减少超声波传感器余振的方法、超声波芯片及超声波装置与流程

1.本发明涉及传感及信息处理技术领域，具体涉及一种减少超声波传感器余振的方法、超声波芯片及超声波装置。


背景技术：

2.超声波传感器在各个领域都有很多的应用，如在检测液位方面，超声波传感器可检测各种液体的液位，探测透明物体和材料，控制张力以及测量距离，在倒车雷达方面，防碰撞系统和自动泊车辅助系统，adas系统中都有超声波传感器的身影。在倒车雷达中超声波传感器具有非常广泛的应用。
3.超声波传感器的关键部件是探芯，即压电陶瓷片，探芯在交变电压驱动下发生机械弯曲带动空气振动，从而发送超声波出去，当交变驱动信号消失后由于压电陶瓷物理特性的原因机械振动没有立即停止，有个消停过程，即所谓的余振。由于余振的存在，造成余振过程中有障碍物反射信号时无法接收，就造成余振距离段是盲区，系统无法识别障碍物，就有可能发生泊车碰撞，使系统性能下降。
4.本领域都知道余振的存在会造成系统盲区，所以很多人都想方设法减少余振来缩小盲区，虽然有改善，但改善程度并不多，效果不明显，没有跃的提升，原因是所采用方法不够理想。
5.目前市场上普遍采用如下方法来缩小余振：
6.参见图1所示，一串发射波后是余振，常规没有补偿时余振一般大于1.5ms,利用反向抵消脉冲补偿有机会降到1.2ms左右，原理是用相位相反的脉冲来抵消其振动波，图中p1、p2、p3
…
是补偿脉冲的个数，t0是补偿脉冲的起始位置，t是补偿脉冲的宽度，p1、p2、p3
…
脉冲数、t0、t一般是可设置的，根据实际情况来设置，设置多少取决于余振能降到最小为原则，问题是：
7.1.每个传感器的余振幅值由于离散性原因是不一样的，但补偿脉冲幅值是固定的，这样无法兼顾所有传感器的情况，即无法完全补偿所有传感器，补偿效果每个传感器略有差别，离散性大；
8.2.余振一般前面脉冲幅值大，后面幅值小，但补偿脉冲幅值是固定的，这样前面脉冲补偿幅值可能不够，后面脉冲补偿过头，无法前后脉冲兼顾做很好的补偿；
9.3.余振前一个脉冲的情况往往影响到后面脉冲的变化，采用固定脉冲补偿，根本无法预知前一个脉冲补偿后，后一个脉冲如何变化，但还是用相同补偿脉冲来补偿，有点瞎蒙补偿的做法；
10.4.由于余振后段幅值一般比较小，而补偿脉冲幅值全程固定，所以一般只补偿前面几个脉冲，后面幅值小的余振脉冲一般就不补偿了，但这些脉冲毕竟还是余振的一部分，这样就造成余振无法补偿彻底，也就是有些余振脉冲没有做补偿，即余振只会有量化的变化，无法产生跃减少的变化；
11.5.由以上第1～4点可知，存在补偿过头或前段补偿好而后段补偿不到位的情况，
参见图2所示，这样的后果就可能存在拉尖，即误把补偿过头的补偿脉冲或补偿不到位的余振误识别为障碍物信号而误报，效果适得其反，现实中已有不少这方面经验欠缺的人员吃过这个苦头。
12.综上，这种余振补偿方法只会有改善，但无法产生跃的明显减少变化。


技术实现要素：

13.有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种减少超声波传感器余振的方法、超声波芯片及超声波装置，其能够明显减少余振，产生跃的明显减少变化。
14.所采用的技术方案为：
15.本发明的一种减少超声波传感器余振的方法，可采用方案一或方案二，其中方案一包括如下步骤：
16.s1.用ad模块采样超声波传感器余振的第一次n个采样点的幅值，其中n为自然数；然后用da模块输出相同幅值但相位相反的电压值来抵消补偿这第一次的n个采样点；
17.s2.用ad模块采样超声波传感器余振的第二次n个采样点的幅值，然后用da模块输出相同幅值但相位相反的电压值来抵消补偿这第二次的n个采样点；
18.s3.重复依照步骤s1、s2方式完成，直到余振值落在需要的范围内；
19.方案二包括如下步骤：
20.adc采样后直接控制dac输出值相同但相位相反的信号给到超声波传感器。
21.进一步地，方案一中，s3需要的范围为小于0.5ms。
22.本发明的一种减少超声波传感器余振的超声波芯片，在所述超声波芯片中集成有：
23.ad模块，其用于采样超声波传感器余振的m次n个采样点的幅值,其中，n为自然数，m为大于2的自然数。
24.da模块，其用于输出相同幅值但相位相反的电压值来抵消补偿每一次的n个采样点。
25.本发明的一种减少超声波传感器余振的超声波装置，包括：
26.超声波传感器，其发出超声波信号后产生了余振波信号；
27.信号放大器，其用于将信号放大；
28.adc，其用于将余振波信号的模拟信号转换为数字信号；
29.dsp，其用于将数字信号进行处理；
30.逻辑电路，其用于逻辑控制dsp数字信号的处理，以输出值相同但相位相反的数字控制信号；
31.dac，其受逻辑电路控制，用于将数字信号转换为模拟信号输出；
32.升压电路，其用于将模拟信号进行升压后回馈到超声波传感器。
33.进一步地，所述信号放大器包括串联的第一级信号放大器和第二级信号放大器。
34.本发明的有益效果在于：
35.方案一的优点是：
36.1.点对点补偿，幅值完全对等，不存在补偿不够或过头的说法，使补偿效果最好；
37.2.所有后面点都是在前面点补偿后重新扫描后再补偿，避免了前面点补偿后使后
面点发生变化的情况，确保每个点补偿都是对等对称的；
38.3.可以根据需要补偿多少个余振点，灵活，比如要优先考虑余振值大小的话，我们可以采用n值小的补偿方式，理论上n＝1造成的余振值会最小，但补偿时间会长，若余振值要求没那么高，同时又想节省补偿时间，则可以采用值n较大的方式，假设n是一个余振脉冲的采样点数，则可以认为一个脉冲一个脉冲地补偿，即每次补偿一个脉冲，这样补偿时间较短，但补偿没那么彻底，补偿后的余振值会大些；要怎么补偿由用户根据需要做决定，方式灵活。
39.4.以上方式均只用常规、成熟的ad、da模块，在超声波芯片中集成这两个模块容易实现，成本低，但效果明显，即能够明显减少余振，产生跃的明显减少变化。
40.方案二同样可以具有容易实现、产生效果明显、使用灵活、成本低的优点。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为背景技术中的市场上普遍采用的缩小余振的方法中的波形示意图。
43.图2为背景技术中的市场上普遍采用的缩小余振的方法中产生拉尖的示意图。
44.图3为实施例1的减少超声波传感器余振的方法中的波形示意图。
45.图4为图3中a处的放大波形示意图。
46.图5为实施例2的减少超声波传感器余振的超声波装置的结构示意图。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.实施例1
49.参见图3-图4所示，本实施例的一种减少超声波传感器余振的方法，包括如下步骤：
50.s1.用ad模块采样超声波传感器余振的第一次n个采样点的幅值，其中n为自然数；然后用da模块输出相同幅值但相位相反的电压值来抵消补偿这第一次的n个采样点；作为一种具体实施方式，参见图3-图4所示，用ad采样余振第一个n个采样点的幅值(如图4中v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7、v8)，然后用da输出相同幅值但相位相反的电压值(即-v1、-v2、-v3、-v4、-v5、-v6、-v7、-v8)来抵消补偿这n个采样点；
51.s2.用ad模块采样超声波传感器余振的第二次n个采样点的幅值，然后用da模块输出相同幅值但相位相反的电压值来抵消补偿这第二次的n个采样点；
52.s3.重复依照步骤s1、s2方式完成，直到余振值落在需要的范围内，例如直到余振值小于0.5ms。
53.该方法的优点是：
54.1.点对点补偿，幅值完全对等，不存在补偿不够或过头的说法，使补偿效果最好；
55.2.所有后面点都是在前面点补偿后重新扫描后再补偿，避免了前面点补偿后使后面点发生变化的情况，确保每个点补偿都是对等对称的；
56.3.可以根据需要补偿多少个余振点，灵活，比如要优先考虑余振值大小的话，我们可以采用n值小的补偿方式，理论上n＝1造成的余振值会最小，但补偿时间会长，若余振值要求没那么高，同时又想节省补偿时间，则可以采用值n较大的方式，假设n是一个余振脉冲的采样点数，则可以认为一个脉冲一个脉冲地补偿，即每次补偿一个脉冲，这样补偿时间较短，但补偿没那么彻底，补偿后的余振值会大些；要怎么补偿由用户根据需要做决定，方式灵活。
57.4.该方法能够明显减少余振，产生跃的明显减少变化，能够使余振值落在需要的范围内，例如使余振值小于0.5ms。其中“产生跃的明显减少变化”即是无拉尖现象，补偿到位，能够使余振值落在需要的范围内。
58.实施例2
59.对应实施例1的减少超声波传感器余振的方法，可以设置对应的一种减少超声波传感器余振的超声波芯片，在超声波芯片中集成有ad模块和da模块。
60.其中，ad模块，其用于采样超声波传感器余振的m次n个采样点的幅值,其中，n为自然数，m为大于2的自然数。
61.da模块，其用于输出相同幅值但相位相反的电压值来抵消补偿每一次的n个采样点。
62.通过ad模块采样余振各点ad值，然后对应位置输出相同数值但相位相反的da值来抵消余振，每补偿一个点，就扫描下一个点ad值，再相同办法补偿对应位置da值，直到余振小到合理的范围。
63.这样可以有针对性进行余振点相位补偿，位置、数值不会偏差，没有补偿过头的情况，同时点补偿后扫描先下一点后再补偿，有效防止前一点补偿后影响下一个点的余振ad值变化，使各点余振补偿到位，补偿最彻底。
64.ad模块、da模块均可只用常规的、成熟的ad模块、da模块，在超声波芯片中集成这两个模块容易实现，成本低，但效果明显，即能够明显减少余振，产生跃的明显减少变化。
65.实施例3
66.本实施例的一种减少超声波传感器余振的方法，包括如下步骤：
67.adc采样后直接控制dac输出值相同但相位相反的信号给到超声波传感器。
68.相比实施例1，本实施例同样可以具有容易实现、产生效果明显、使用灵活、成本低的优点。
69.实施例4
70.为实现实施例2的方法，对应设置了一种减少超声波传感器余振的超声波装置，参见图5所示，包括超声波传感器1、信号放大器、adc 3、dsp 4、逻辑电路5、dac 6和升压电路7。
71.其中，超声波传感器1，其发出超声波信号后产生了余振波信号；
72.信号放大器2，其用于将信号放大；作为一种具体实施方式，可以信号放大器可以
为两级，包括串联的第一级信号放大器21和第二级信号放大器22。
73.adc 3，其用于将余振波信号的模拟信号转换为数字信号；
74.dsp 4，其用于将数字信号进行处理；
75.逻辑电路5，其用于逻辑控制dsp数字信号的处理，以输出值相同但相位相反的数字控制信号；
76.dac 6，其受逻辑电路控制，用于将数字信号转换为模拟信号输出；
77.升压电路7，其用于将模拟信号进行升压后回馈到超声波传感器。
78.adc即模数转换器；dac即数模转换器；dsp即信号处理器；超声波传感器、信号放大器、adc、dsp、逻辑电路和dac均是目前现有的成熟的模块，本领域技术人员根据上述的用途就可以分别实现超声波传感器、信号放大器、adc、dsp、逻辑电路和dac。本实施例是将这些模块创造性地集成在一个超声波装置里，以解决本发明特定的技术问题，实现特定的技术效果：即能够明显减少余振，产生跃的明显减少变化。
79.实施例1-2是逐点采样后逐点补偿的方式，所需要的时间略长，若对采样时间长有一定要求，也可以采用实施例3-4采样后直接补偿的实现方式：adc采样后直接控制dac输出值相同但相位相反的信号给到超声波传感器，这种方法是从adc采样到dac输出会略有一定延时，但只要延时时间可以接受或系统上做一定补偿值，这个延时还是可以忽略的，在允许的范围之内。
80.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。