专利名称：用于运行至少一个超声变换器的方法
用于运行至少一个超声变换器的方法
背景技术：
由现有技术已知了具有至少一个超声变换器的装置。在此，超声变换器在本发明的范畴内一般理解为被设置用于将电信号变换成超声信号或者相反的元件。例如，这种超声变换器是包括电-声变换器兀件-例如压电兀件的设备。超声变换器尤其用在传感机构的领域中，例如在机动车技术中、工艺技术中或者自然科学、技术或者医学技术的其他领域中。这种超声传感器的重要的示例是超声流量计，其通常具有两个或更多个超声变换器并且其在内燃机的进气通道或者废气通道中用于检测气体一例如空气的流动速率。所述检测例如可以基于运行时间差实现，由所述运行时间差能够推断出流动速度。在已知的超声变换器中，尤其是为了在具有至少一个、优选两个或更多个超声变换器的传感器元件中使用，通常固定地预给定超声变换器的电激励频率。由US 6，508，134B1公开了一种形式为超声流量计的传感器元件，其具有一对超声变换器，它们交替地用作发送器和接收器。在此，如此再调节超声变换器的电激励频率，从而使发送信号和接收信号之间的相移保持恒定。然而，以往存在以下技术挑战为了最佳的信号振幅和最佳的信噪比或者还为了尽可能相互的传输特性必须在具有至少一个超声变换器的传感器元件中以最佳的激励频率来运行超声变换器。然而，所述最佳的激励频率在其方面取决于影响量，例如环境条件，其也可以变化。例如温度影响改变通常的超声变换器的谐振频率。
发明内容
因此，提出一种用于运行至少一个超声变换器的方法以及具有至少一个超声变换器的设备，它们至少在很大程度上避免已知的这类方法和设备的缺点。所述方法尤其可以用于运行多个超声变换器或者用于运行具有一个或多个超声变换器的整个传感器装置。所述方法尤其可以用于运行超声流量计或者用于运行具有一个或者多个超声变换器的另一系统。所述方法基于以下知识接收信号的频率不一定相应于超声变换器的激励频率，所述超声变换器以所述激励频率激励来发射超声波。以一个或多个激励脉冲来激励典型的超声变换器来发射超声波。激励脉冲除激励频率以外由于时间限制可以包含其他频率分量。因为超声变换器自身是一个复杂的振荡系统，所以所发射的超声波的频率可以与激励频率偏差，其中所述偏差还可以取决于其他边界条件，例如温度、流动速率或者其他参数。可以由传输超声波的传输路径产生其他偏差。又可以通过进行接收的系统的频率特征产生其他偏差，例如第二超声变换器的频率特征。例如存在以下趋势高频振荡与低频振荡相比以更大的作用范围辐射，从而由超声变换器实际发射的频率在其辐射特征内取决于相应的辐射方向。例如，在具有至少两个超声变换器的流量计中通常由于流动介质而出现超声波的漂移，从而根据流动速率辐射特征内的其他区域和(因此符合趋势地)其他频率分量能够有助于传输。所述整体影响以下称作传输路径的影响。已经表明，在通过所述传输路径之后被接收的接收信号可以具有在所传输的振幅方面最佳并且以下也称作超声变换器的谐振频率的频率，即使在此可以涉及整个系统的传输频率。总共，在这种系统中可以区分多个可能的频率。其中一个可以是谐振频率。所述频率涉及在系统中传输的信号的振幅在相同的发送强度下达到最大振幅时的传输频率。所述频率通常通过进行发射的超声变换器的谐振特性预给定或主导。然而，如以上所述，传输路径的影响也可以影响谐振频率。替代地或附加地，在所述谐振频率下也存在电发送的和接收的频率之间的最佳一致。又替代地或附加地，所述谐振频率也可以是系统的以下频率在所述频率下狄拉克脉冲形状的激励在接收脉冲的振幅谱和/或功率谱内具有最大值或重点。此外是电发送的频率。其是用于实际上电激励进行发射的超声变换器的频率。所述频率以下也称作激励频率。在此可以涉及一个频率或者也可以涉及多个频率。此外可以是所接收的频率，其以下也称作接收频率。其是在信号已经通过传输路 径之后由进行接收的超声变换器实际上接收的信号的频率。在此又可以涉及一个频率或者也可以涉及多个频率。频率变化过程的时间变化也是可能的。此外，可以根据进行发射的超声变换器的激励的种类和/或根据由进行接收的超声变换器接收的信号的分析处理的种类添加其他频率，例如调制频率和/或解调频率。例如，可以根据分析处理方法添加至少一个解调频率，即通过所接收的频率的解调产生的信号的频率。相应地，提出一种用于运行至少一个超声变换器的方法。如以上示出的那样，所述至少一个超声变换器也可以涉及多个超声变换器的系统。在所述方法中，以激励频率激励所述超声变换器发射超声波。特别地，可以借助于脉冲来激励所述超声变换器。在这种情况下，激励频率例如涉及脉冲的载波频率，其中在激励脉冲的频谱中还可以包含其他频率。此外，由至少一个控制传感器检测至少一个接收信号。因此，所述接收信号涉及源于超声传感器的超声波发射的信号，其已经通过一个传输路径。所述传输路径可以不同地构造并且通过系统预给定。例如，所述传输路径除进行发射的超声变换器以外还包括其他组件，例如流体介质一如气体、尤其是空气的一个连续的路径和/或接收所述接收信号的另一超声变换器。传输路径的全部组件可以具有对接收信号的影响。如以下详细描述的那样，控制传感器基本上可以涉及可以接收接收信号的任意传感器。在此，尤其是可以涉及第二超声变换器。然而，替代地或附加地，控制传感器也可以完全或部分地与进行发射的超声传感器结构相同，例如通过检测脉冲响应信号——尤其是在时间上错开和/或例如通过检测进行发射的超声变换器的瞬变振荡。借助于接收信号，将进行发射的超声变换器的发射激励到至少一个额定频率上。特别地，可以在调节发射时产生误差信号并且由所述误差信号——例如与额定频率的偏差产生用于激励超声变换器的调节信号。发射的调节通常可以理解为进行发射的超声变换器的激励的影响、尤其是调节。所述影响例如可以包括进行发射的超声变换器的激励频率的变化，特别是在脉冲激励的起振变化过程期间。然而，替代地或附加地，其他类型的影响基本上也是可能的。借助于所提出的方法尤其可以自动地如此调节激励频率，使得至少一个超声变换器与温度、老化和其他影响量无关地始终在谐振中或者以整个系统的最佳的传输频率和/或以相对于所述(谐振)频率的固定的频率偏移运行。如果为了所述谐振调节例如使用频率偏差作为输入量，则所述方法与信号振幅无关并且因此相对于信号振幅的干扰是稳健的。因此可以对以上所述的认识做出反应超声变换器经受改变典型的超声变换器的谐振频率的变换的环境条件，例如温度影响。这样的认识尤其表现在进行接收的超声变换器的起振特性中，其方式是，其频率不相应于超声信号的激励频率。然而，谐振中的运行是有利的，因为在此可以实现最大的超声振幅。此外，当激励信号和接收信号具有相同的频率时，根据接收信号的分析处理可能是有利的。尤其是可以自动地进行激励频率的调节。尤其是可以如此进行自动的调节，使得精确地在谐振中运行超声变换器，例如目的在于最大的振荡振幅，其中分别实现的、可能经受附加的噪声源的实际振幅不一定必须作为反馈参数进入调节回路。例如当谐振频率变化时，也可以将激励频率再调节到谐振频率上。但是,当使用基于解调的分析处理时，也可以替代地或附加地将解调频率再调节到谐振频率上。如果例如使用脉冲形状的激励——例如狄拉克脉冲形状的激励，则所述分析处理侧的再调节例如是 唯一进行的调节。然而，替代地或附加地，也可以使用其他调节。因此，额定频率尤其可以是超声变换器的谐振频率或者是相对于谐振频率偏移了预给定的频率偏移的频率。因此，例如额定频率例如可以是超声变换器自身具有最大的振荡振幅时的频率和/或在传输路径上的传输直到接收信号的接收具有最大的振幅时的频率。替代地或附加地，也可以如此选择额定频率，使得实现其他调节目的。例如，也可以如此选择额定频率，使得存在激励频率与接收频率的最佳一致。又替代地或附加地，也可以如此选择额定频率，使得接收信号的相位在预给定的时间上至少在很大程度上是恒定的。又替代地或附加地，额定频率例如也可以是相对于谐振频率偏移了预给定的频率偏移(Frequenzverschiebung, Frequenz-Offset)的步页率。在所述方法中尤其可以确定接收信号的频率，其中在随后的发射过程中通过以下方式中的一种或多种来选择激励频率。其中一种可以将谐振频率调节到接收信号的频率上，即例如精确地调节到接收信号的频率上，例如借助于相应的误差信号和/或调节信号。替代地或附加地，也可以将激励频率调节到相对于接收信号的频率偏移了预给定的频率偏移的频率。又替代地或附加地，也可以借助于跟踪算法如此改变激励频率，使得激励频率接近接收信号的频率和/或接近相对于接收信号的频率偏移了预给定的频率偏移的频率。如以上示出的那样，调节尤其可以如此进行，使得产生误差信号，例如接收信号的频率与激励频率之间的差。由所述误差信号可以产生用于超声变换器的激励的调节信号，例如根据以上示出的算法中的一种或多种。然而，此外可以由所述误差信号和/或调节信号产生关于至少一个影响超声变换器的谐振频率的影响量的至少一个信息。例如可以由误差信号和/或调节信号推断出环境温度，例如通过温度和超声变换器的谐振频率之间的已知关系。其他优选构型涉及接收信号的频率的确定。例如可以产生接收信号的频谱，例如振幅谱，并且由所述频谱的最大值推断出接收信号的频率，所述频谱在必要时可以外插或内插。替代地或附加地，也可以直接检测接收信号的周期性，其方式例如是，作为时间的函数接收所述接收信号。由所述周期性可以推断出接收信号的频率。例如，为此目的可以检测接收信号的过零点和/或最大值和/或最小值，其中由这些测量值的时间差可以推断出接收信号的周期并且由所述周期又可以推断出接收信号的频率。又替代地或附加地，也可以分析处理接收信号的相位或相位变化。特别优选地，可以如此实施所述方法，使得确定接收信号的至少一个相位或相位变化。尤其可以如此选择额定频率，使得接收信号的相位至少在预给定的时间期间基本上保持恒定。例如可以仅仅在波组的开始时间和/或起振过程期间分析处理相位。例如可以如此选择额定频率，使得相位变化的陡度在数量上最小。例如可以借助于至少一种解调方法来确定相位和/或相位变化。作为解调频率例如可以选择激励频率。例如为了解调可以使接收信号与具有解调频率的两个彼此相对偏移 了 90°的参考信号相乘，随后进行可选的低通滤波，其中相位可以作为由此得到的测量量的三角函数得出。在这种情况下，总共得出至少两个、优选至少三个频率一即激励频率、额定频率和可选的解调频率。例如可以与激励频率相同地选择解调频率。激励频率通常对于系统而言首先预给定和/或表示原本的、可调节的量，例如超声变换器的调整量。相位、相位变化或另一个由接收信号导出的量——例如其振幅可以用作调节量，以便随后如此调节激励频率，使得其相应于额定频率，例如谐振频率。在所述方法的另一优选实施方式中，可以构成接收信号的相关。如本领域技术人员已知的那样，两个函数的相关在此通常理解包含一个函数与一个样本函数的乘积的时间积分的函数，其中所述样本函数相对于所述函数在时间上偏移，其中在时间偏移上进行积分。所述相关尤其可以涉及接收信号与自身的自相关。接收信号的自相关函数作为结果导致在时间偏移时具有最大值的函数，所述时间偏移相应于在接收信号中出现的重复持续时间。因此，由所述重复持续时间可以推断出接收信号的频率。作为自相关的替代或附加，也可以构成接收信号和另一信号之间的互相关。所述另一信号例如可以涉及源于另一超声变换器的发射的接收信号。可以构成不同的超声变换器一例如以同一激励频率激励的不同的超声变换器的两个接收信号的互相关。如以上示出的那样，可以借助不同的方法和/或设备检测接收信号。例如，可以由另一超声变换器在通过至少一个传输路径之后检测接收信号。替代地或附加地，也可以由进行发射的超声变换器自身检测接收信号。尤其是为此可以在脉冲-回声运行中运行进行发射的超声变换器，即在发送超声脉冲之后所述超声脉冲被反射并且重新被所述超声变换器作为回声接收的运行中。替代地或附加地，也可以接收超声变换器自身的瞬变振荡信号。所述方法的另一优选构型涉及激励频率的选择。尤其是可以检测至少一个影响量，例如由其已知其对超声变换器或者整个系统的谐振频率具有影响的影响量。在此，尤其可以涉及温度、老化程度、湿度、周围介质的特征或者类似的影响量，或者所述影响量或其他影响量的组合。由所检测的影响量借助于所述影响量和谐振频率之间的已知关系求取激励频率的开始值。所述求取例如可以自动进行。为此目的，例如可以分析地和/或半经验地或经验地确定已知关系并且通过不同方式存储所述已知关系，例如以特征曲线区域和/或电子表格的形式。在必要时能够估计激励频率的开始值，其中可以借助于以上所述的调节来平衡剩余不确定性。如以上示出的那样，也可以借助于所提出的方法来运行多个超声变换器。所述多个超声变换器例如可以是整个系统、尤其是传感器元件的组成部分。在此，也可以借助于一个唯一的调节电路来调节所述多个超声变换器。在此，例如可以直接调节各个超声变换器或者可以调节系统频率，由所述系统频率又可以导出超声变换器的激励频率。如以上示出的那样，除所提出的构型中的一个或多个中的方法以外还提出一种具有至少一个超声变换器的设备。所述设备尤其可以包括用于检测流体介质的至少一个特征的传感器元件和/或被构造为这类传感器元件。所述流体介质的特征例如可以涉及容器中的流体介质的填充状态和/或流体介质的流动速率，例如通过流动管路。所述传感器元件尤其可以用作内燃机的进气通道或者废气通道中的流量传感器。所述设备包括至少一个超声变换器，其被设置用于向流体介质中发射超声波。所述设备还包括至少一个用于检测接收信号的控制传感器。如以上示出的那样，所述控制传 感器可以与超声变换器完全或者部分地部件相同地构造和/或与超声变换器不同地构造。所述设备还包括至少一个调节装置并且被设置用于实施根据以上示出的构型中的一种或多种的方法。所述调节装置例如可以包括一个或多个电子调节组件。又替代地或附加地，所述调节装置还可以包括一个或多个数据处理设备，例如通过程序技术设置的数据处理设备，以便实施根据本发明的方法。
在附图中示出并且在以下描述中详细阐述本发明的实施例。图I :用于实施根据本发明的方法的设备的简化框图；图2 :激励频率的频率调节的原理性流程；图3 :用于调节超声变换器的激励信号的调节回路的示例；图4 :超声信号的传输路径的示例；图5 :用于借助于超声脉冲的相关函数来估计超声脉冲的间隔持续时间的电路；图6 :两个超声脉冲的互相关函数，用于由相邻的相关最大值或过零点的间隔确定周期持续时间Tu。
具体实施例方式在图I中示出了用于实施根据本发明的方法的设备的极为简化的框图，所述设备例如可以被构造为用于检测流体介质的至少一种特征的传感器元件110。传感器元件110包括调节装置112，例如具有电子调节电路的形式。所述调节装置可以完全地或者部分地借助于硬件组件构造或者也可以完全地或者部分地借助于软件组件构造。电子调节电路例如可以包括一些集成的和/或连接的模块，这些模块例如可以负责产生至少一个激励信号。此外替代地或附加地，可以设有可调节的时钟发生器。又替代地或附加地，可以设有一个或多个用于接收信号的输入端。此外可以设有计算机构，例如模拟的和/或数字的计算机构。尤其是可以设有具有至少一个模拟/数字变换器的数字计算机构。所述计算机构可以完全地或者部分地构造为数据处理设备。此外，替代地或附加地，可以设有至少一个用于结果输出的模块。调节装置112通过至少一个接口 114与超声变换器116连接。所述超声变换器116尤其可以具有先验未知的谐振频率。在图2中示例性地示出超声变换器116的频率调节的原理流程。在步骤118以激励信号、例如脉冲激励信号进行超声变换器116的激励。重复的激励(例如通过周期重复的激励信号)也是可能的。激励以在图2中通过4表示的激励频率进行。随后，在方法步骤120中确定接收信号的频率&，其以下也称作接收频率。随后在方法步骤122中由此确定激励频率的新的值f/，其是原来的激励频率和接收频率f2的函数。取替原来的激励频率而使用所述值。因此，本发明包括用于调节至少一个超声变换器116的激励频率的可行方案。借助于调节装置112可以优化超声信号的传输，其方式是，以超声变换器116的谐振频率进行激励和/或以相对于所述谐振频率的定义的偏移进行激励。可以由误差信号导出用于激励电路的相应调节信号，也就是说，由通过激励触发的超声信号与目标量的偏差导出，例如由图2中的接收频率f2与激励频率的偏差导出。例如可以如此相应于所测量的接收频率选择和/或在跟踪算法中随后如此改变下一激励过程的频率，使得其越来越更接近所测量的超声接收频率或者追随所测量的超声接收频率f2。
在图3中示出在图2中原理性示出的方法的一个实施例。在此，首先在方法步骤124中产生激励信号。由此产生超声信号，其在传输路径上传输(方法步骤126)。所述传输路径以下还要根据图4示例性地详细说明并且例如可以包括超声变换器116自身和/或传播路径(例如通过空气的传播路径)和/或第二超声变换器。在步骤128中可以进行接收信号的频率f2—即接收频率的求取。这例如可以通过脉冲频率估计器进行，所述脉冲频率估计器例如也可以通过编程技术实现。随后可以在方法步骤130中进行频率误差的求取。如以下详细说明的那样，这例如可以借助于接收频率和来自步骤124的激励频率之间的差进行。由步骤130中的频率差求取产生误差信号132，其可以可选地经受滤波134，例如回路滤波器(Loop-Filter)中的滤波。在所述方法步骤134中，作为滤波的替代或附加，也可以进行误差信号132的另一方式的处理。例如可以放大和/或反转和/或通过其他方式处理误差信号132，从而最后产生调节信号136。所述调节信号136或者直接用于产生步骤124中的激励信号和/或馈入激励控制装置138。所述激励控制装置138例如可以包括激励超声脉冲所需的硬件。例如，激励控制装置138可以包括至少一个数字控制振荡器(Digital Controlled Oscillator, DC0)和/或数值控制振荡器(Numerically Controlled Oscillator, NC0)和 / 或电压控制振荡器(VoltageControlled Oscillator, VC0)。随后借助于所述激励控制装置138又产生激励信号,步骤124。可以逐步地或者连续地重复实施所述方法。方法步骤128中的接收频率求取和/或方法步骤130中的频率误差求取可以通过不同的方式进行，它们也可以联合地或者组合地使用。一方面可以进行接收信号从时域到频域的变换。为此例如可以使用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)。则接收频率相应于振幅谱的最大值，其(如果需要)也可以通过内插和/或外插来确定。替代地或附加地，可以分析接收信号的周期性，例如根据其最大值、最小值和过零点。也可实现所述可能性的组合。如以下示例性地详细说明的那样，替代地或附加地，也可以进行超声信号与自身(自相关函数)和/或与其他信号——例如另一超声变换器的接收信号(互相关函数)的相关。在所述相关之后可以是相关结果的周期性的随后分析处理。替代地或附加地，也可以分析处理接收信号中的相位变化。在此，通常可以在一个可选择的间隔内确定接收频率，优选在相应的控制传感器一例如接收所述接收信号的接收变换器的起振过程期间。因此，接收信号表示在通过传输路径之后的频率响应(参见图3中的步骤126)。在图4中部分地并且示意性地示出用于实施所述方法的设备——尤其是传感器元件Iio的一部分，其中根据所述附图阐述传输路径140的细节。出发点是在图4中以参考标记142表示的激励信号。在此例如可以涉及脉冲激励信号，例如三至五个振荡的序列，例如具有矩形的变化曲线。在所述实施例中，传感器元件110包括两个超声变换器144、146，它们例如可以同类地或不同类地构造。激励信号142例如可以通过以S1表示的第一开关施加在超声变换器144上，其因此在所示实施例中用作进行发射的超声变换器并且发射超声波形式的信号148。相应地，在图4中以2表示的开关位置中，超声变换器146进行发射并且发射超声信号150。例如可以在开关位置I和2之间来回转换。然而以下从开关S1的开关位置I出发，在所述位置中超声变换器144是进行发射的超声变换器，并且在所述开关位置中超声变换器146用作控制传感器152，其接收相应于信号148的接收信号。在开关S1的开关位置2的情况下，相应地超声变换器144成为控制传感器152。然而，替代地或附加地，也可以设有另外的控制传感器。对信号148——即接收信号的信号响应受传输路径140 影响。例如超声变换器144、146之间的路径可以由空气或另一流体介质流过，这在图4中以参考标记154表示。通过开关S2在所示实施例中检测以参考标记156表示的接收信号。在此,优选相反地运行开关S1和开关S2 (如在图4中示出的那样)，使得分别超声变换器144、146中的一个作为进行发射的超声变换器运行(在图4中的开关位置中，超声变换器144)并且分别另一个作为控制传感器152运行(在图4中，超声变换器146)。用作传输路径140的超声信道的频率响应不仅通过其激励频率而且通过传输路径140自身并且通过超声变换器144、146的谐振频率确定。在图5和6中示出方法和装置的不同实施例，借助于它们例如可以分析处理根据图4中的装置的接收信号156。例如可以首先以数字化的形式接收所述接收信号156。在此，在接收时可以在开关S1和S2的开关位置I和2之间来回转换，使得超声变换器144、146交替用作进行发射的超声变换器和用作控制传感器。超声变换器144、146的这些交替接收的数字化的接收信号可以存储在寄存器158、160中。如果图4中的超声变换器144、146中的仅仅一个用作发射器而另一个用作控制传感器152—即在开关Sp S2的一个确定的开关位置中，则也可以使用仅仅一个寄存器158。随后，在方法步骤162中构成相关函数。这例如可以是寄存器150和160中超声变换器144、146的接收信号之间的互相关函数。替代地或附加地，也可以构成接收信号中的仅仅一个的自相关函数。随后在方法步骤166中分析处理如此构成的相关函数164，以便确定所述接收信号156的接收频率。这例如可以通过如下方式进行确定所述相关函数164的最大值和/或最小值或者过零点。这在图6中示例性地示出。这里示出了作为以微秒为单位的时间t的函数的任意单位的相关信号。示例性地，在这里求取最大值168和/或过零点170。例如，图6中所示的函数可以涉及互相关函数。随后在图5中由如此确定的特征点——例如最大值、最小值、过零点和/或由其可以确定图6中的信号的周期的其他点，所述周期确定这些点之间的距离。所述距离在图6中以Tu表示并且表示周期持续时间。由所述周期持续时间Tu的倒数可以求得接收信号频率。
可以通过不同的方式变换在图5和6中描述的方法。如果例如实施互相关,则可以通过图4中的超声信道在相同或相反的方向上以时间顺序传输两个脉冲。超声脉冲的周期性再次作为图6中的相关函数中的偏移的函数。也可以由作为过零点、最大值或最小值的其他量在图5中确定超声脉冲的周期持续时间Tu。尤其是当除激励频率以外超声信号振幅不显著受干扰量影响时，也可以使用接收信号的振幅自身作为调节器的输入量，其使超声信号振幅最大。只要最重要的影响量和谐振频率之间的关系一例如环境温度和谐振频率之间的关系至少大体已知，则通常也可以测量所述影响量并且将其用作用于第一次激励过程的开始值和/或用作激励频率调节的合理性验证。可以由所述影响量例如借助于组合特征曲线和/或计算规则来估计谐振频率。至少一个经调节的谐振频率通常可以用作其他计算算法的输入量。例如可以在谐振频率与影响量——例如环境影响之间的关系已知和/或单调的情况下由所述关系输出所述影响量的信息，例如以超声变换器的或环境的温度的形式和/或以关于所述温度的信息的形式。 在所有的实现变型方案中，超声信号自身可以由电激励的超声变换器144自身接收，例如在脉冲-回声运行中。替代地或附加地，所述接收也可以如图4示出的那样由至少一个另外的超声变换器146实施，其用作控制传感器152。又替代地，也可以分析处理之前电激励的超声变换器144、146的瞬变振荡。尤其是也可以在一个唯一的调节电路中实施多个超声变换器144、146的谐振频率的调节。在此，可以直接调节激励信号的频率和/或系统频率，由所述系统频率又导出激励，例如以所述系统频率的因子的形式。可以通过不同的方式使用在图I中示意性表示的用于实施根据本发明的方法的设备，尤其是传感器元件110。传感器元件110尤其可以在超声流量测量中使用。替代地或附加地，本发明完全可以有利地用于电运行超声变换器的场合中，例如在汽车中的泊车辅助中一用于通过自动化技术的距离测量或者相似的设备中。
权利要求
1.用于运行至少一个超声变换器(116;144，146)的方法，其中，以激励频率激励所述超声变换器(116 ;144，146)来发射超声波，其中，由至少一个控制传感器(152)检测至少一个接收信号(156)，其中，借助于所述接收信号(156)将所述发射调节到至少一个额定频率上。
2.根据上一权利要求所述的方法，其中，在调节所述发射时产生误差信号(132)，并且由所述误差信号(132)产生用于激励所述超声变换器(116 ； 144,146)的调节信号(136)。
3.根据上一权利要求所述的方法，其中，由所述误差信号(132)和/或所述调节信号(136)产生关于至少一个影响量的至少一个信息，所述至少一个影响量影响所述超声变换器(116 ； 144,146)的谐振频率。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述额定频率是所述超声变换器(116 ； 144,146)的谐振频率或者是相对于所述谐振频率偏移了一个预给定的频率偏移的频率。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述接收信号(156)的频率，其中，在随后的发射过程中通过以下方式中的一种或者多种来选择所述激励频率 -将所述激励频率调节到所述接收信号(156)的频率上； -将所述激励频率调节到相对于所述接收信号(156)的频率偏移了一个预给定的频率偏移的频率上； -借助于跟踪算法如此改变所述激励频率，使得所述激励频率接近所述接收信号(156)的频率； -借助于跟踪算法如此改变所述激励频率，使得所述激励频率接近相对于所述接收信号(156)的频率偏移了一个预给定的频率偏移的频率。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，产生所述接收信号(156)的频谱，并且由所述频谱的最大值和/或最小值和/或过零点得出所述接收信号(156)的频率。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，检测所述接收信号(156)的周期性，并且由所述周期性得出所述接收信号(156)的频率。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，分析处理所述接收信号(156)的相位或相位变化。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述接收信号的至少一个相位或相位变化，其中，如此选择所述额定频率，使得所述接收信号的相位至少在预给定的时间期间基本上保持恒定。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，构成所述接收信号(156)的相关，并且由所述相关得出所述接收信号(156)的频率。
11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述相关包括所述接收信号(156)的自相关和/或不同的超声变换器(116;144，146)的两个接收信号(156)的互相关。
12.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于以下方法中的一种或多种检测所述接收信号(156) -在通过至少一个传输路径(140)之后由另一个超声变换器(116 ； 144,146)检测所述接收信号(156)； -由进行发射的超声变换器(116 ;144，146)自身检测所述接收信号(156)，尤其是在脉冲-回声运行中和/或瞬变振荡信号中。
13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，检测至少一个影响量，其中，所述影响量影响所述超声变换器(116;144，146)的谐振频率，其中，由所检测的影响量借助于所述影响量与所述谐振频率之间的已知关系求得所述激励频率的开始值。
14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于一个唯一的调节装置(112)调节多个超声变换器(116 ; 144，146)，其中，直接调节各个超声变换器(116 ; 144，146)或者调节系统频率，由所述系统频率导出所述超声变换器(116;144，146)的激励频率。
15.设备，特别是传感器元件(110)，用于检测流体介质的至少一种特征，包括至少一个超声变换器(116 ; 144，146)，其中，所述超声变换器(116 ; 144，146)被设置用于发射超声波(116 ;144，146)，其中，所述设备还包括至少一个控制传感器(152)，用于检测接收信号(156)，其中，所述设备还包括至少一个调节装置(112)并且被设置用于实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行至少一个超声变换器(116；144，146)的方法。以激励频率激励所述超声变换器(116；144，146)来发射超声波。由至少一个控制传感器(152)检测至少一个接收信号(156)。借助于所述接收信号(156)将所述发射调节到至少一个额定频率上。
文档编号G01S7/524GK102792181SQ201080060943
公开日2012年11月21日 申请日期2010年9月22日 优先权日2009年11月9日
发明者B·奥皮茨, D·迪克, G·许弗特勒, M·赫斯特布林克, R·基泽, T·朗 申请人:罗伯特·博世有限公司