超声传感器及其控制方法与流程

本公开涉及超声传感器及其控制方法。更具体地，涉及一种可以通过划分可测量范围来延长物体可感知距离并提高感测精度的超声传感器及其控制方法。

背景技术：

超声传感器是接近传感器，其通过将ac电压施加到构成发射器的压电元件来将超声波发射到物体并且接收从物体反射的超声波，从而感测附近物体或测量传感器和物体之间的距离。

详细地，超声传感器采用具有压电和电致伸缩特性的压电元件作为振动源。

当对位于电极之间的晶体片施加按压或扭转力时，在电极之间产生电压。这种现象称为压电效应。相反，当电压施加到电极之间的晶体片时，在晶体片中产生由压力引起的变形。这种现象称为电致伸缩效应。

换句话说，位于电极之间的压电元件可通过接收压力而借助于从外部施加的电压来振动，并且由于压电元件通过外部施加的压力振而动，可在电极之间施加电压。因此，超声传感器使用具有压电和电致伸缩特性的压电元件将电信号转换为物理信号，反之亦然。

例如，当高频电能施加到压电元件时，在压电元件的压电薄膜上产生相同数量频率的快速振动。在这种状态下，当施加的频率超过20khz时，压电元件可产生具有人类听不到的特定频率范围的超声波。

根据现有技术的超声传感器使用平方律检测器(sld)来改善超声信号处理过程中的信噪比(snr)。

图1示出了使用平方律检测器10的超声信号转换过程和平方律检测器10使用的公式。

在信号处理中，可在超声传感器中使用的超声波信号中产生噪声，因此可能由于噪声而降低超声传感器对物体位置的测量精度。换句话说，为了提高超声传感器的位置测量精度，需要去除作为从物体反射的超声信号的反射信号12的噪声。

参考图1，当反射信号12通过平方律检测器10时，反射信号12的幅度可能减小，同时噪声可与反射信号12分离。换句话说，用于检测超声传感器的物体的反射信号12可通过平方律检测去除噪声信号。在这种状态下，通过与预定参考信号进行比较，可使用去除了噪声的反射信号14来检测物体。

一般的平方律检测器使用预定的参考电压值，并且当输入信号的电压值大于参考值时，相对减小输入信号的电压值。当输入信号的电压值小于参考值时，平方律检测器相对大地减小输入信号的电压值并同时分离原始信号和噪声信号。

返回参考图1，相对于预定的参考电压值k1，当输入信号x的电压值小于参考值k1时，输出信号y1可具有电压值“x²(2*k1)”，并且当输入信号x的电压值大于或等于参考值k1时，输出信号y1可具有电压值“x-(k1/2)”(16)。

换句话说，当输入信号x的电压值小于参考值k1时，输出信号y1的电压值的减小率远大于当输入信号x的电压值大于或等于参考值k1时的输出信号y1。

现有的超声传感器可在超声信号处理过程中放大超声波信号的电压，以增加物体感知距离。

从位于相对远离超声传感器的物体反射的反射信号具有相对小于从位于相对靠近超声传感器的物体反射的反射信号的电压值。

当从物体反射的反射信号的幅度类似于噪声的大小时，超声传感器可能无法将噪声与从物体反射的反射信号区分开。

因此，超声传感器可通过在超声波信号处理过程中通过放大器放大超声信号的电压来增加反射信号和噪声之间的电压值差，从而增加物体感知距离。

这样，超声传感器可去除从物体反射的反射信号的噪声或者放大反射信号的幅度，以提高位置测量精度和增加物体感知距离。

然而，问题在于，在反射信号处理过程中，超声传感器根据噪声去除操作和信号放大操作的应用顺序产生不同的信号。

图2示出了使用不同信号转换过程的超声传感器的输出信号的实例。

如图2所示，当去除反射信号的噪声(sld输出)然后根据预定的放大率(数字放大器输出)放大去除噪声的反射信号时，可改善信噪比，因为噪声之前被去除了。然而，根据用于放大器(21)的放大率，反射信号的减小速率不恒定是一个缺点。

相反，当根据预定的放大率(数字放大器输出)放大反射信号并且然后去除转换的反射信号的噪声(sld输出)时，反射信号的减小速率是恒定的并且信号的幅度相对增加。然而，由于在首先执行(22)的放大过程中噪声量也增加，所以信噪比恶化是一个缺点。

结果，由于位置测量精度的提高和超声传感器的物体感知距离的延长是矛盾的，因此需要超声传感器能够根据物体的当前状态以适当的顺序应用用于信号处理的噪声消除操作和信号放大操作，即，物体的当前位置和移动方向以及其控制方法。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种超声传感器及其控制方法，该超声传感器可通过使用与每个分段检测范围相对应的信号转换方法来控制改善位置测量精度的程度并且延长物体可感知距离。

本公开的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员从以下描述中可理解其他目的和优点。进一步地，将容易理解的是，本公开的目的和优点可通过所附权利要求及其组合中所述的手段来实施。

根据本公开的一个方面，超声传感器控制方法包括输出第一感测信号，将对应于第一感测信号的第一反射信号的电压值与预定的参考电压值进行比较，根据电压值比较结果确定第一反射信号的转换方法，根据确定的转换方法转换第一反射信号，并通过将转换后的第一反射信号与预定的参考反射信号进行比较来检测物体。

根据电压值比较结果确定第一反射信号的转换方法可包括：当第一反射信号的电压值小于预定的参考电压值时，根据预定的放大率放大第一反射信号然后去除放大后的第一反射信号的噪声。

根据电压值比较结果确定第一反射信号的转换方法可包括：当第一反射信号的电压值大于或等于预定的参考电压值时，去除第一反射信号的噪声,然后根据预定的放大率放大去除了噪声的第一反射信号。

该方法可进一步包括直接从用户接收信号转换方法的输入，以及根据接收到信号转换方法转换第一反射信号。

该方法可进一步包括输出第二感测信号，通过将对应于第二感测信号的第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较来计算反射信号的电压值的增加/减少量，并根据增加/减少量确定第二反射信号的转换方法。

根据本公开的另一方面，超声传感器包括：感测信号输出单元，被配置为输出第一感测信号；反射信号比较器，被配置为将对应于第一感测信号的第一反射信号的电压值与预定的参考电压值进行比较；反射信号转换器，被配置为根据电压值的比较结果确定第一反射信号的转换方法，并根据确定的转换方法转换第一反射信号；以及物体检测器，被配置为通过将转换后的第一反射信号与预定的参考反射信号进行比较来检测物体。

当第一反射信号的电压值小于预定的参考电压值时，反射信号转换器可根据预定的放大率放大第一反射信号，然后去除放大后的第一反射信号的噪声。

当第一反射信号的电压值大于或等于预定的参考电压值时，反射信号转换器可去除第一反射信号的噪声，然后根据预定的放大率放大去除噪声的第一反射信号。

反射信号转换器可直接从用户接收信号转换方法的输入，并根据接收到的信号转换方法转换第一反射信号。

感测信号输出单元可输出第二感测信号。反射信号比较器可通过将对应于第二感测信号的第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较来计算反射信号的电压值的增加/减少量。反射信号转换器可根据增加/减少量确定第二反射信号的转换方法。

附图说明

图1示出了使用平方律检测器的超声信号转换过程和平方律检测器使用的公式。

图2示出了使用不同信号转换过程的超声传感器的输出信号的实例。

图3是根据实施方式的超声传感器的示意性配置的框图。

图4是根据实施方式的控制超声传感器的方法的流程图。

图5是根据实施方式的反射信号转换电路的电路图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述上述目的、特征和优点，附图中示出了本公开的实施方式。在以下描述中，当确定关于相关公知功能或结构的详细描述使本公开的主旨不清楚时，这里将省略详细描述。在整个附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图3是根据实施方式的超声传感器3的示意性配置的框图。

参照图3，根据本实施方式的超声传感器3可包括感测信号输出单元32、反射信号比较器34、反射信号转换器36和物体检测器38。

感测信号输出单元32输出第一感测信号。

在本公开中，第一感测信号可表示从超声传感器3的感测信号输出单元32发送到外部的信号。换句话说，当从超声传感器3输出的感测信号被物体反射时，由于反射波而产生反射信号，并且由第一感测信号产生的反射信号是第一反射信号。

在本公开的实施方式中，感测信号输出单元32可输出第二感测信号。

在本公开中，第二感测信号可表示在输出第一感测信号之后从感测信号输出单元32输出的感测信号。

超声传感器3可根据预定周期产生并发送感测信号。换句话说，由超声传感器3顺序发送的多个感测信号从位于物体可感知距离处的物体反射，产生多个反射信号。当超声传感器3顺序地接收并分析反射信号时，可确定物体的存在、物体的当前位置和物体的移动。

例如，当超声传感器3与基于对应于第一感测信号的第一反射信号确定的物体之间的距离大于超声传感器3与基于对应于第二感测信号的第二反射信号确定的物体之间的距离时，超声传感器3可确定物体位于物体可感知距离内并且物体当前接近超声传感器3。

反射信号比较器34将对应于第一感测信号的第一反射信号的电压值与预定的参考电压值进行比较。

在本公开中，参考电压值可表示用作参考的电压值，以确定第一反射信号的信号转换方法。

换句话说，根据由反射信号比较器34进行的第一反射信号的电压值与参考电压值的比较结果确定稍后描述的反射信号转换器36的信号转换方法。

在本公开的实施方式中，反射信号比较器34可将对应于第二感测信号的第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较，从而计算反射信号的电压值的增加/减少量。

如上所述，通过将超声传感器3与基于对应于第一感测信号的第一反射信号确定的物体之间的距离和超声传感器3与基于对应于第二感测信号的第二反射信号确定的物体之间的距离进行比较，根据本实施方式的超声传感器3可确定物体的存在、物体的当前位置和物体的移动。

在这种状态下，反射信号比较器34可将第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较，以将超声传感器3与基于第一反射信号确定的物体之间的距离和超声传感器3与基于第二反射信号确定的物体之间的距离进行比较，并计算反射信号的电压值的增加/减少量。

反射信号转换器36可根据电压值的比较结果确定第一反射信号的转换方法，并根据确定的转换方法转换第一反射信号。

在本公开的实施方式中，当第一反射信号的电压值小于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可根据预定的放大率放大第一反射信号，然后去除放大了的第一反射信号的噪声。

换句话说，当第一反射信号的电压值小于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可首先放大第一反射信号以增加第一反射信号的幅度，并以一定的减小速率减小放大的第一反射信号，并同时去除反射信号中包含的噪声。

这样，在根据本实施方式的超声传感器3中，当第一反射信号具有相对小的电压值时，通过反射信号转换器36增加第一反射信号的幅度，因此可执行信号转换处理，其主要为了信号转换处理的改进，主要为了物体可感知距离的改进。

在上述信号转换方法中，由于首先放大反射信号，因此可改善物体可感知距离。然而，由于噪声也以与反射信号的放大处理中的反射信号的放大率相同的放大率被放大，所以信噪比也可能恶化。

在本公开的实施方式中，当第一反射信号的电压值大于或等于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可去除第一反射信号的噪声，然后根据预定放大率放大去除噪声的第一反射信号。

换句话说，当第一反射信号的电压值大于或等于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可首先减小第一反射信号并同时去除反射信号中包含的噪声，并放大去除噪声的第一反射信号以增加第一反射信号的幅度。

这样，在根据本实施方式的超声传感器3中，当第一反射信号具有相对大的电压值时，首先通过反射信号转换器36去除第一反射信号的噪声，因此信号转换处理可主要为了提高位置测量精度而执行。

在上述信号转换方法中，由于首先执行噪声去除，所以可提高位置测量精度。然而，由于反射信号的幅度的减小速率根据反射信号的放大率而变化，因此不可能控制反射信号的电压值的量，因此物体可感知距离可能减小。

在本公开的实施方式中，反射信号转换器36可直接从用户接收信号转换方法的输入，并根据接收的信号转换方法转换第一反射信号。

换句话说，根据本实施方式的超声传感器3的用户可直接向反射信号转换器36输入信号转换方法，并且从用户接收信号转换方法的反射信号转换器36可根据接收到的信号转换方法转换第一反射的信号，而不管反射信号的电压值如何。

在本公开的实施方式中，当反射信号比较器34通过将对应于第二感测信号的第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较来计算反射信号的电压值的增加/减少量时，反射信号转换器36可根据计算出的电压值增加/减少量来确定第二反射信号的转换方法。

如上所述，尽管反射信号转换器36可通过将第一反射信号的电压值与预定的参考电压值进行比较来确定信号转换方法，但是可基于由反射信号比较器34进行的第二反射信号的电压值和第一反射信号的电压值的比较结果来确定第二反射信号的转换方法。

在这种状态下，反射信号比较器34可将第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较，以将超声传感器3与基于第一反射信号确定的物体之间的距离和超声传感器3与基于第二反射信号确定的物体之间的距离进行比较，并同时计算反射信号的电压值的增加/减少量。

例如，当通过将第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较来确定电压值增加时，反射信号比较器34可确定物体在超声传感器3的物体可感知距离内移动，并同时确定物体接近超声传感器3。

当存在接近超声传感器3的物体时，物体的精确位置测量可能是比在物体可感知距离内存在物体更重要的考虑因素。

因此，当反射信号比较器34确定存在接近超声传感器3的物体时，为了物体的精确位置测量，反射信号转换器36可首先去除第一反射信号的噪声，而不管反射信号的电压值，然后根据预定的放大率放大去除了噪声的第一反射信号。

相反，当通过将第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较来确定反射信号的电压值减小时，反射信号比较器34可确定物体在超声传感器3的物体可感知距离内移动，并同时确定物体远离超声传感器3移动。

当物体如上所述远离超声传感器3移动时，在物体可感知距离内存在物体可能是比物体的精确位置测量更重要的考虑因素。

因此，当反射信号比较器34确定物体远离超声传感器3移动时，为了确定物体在物体可感知距离内的存在，反射信号转换器36可首先根据预定的放大率放大第一反射信号，而不管反射信号的电压值如何，然后去除放大的第一反射信号的噪声。

物体检测器38通过将转换的第一反射信号与预定的参考反射信号进行比较来检测物体。在本公开中，预定参考反射信号是用于确定可测量距离内物体的存在的参考。

图4是根据实施方式的控制超声传感器的方法的流程图。

参照图4，首先，感测信号输出单元32输出第一感测信号(s1)。

接下来，当接收到由于第一感测信号从物体反射而产生的第一反射信号时(s2)，反射信号比较器34将对应于第一感测信号的第一反射信号的电压值与预定的参考电压值进行比较。

换句话说，反射信号比较器34确定对应于第一感测信号的第一反射信号的电压值是否大于或等于预定的参考电压值(s3)。

作为确定(s3)的结果，当第一反射信号的电压值小于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可根据预定的放大率放大第一反射信号(s4)，并且然后去除放大后的第一反射信号的噪声(s5)。

换句话说，当第一反射信号的电压值小于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可通过放大第一反射信号来增加第一反射信号的幅度，并以一定的减小速率减小放大的第一反射信号并同时去除第一反射信号中包含的噪声。

如上所述，当第一反射信号具有相对小的电压值时，根据本实施方式的超声传感器3首先通过反射信号转换器36增加第一反射信号的幅度，因此可主要为了改进物体可感知距离而执行信号转换处理。

这样，由于信号转换方法首先执行反射信号的放大，因此可改进物体可感知距离。然而，由于在反射信号的放大过程中噪声也以与反射信号相同的放大率被放大，所以信噪比也可能恶化。

作为确定(s3)的结果，当第一反射信号的电压值大于或等于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可去除第一反射信号的噪声(s6)然后根据预定的放大率，放大去除了噪声的第一反射信号(s7)。

换句话说，当第一反射信号的电压值大于或等于预定的参考电压值时，反射信号转换器36可首先减小第一反射信号并同时去除包括在反射信号中的噪声，因此通过放大去除噪声的第一反射信号来增加第一反射信号的幅度。

如上所述，当第一反射信号具有相对大的电压值时，根据本实施方式的超声传感器3可首先通过反射信号转换器36去除第一反射信号的噪声，因此可主要为了位置测量精度的改进而执行信号转换处理。

这样，由于在信号转换方法中首先执行噪声的去除，所以可能提高位置测量精度。然而，由于反射信号的减小速率根据反射信号的放大率而变化，因此不可能控制反射信号的电压值的量，因此物体可感知距离可能减小。

最后，物体检测器38通过将转换的第一反射信号与预定的参考反射信号进行比较来检测物体(s8)。

尽管未在图4中示出，本实施方式的反射信号转换器36可在信号转换处理的任何阶段直接从用户接收信号转换方法。

换句话说，根据本实施方式的超声传感器3的用户可直接向反射信号转换器36输入信号转换方法。从用户接收信号转换方法的反射信号转换器36可根据输入的信号转换方法转换第一反射信号，而不管反射信号的电压值如何。

尽管未在图4中示出，感测信号输出单元32可在输出第一感测信号之后输出第二感测信号。

在这种状态下，反射信号比较器34可将对应于第二感测信号的第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较，并计算反射信号的电压值的增加/减少量。

当反射信号比较器34计算反射信号的电压值的增加/减少量时，反射信号转换器36可根据计算出的反射信号的电压值的增加/减少量来确定第二反射信号的转换方法。

如上所述，尽管反射信号转换器36可通过将第一反射信号的电压值与预定的参考电压值进行比较来确定信号转换方法，但是可基于由反射信号比较器34进行的第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值之间的比较结果来确定信号转换方法。

当通过将第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较来确定反射信号电压值增加时，反射信号比较器34可确定物体在超声传感器3的物体可感知距离内移动，并同时确定物体接近超声传感器3。

当存在靠近超声传感器3的物体时，由于物体的精确位置测量可能是比物体可感知距离内的物体的存在更重要的因素，反射信号转换器36可首先去除第一反射信号的噪声以进行物体的精确位置测量，而不管反射信号的电压值如何，然后根据预定的放大率放大去除了噪声的第一反射信号。

相反，当通过将第二反射信号的电压值与第一反射信号的电压值进行比较来确定反射信号电压值减小时，反射信号比较器34可确定物体在超声传感器3的物体可感知距离内移动，并同时确定物体远离超声传感器3移动。

当物体如上所述远离超声传感器3移动时，由于物体可感知距离内物体的存在可能是比物体的精确位置测量更重要的考虑因素，因此反射信号转换器36可首先根据预定的放大率放大第一反射信号，而不管反射信号的电压值如何，以便确定物体可感知距离内的物体的存在，然后去除放大的第一反射信号的噪声。

如上所述，在根据本实施方式的超声传感器中，由于采用对应于根据预定的参考电压值划分的适当检测范围的信号转换方法，所以可根据情况适当控制位置测量精度的改进程度和物体可感知距离的延伸。

图5是根据实施方式的反射信号转换电路的电路图。

参照图5，本实施方式的反射信号转换器36可通过三个多路复用器(mux)51、52和53根据预定的放大率放大第一反射信号501，然后去除放大的第一反射信号的噪声，或者去除第一反射信号的噪声然后根据预定的放大率放大去除了噪声的第一反射信号。

换句话说，反射信号转换器36可通过三个mux51、52和53的控制来确定第一反射信号501相对于平方律检测器54和放大器55的输入顺序。

例如，当反射信号转换器36将具有值“0”的控制信号施加到mux51、52和53中的每一个时，第一反射信号501首先通过第一mux51输入到平方律检测器54，从平方律检测器54输出的信号通过第二mux52输入到放大器55，并且从放大器55输出的信号输入到第三mux53，从而最终产生转换后的第一反射信号502。

相反，当反射信号转换器36将具有值“1”的控制信号施加到每个mux51、51和53时，第一反射信号501首先通过第二mux52输入到放大器55，从放大器55输出的信号通过第一mux51输入到平方律检测器54，并且从平方律检测器54输出的信号输入到第三mux53，从而最终产生转换后的第一反射信号502。

这样，根据本公开的超声传感器可使用与根据预定的参考电压值划分的检测范围对应的信号转换方法，即，其中放大处理和噪声去除处理的应用顺序不同的信号转换方法。

因此，在根据本公开的超声传感器中，由于使用与检测范围对应的信号转换方法，因此可根据情况适当地控制位置测量精度的改进程度和物体可感知距离的延伸。

在不脱离本公开的范围和精神的情况下，本发明构思所属领域的技术人员可对上述本公开进行各种替换、改变和修改。因此，本公开不限于上述示例性实施方式和附图。