41 definiert ist. Hierdurch können das zweite Segment 42 und das weitere Segment 44 die Membran 30 in einem weiten radialen Bereich sensieren bzw. anregen. Werden sowohl das zweite Segment 42 als auch das weitere Segment 44 zum Erfassen einer Schwingung der Membran 30 eingesetzt, erlaubt die kongruente Form des zweiten Segments 42 und des weiteren Segments 44, einen unmittelbaren Vergleich derer Messsignale.In 5 is a further advantageous embodiment of the piezoceramic 40 an ultrasonic sensor according to the invention 20 shown. The surface 60 the piezoceramic 40 is in a first segment 41 , a second segment 42 , a third segment 43 and another segment 44 divided, the further segment 44 is via an additional electrode 26 electrically connected. The second segment 42 and the other segment 44 are essentially congruent and extend from the center of the piezoceramic 40 in a border area 70 passing through the first segment 41 is defined. This allows the second segment 42 and the other segment 44 the membrane 30 sense or excite in a wide radial range. Become both the second segment 42 as well as the further segment 44 for detecting a vibration of the membrane 30 used, allows the congruent shape of the second segment 42 and the other segment 44 , a direct comparison of these measurement signals.

6 zeigt schematisch eine Draufsicht einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Piezokeramik 40 des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors. Darin ist die Oberfläche 60 einer Piezokeramik 40 in ein erstes Segment 41, ein zweites Segment 42, ein drittes Segment 43 und ein weiteres Segment 44 eingeteilt. Die Segmente 41, 42, 43, 44 sind durch gelaserte Unterbrechungen 50 auf der Oberfläche 60 der Piezokeramik 40 gebildet. Das erste Segment 41 umschließt ringförmig das dritte Segment 43, welches wiederum ringförmig das zweite Segment 42 und das weitere Segment 44 umschließt. Das zweite Segment 42 und das weitere Segment 44 sind im Wesentlichen kongruent ausgebildet. Ferner ist das erste Segment 41 mit einer Masseelektrode 25 elektrisch kontaktiert, und das zweite Segment 42, das dritte Segment 43 und das weitere Segment 44 jeweils über separate Elektroden 23, 24, 26 elektrisch angeschlossen. Das zweite Segment 42, welches sich im wesentlichen im Zentrum der Piezokeramik 40 befindet, ist in der Lage, im Bereich der größten Schwingungsamplitude der Membran 30 eine Gegenschwingung einzuleiten, und dadurch die Schwingung der Membran 30 schnell zu tilgen. Das dritte Segment 43 umschließt im Wesentlichen ringförmig das Zentrum der Piezokeramik 40 und erstreckt sich bis in einen Randbereich 70 der Piezokeramik 40, welcher durch das erste Segment 41 definiert ist. Das dritte Segment 43 erlaubt, die Schwingung der Membran 30 in einen Bereich zu sensieren, in dem die Schwingungsamplitude der Membran 30 eine Größenordnung erreicht, in der eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet ist, jedoch nicht der vollständige Arbeitsbereich des dritten Segments 43 ausgeschöpft wird. Wird das weitere Segment 44 als Messglied eingesetzt, so kann die Auslenkung der Membran 30 exakter erfasst werden als nur mit einem einzigen Messglied. Wird das weitere Segment 44 als Steuerglied eingesetzt, so können im Zusammenspiel mit dem zweiten Segment 42 effizient Gegenschwingungen in die Membran 30 eingebracht werden. Hierdurch wird die Zeit, in der die Auslenkung der Membran 30 minimiert wird, reduziert. 6 schematically shows a plan view of another advantageous embodiment of the piezoceramic 40 of the ultrasonic sensor according to the invention. Therein is the surface 60 a piezoceramic 40 in a first segment 41 , a second segment 42 , a third segment 43 and another segment 44 assigned. The segments 41 . 42 . 43 . 44 are by lasered interruptions 50 on the surface 60 the piezoceramic 40 educated. The first segment 41 surrounds the third segment annularly 43 , which in turn ring the second segment 42 and the other segment 44 encloses. The second segment 42 and the other segment 44 are essentially congruent. Further, the first segment 41 with a ground electrode 25 electrically contacted, and the second segment 42 , the third segment 43 and the other segment 44 each via separate electrodes 23 . 24 . 26 electrically connected. The second segment 42 which is essentially in the center of the piezoceramic 40 is capable of being in the range of the largest vibration amplitude of the membrane 30 to initiate a counter-vibration, and thereby the vibration of the membrane 30 to pay off quickly. The third segment 43 encloses substantially annularly the center of the piezoceramic 40 and extends to a border area 70 the piezoceramic 40 passing through the first segment 41 is defined. The third segment 43 allowed the vibration of the membrane 30 to sense in an area where the vibration amplitude of the membrane 30 achieved an order of magnitude in which a high accuracy of measurement is ensured, but not the entire working range of the third segment 43 is exhausted. Will the other segment 44 used as a measuring element, so the deflection of the membrane 30 be detected more accurately than with a single measuring element. Will the other segment 44 used as a control element, so in interaction with the second segment 42 efficiently counter vibrations in the membrane 30 be introduced. This will determine the time in which the deflection of the membrane 30 is minimized, reduced.

In 7 ist schematisch der Ablauf des einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung eines Objektabstands mittels eines Ultraschallsensors abgebildet. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird die Membran 30 durch Anregen des zweiten 42 und/oder dritten Segments 43 zu einer Schwingung angeregt und ein Ultraschallpuls erzeugt. Darauf wird in einem zweiten Verfahrensschritt 120 die Auslenkung der Membran 30 durch das dritte Segment 43 der Piezokeramik 40 erfasst. In einem weiteren Verfahrensschritt 130 wird das zweite Segment 42 zum Erzeugen einer Gegenschwingung angeregt, welcher die Schwingung der Membran 30 tilgt. Hierbei wird die Auslenkung der Membran 30 reduziert. Der zweite Verfahrensschritt 120 und der dritte Verfahrensschritt 130 sind durch eine Abgleichschleife 160 miteinander gekoppelt. In der Abgleichschleife 160 wird überprüft, ob die Auslenkung der Membran 30 einen Schwellwert unterschreitet. Wird der Schwellwert unterschritten, so ist die Schwingung der Membran 30 derart niedrig, dass diese in der Lage ist, ein Echo eines Ultraschallpulses zu registrieren. Der zweite Verfahrensschritt 120 und der dritte Verfahrensschritt 130 werden durch die Abgleichschleife solange wiederholt, bis der Schwellwert unterschritten ist. Der zweite 120 und der dritte Verfahrensschritt 130 bilden zusammen mit der Abgleichschleife 160 einen Regelkreis 170. Nach Ausleiten des dritten Verfahrensschrittes 130 wird in einem vierten Verfahrensschritt 140 das Echo des im ersten Verfahrensschritt ausgesandten Ultraschallpulses 110 über die Membran 30 erfasst. In 7 is schematically illustrated the sequence of an advantageous embodiment of the method according to the invention for measuring an object distance by means of an ultrasonic sensor. In a first process step 110 becomes the membrane 30 by stimulating the second 42 and / or third segment 43 excited to a vibration and generates an ultrasonic pulse. This is in a second step 120 the deflection of the membrane 30 through the third segment 43 the piezoceramic 40 detected. In a further process step 130 becomes the second segment 42 for generating a counter-vibration, which determines the vibration of the membrane 30 blotted out. Here, the deflection of the membrane 30 reduced. The second process step 120 and the third process step 130 are through a balance loop 160 coupled together. In the adjustment loop 160 it checks if the deflection of the membrane 30 falls below a threshold. If the threshold is undershot, then the vibration of the membrane 30 so low that it is able to register an echo of an ultrasonic pulse. The second process step 120 and the third process step 130 are repeated by the adjustment loop until the threshold is undershot. The second 120 and the third process step 130 make up together with the matching loop 160 a control loop 170 , After discharging the third process step 130 is in a fourth process step 140 the echo of the emitted in the first step ultrasonic pulse 110 over the membrane 30 detected.

Das von der Membran 30 aufgenommene Echo des im ersten Verfahrensschritt ausgesandten Ultraschallpulses wird durch das zweite 42 und/oder dritte Segment 43 der Piezokeramik 40 hierbei in einen Messwert umgewandelt. In einem darauf folgenden fünften Verfahrensschritt 150 wird die verstrichene Zeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallpulses im ersten Verfahrensschritt 110 und dem Aufnehmen des Echos des Ultraschallpulses im vierten Verfahrensschritt 140 ermittelt. Aus der verstrichenen Zeit ergibt sich eine Laufzeit des Ultraschallpulses, anhand der der Abstand eines Objektes ermittelt werden kann. That of the membrane 30 recorded echo of the emitted in the first step ultrasonic pulse is by the second 42 and / or third segment 43 the piezoceramic 40 converted into a measured value. In a subsequent fifth process step 150 becomes the elapsed time between the emission of the ultrasonic pulse in the first process step 110 and recording the echo of the ultrasonic pulse in the fourth method step 140 determined. From the elapsed time results in a duration of the ultrasonic pulse, based on the distance of an object can be determined.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19507650 A1 [0002] DE 19507650 A1 [0002]
  • US 3698051 [0003, 0003] US 3698051 [0003, 0003]
  • DE 19605502 C1 [0004] DE 19605502 C1 [0004]

Claims (11)

Ultraschallsensor (10) zum Erfassen eines Abstands eines Objekts, mit einem Gehäuse (20) und eine Dämpfungsmasse (21), die das Gehäuse (20) zumindest teilweise ausfüllt, mit einer Membran (30) und einer Piezokeramik (40) und einer elektrischen Kontaktierung (22) mit mindestens einer Elektrode (23) und einer Masseelektrode (25), dadurch gekennzeichnet, dass die Piezokeramik (40) in mindestens drei Segmente (41, 42, 43) geteilt ist, wobei ein erstes Segment (41) mit der Masseelektrode (25) verbunden ist und ein zweites (42) und drittes Segment (43) jeweils über separate Elektroden (23, 24) kontaktiert sind.Ultrasonic sensor ( 10 ) for detecting a distance of an object, with a housing ( 20 ) and a damping mass ( 21 ), the housing ( 20 ) at least partially filled with a membrane ( 30 ) and a piezoceramic ( 40 ) and an electrical contact ( 22 ) with at least one electrode ( 23 ) and a ground electrode ( 25 ), characterized in that the piezoceramic ( 40 ) into at least three segments ( 41 . 42 . 43 ), where a first segment ( 41 ) with the ground electrode ( 25 ) and a second ( 42 ) and third segment ( 43 ) in each case via separate electrodes ( 23 . 24 ) are contacted. Ultraschallsensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Segment (42) zum Reduzieren einer Schwingung der Membran (30) ausgebildet ist.Ultrasonic sensor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the second segment ( 42 ) for reducing a vibration of the membrane ( 30 ) is trained. Ultraschallsensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Segment (43) zum Erfassen einer Schwingung der Membran (30) ausgebildet ist.Ultrasonic sensor ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the third segment ( 43 ) for detecting a vibration of the membrane ( 30 ) is trained. Ultraschallsensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Segment (44) zum Erfassen einer Schwingung und/oder zum Reduzieren einer Schwingung der Membran (30) in der Piezokeramik (40) ausgebildet ist.Ultrasonic sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one further segment ( 44 ) for detecting a vibration and / or for reducing a vibration of the membrane ( 30 ) in the piezoceramic ( 40 ) is trained. Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (41) Segment, das zweite Segment (42) und das dritte Segment (43) sich konzentrisch umschließen.Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first ( 41 ) Segment, the second segment ( 42 ) and the third segment ( 43 ) enclose concentrically. Ultraschallsensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (41, 42, 43, 44) mechanisch zueinander gekoppelt als Mess- und Steuerglieder eines Regelkreises (170) ausgebildet sind.Ultrasonic sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the segments ( 41 . 42 . 43 . 44 ) mechanically coupled to each other as measuring and control elements of a control loop ( 170 ) are formed. Ultraschallsensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (41, 42, 43) durch eine gelaserte Unterbrechung (50) auf einer Oberfläche (60) der Piezokeramik (40) ausgebildet sind. Ultrasonic sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the segments ( 41 . 42 . 43 ) by a lasered interruption ( 50 ) on a surface ( 60 ) of the piezoceramic ( 40 ) are formed. Verfahren zur Messung eines Objektabstands mittels eines Ultraschallsensors (10), der eine Membran (30) und eine Piezokeramik (40) umfasst, wobei die Piezokeramik (40) in mindestens drei Segmente (41, 42, 43) geteilt ist, wobei ein erstes Segment (41), das ein zweites (42) und ein drittes Segment (43) trägt, mit einer Masseelektrode (25) verbunden ist und das zweite (42) und das dritte Segment (43) jeweils über eine separate Elektrode (23, 24) kontaktiert ist, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen einer Schwingung der Membran (30) zum Aussenden eines Ultraschallpulses durch Anregen des zweiten (42) und/oder dritten Segments (43), b) Erfassen einer Auslenkung der Membran (30) durch das dritte Segment (43), c) Anregen des zweiten Segments (42) zum Erzeugen einer Gegenschwingung, die geeignet ist, die Auslenkung der Membran (30) zu reduzieren, d) Erfassen des Echos des in Schritt a) ausgesandten Ultraschallpulses über die Membran (30) mittels des zweiten (42) und/oder dritten Segments (43) der Piezokeramik (40), und e) Erfassen einer zwischen Schritt a) und Schritt d) abgelaufenen Laufzeit des Ultraschallpulses und Ermitteln des Objektabstandes anhand der ermittelten Laufzeit.Method for measuring an object distance by means of an ultrasonic sensor ( 10 ), which has a membrane ( 30 ) and a piezoceramic ( 40 ), wherein the piezoceramic ( 40 ) into at least three segments ( 41 . 42 . 43 ), where a first segment ( 41 ), which is a second ( 42 ) and a third segment ( 43 ), with a ground electrode ( 25 ) and the second ( 42 ) and the third segment ( 43 ) each via a separate electrode ( 23 . 24 ), with the following method steps: a) generating a vibration of the membrane ( 30 ) for emitting an ultrasonic pulse by exciting the second ( 42 ) and / or third segment ( 43 b) detecting a deflection of the membrane ( 30 ) through the third segment ( 43 ), c) exciting the second segment ( 42 ) for generating a counter-vibration, which is suitable, the deflection of the membrane ( 30 ), d) detecting the echo of the ultrasound pulse emitted in step a) via the membrane ( 30 ) by means of the second ( 42 ) and / or third segment ( 43 ) of the piezoceramic ( 40 ), and e) detecting a running between the step a) and step d) running time of the ultrasonic pulse and determining the object distance based on the determined transit time. Verfahren zur Messung eines Objektabstands mittels eines Ultraschallsensors (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) in einer Abgleichschleife (160) durchgeführt werden, wobei Schritt c) beendet wird, wenn in Schritt b) ein Unterschreiten eines Schwellwerts der Auslenkung der Membran (30) erfasst wird.Method for measuring an object distance by means of an ultrasonic sensor ( 10 ) according to claim 8, characterized in that the steps b) and c) in a balancing loop ( 160 ), wherein step c) is ended when in step b) falls below a threshold value of the deflection of the membrane ( 30 ) is detected. Verfahren zur Messung eines Objektabstands mittels eines Ultraschallsensors (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Segment (44) in der Piezokeramik (40) ausgebildet ist, wobei das weitere Segment (44) mit dem zweiten (42) und dritten Segment (43) als Mess- und/oder Steuerglieder in einem Regelkreis (170) gekoppelt ist, der die Auslenkung der Membran (30) in Schritt c) reduziert.Method for measuring an object distance by means of an ultrasonic sensor ( 10 ) according to one of claims 8 or 9, characterized in that at least one further segment ( 44 ) in the piezoceramic ( 40 ), wherein the further segment ( 44 ) with the second ( 42 ) and third segment ( 43 ) as measuring and / or control elements in a control loop ( 170 ), which controls the deflection of the membrane ( 30 ) in step c). Verwendung eines Ultraschallsensors (10) gemäß einem der Ansprüchee 1 bis 7 zur Messung eines Objektabstandes in einem Fahrassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs.Use of an ultrasonic sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 7 for measuring an object distance in a driving assistance system of a motor vehicle.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015110776A1 (en) * 2015-07-03 2017-01-05 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Ultrasonic sensor device for a motor vehicle with two piezo elements, driver assistance system, motor vehicle and method

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014014389A1 (en) * 2014-10-02 2016-04-07 Hella Kgaa Hueck & Co. A sensor device and method for detecting at least one touch event on a vehicle
DE102016115260B3 (en) * 2016-08-17 2018-02-08 Infineon Technologies Ag SOUND WAVE SENSOR
JP6748966B2 (en) * 2016-09-30 2020-09-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Detecting device, detecting method, and detecting program
DE102016221542A1 (en) * 2016-11-03 2018-05-03 Robert Bosch Gmbh Membrane pot for an ultrasonic transducer and ultrasonic transducer
CN111405441B (en) * 2020-04-16 2021-06-15 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Piezoelectric type MEMS microphone

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3698051A (en) 1970-02-06 1972-10-17 North American Rockwell Method of making an acoustical transducer
JPS56141700A (en) * 1980-04-04 1981-11-05 Nec Corp Piezo-oscillator
DE4008768A1 (en) * 1989-03-27 1990-10-04 Mitsubishi Mining & Cement Co PIEZOELECTRIC CONVERTER
DE19507650A1 (en) 1995-03-06 1996-09-12 Gregor Verpoorten Ultrasonic sensor for determining distance of objects with pan shaped housing
DE19605502C1 (en) 1996-02-14 1997-04-24 Fraunhofer Ges Forschung Ultrasonic transducer for distance measurement
DE102004022838A1 (en) * 2004-05-08 2005-12-01 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Ultrasonic transducer and method for producing the same
DE102005040081A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-16 Denso Corp., Kariya ultrasonic sensor
DE102006007494A1 (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Denso Corp., Kariya ultrasonic element

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02159266A (en) * 1988-12-14 1990-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic probe
DE19609443C1 (en) * 1996-03-11 1997-05-22 Siemens Ag Ultrasound converter e.g. for non-destructive testing
DE10361316B4 (en) * 2003-12-19 2015-08-27 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Ultrasonic transducer device
EP1736739A3 (en) * 2005-04-15 2007-12-05 Avinash Shrikrishna Vaidya Sensor devices
CN1942020A (en) * 2005-09-27 2007-04-04 精工爱普生株式会社 Electrostatic ultrasonic transducer and design method thereof, and ultrasonic speaker

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3698051A (en) 1970-02-06 1972-10-17 North American Rockwell Method of making an acoustical transducer
JPS56141700A (en) * 1980-04-04 1981-11-05 Nec Corp Piezo-oscillator
DE4008768A1 (en) * 1989-03-27 1990-10-04 Mitsubishi Mining & Cement Co PIEZOELECTRIC CONVERTER
DE19507650A1 (en) 1995-03-06 1996-09-12 Gregor Verpoorten Ultrasonic sensor for determining distance of objects with pan shaped housing
DE19605502C1 (en) 1996-02-14 1997-04-24 Fraunhofer Ges Forschung Ultrasonic transducer for distance measurement
DE102004022838A1 (en) * 2004-05-08 2005-12-01 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Ultrasonic transducer and method for producing the same
DE102005040081A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-16 Denso Corp., Kariya ultrasonic sensor
DE102006007494A1 (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Denso Corp., Kariya ultrasonic element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015110776A1 (en) * 2015-07-03 2017-01-05 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Ultrasonic sensor device for a motor vehicle with two piezo elements, driver assistance system, motor vehicle and method

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