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KR101887901B1 - 초음파 센서 구동 장치 및 초음파 센서 구동 방법 - Google Patents

초음파 센서 구동 장치 및 초음파 센서 구동 방법 Download PDF

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KR101887901B1
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현대오트론 주식회사
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Abstract

송신 펄스의 제공이 중단된 후 트랜스듀서가 여진을 계속하는 여진 구간 동안 동안에 초음파가 최초 수신되고, 최초 수신 시로부터 일정 시간 내에 다른 초음파 신호가 수신되는 경우에, 초음파의 송신 시로부터 최초 수신 시까지의 비행 시간에 기초하여 외부 물체와의 거리를 출력할 수 있는 초음파 센서 구동 장치 및 초음파 센서 구동 방법이 제공된다. 상기 초음파 센서 구동 장치는 초음파를 송신 및 수신하는 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부; 수신된 초음파에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭기; 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 디지털 신호를 포락선 추출 처리하는 신호처리부; 및 상기 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 분석하여 외부 물체와의 거리를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

초음파 센서 구동 장치 및 초음파 센서 구동 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING ULTRASONIC SENSOR}
본 발명은 초음파 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 센서를 구동하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 업체들은 차량 안전 관련 기술 개발을 통해 보다 진보한 안전 기술들을 시장에 출시하고 있다. 이 중 대표적인 것은, 운전자지원시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance System)으로 주로 주차와 연관되어 사용되고 있다. 특히, 주차 시에 차량과 물체의 거리를 소리로 알려주는 주차 보조 시스템(Parking Assistance System), 자동주차지원시스템(Automatic Parking Assistance System) 등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 시스템에서 핵심적인 기술은 초음파 센서를 통하여 차량 주변 물체들의 위치나 차량과의 거리를 측정하는 기술이다.
초음파 센서는 외부 물체와의 거리를 측정하기 위하여 비가청 대역인 20Khz대 이상의 주파수를 가지는 초음파를 송신한 후, 외부 물체로부터 반사되어 나오는 초음파 반향(echo)을 센싱하는 센서이다. 자동차에서는 이러한 초음파 센서에서 센싱된 초음파 반향을 활용하여, 자동차 주변의 물체와의 거리를 측정하고, 경고음, 차량 디스플레이에 표시하는 등 다양한 방식으로 운전자에게 알려주게 된다.
종래의 초음파 센서를 활용한 거리 측정 장치는 센싱하는 거리 범위나 정확성에 한계가 있었다. 특히, 초음파 센서는 트랜스듀서의 물리적인 진동을 이용하는 것이기 때문에, 트랜스듀서를 한 번 송신한 후에는 트랜스듀서의 물리적인 진동이 멈출 때까지 기다린 후에야 수신되는 반향인지 여부를 정확하게 확인할 수가 있다. 따라서, 초음파 센서를 활용한 근거리 측정에는 한계가 있었다.
그러나, 기존 초음파 센서의 센싱 범위나 정확성의 한계를 뛰어넘는 다양한 응용 분야에 대한 수요들이 점차 높아짐에 따라 초음파 센서를 활용한 거리를 측정하는 기존 시스템들의 개선이 절실하게 되었다. 예컨대, 좁은 주차 공간에서 보다 효율적인 주차를 위해 현재보다 더 짧은 거리를 센싱할 수 있어야 하는 등 다양한 이유에서 기존 초음파 센서의 센싱 범위의 확장과 정확성의 향상이 필요하게 되었다.
특허 공개 번호 10-2005-0006750[공개일: 2005년 1월 17일]
본 발명은 상술한 기술적 문제에 대응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생하는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 것으로, 송신 펄스의 제공이 중단된 후 트랜스듀서가 여진을 계속하는 여진 구간 동안 동안에 초음파가 최초 수신되고, 상기 최초 수신 시로부터 일정 시간 내에 다른 초음파 신호가 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시로부터 상기 최초 수신 시까지의 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력함으로써 실체 물체의 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있는 초음파 센서 구동 장치 및 초음파 센서 구동 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 장치는 초음파를 송신하고 및 상기 초음파에 대한 반향을 수신하는 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부; 상기 반향에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭된 전기적 신호를 디지털 원신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 상기 디지털 원신호를 포락선 추출 처리하여 포락선 추출 처리된 신호를 생성하는 신호처리부; 및 상기 디지털 원신호 및 상기 포락선 추출 처리된 신호에 기초하여 외부 물체와의 거리를 출력하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 송신 펄스에 따라 상기 초음파 센서의 트랜스듀서가 진동하는 제 1 구간, 상기 송신 펄스의 제공이 중단된 후 상기 트랜스듀서가 여진을 계속하는 제 2 구간 및 상기 트랜스듀서가 상기 여진을 중단하는 제 3 구간을 포함하는 상기 초음파 센서의 송수신 주기 중, 적어도 상기 제 2 구간에서 상기 디지털 원신호에 기초하여 상기 트랜스듀서의 진동 주파수의 변화를 모니터링하고, 적어도 상기 제 3 구간 동안 상기 포락선 추출 처리된 신호를 분석하며, 상기 제어부는, 상기 제 2 구간 동안에 상기 진동 주파수의 변화가 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 반향이 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시로부터 상기 최초 검출 시까지 소요된 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력할 수 있다.
이 경우, 상기 송신 펄스의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수와 반 공진 주파수의 중간 값일 수 있다.
또한, 상기 제 2 구간의 상기 여진의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 반향 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신시로부터 상기 최초 검출 시까지의 비행 시간을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 진동 주파수의 위상 또는 주파수 변화를 검출하는 위상/주파수 변화 검출부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 방법은, 초음파 센서를 통하여 송신 펄스에 따라 초음파를 송신하고 상기 초음파에 대한 반향을 수신하는 단계; 상기 반향에 대한 전기적 신호를 증폭하는 단계; 상기 증폭된 전기적 신호를 디지털 원신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 원신호를 포락선 추출 처리하여 포락선 추출 처리된 신호를 생성하는 신호처리 단계; 및 상기 디지털 원신호 및 상기 포락선 추출 처리된 신호에 기초하여 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계를 포함하며, 상기 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계는, 상기 송신 펄스에 따라 상기 초음파 센서의 트랜스듀서가 진동하는 제 1 구간, 상기 송신 펄스의 제공이 중단된 후 상기 트랜스듀서가 여진을 계속하는 제 2 구간 및 상기 트랜스듀서가 상기 여진을 중단하는 제 3 구간을 포함하는 상기 초음파 센서의 송수신 주기 중, 적어도 상기 제 2 구간에서 상기 디지털 원신호에 기초하여 상기 트랜스듀서의 진동 주파수의 변화를 모니터링하고, 적어도 상기 제 3 구간 동안 상기 포락선 추출 처리된 신호를 분석하는 단계; 및 상기 제 2 구간 동안에 상기 진동 주파수의 변화가 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 반향이 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시로부터 상기 최초 검출 시까지 소요된 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 송신 펄스의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수와 반 공진 주파수의 중간 값일 수 있다.
또한, 상기 제 2 구간의 상기 여진의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수일 수 있다.
또한, 상기 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계는, 상기 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 반향 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신시로부터 상기 최초 검출 시까지의 비행 시간을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 진동 주파수의 변화는 상기 진동 주파수의 위상 또는 주파수 변화에 기초하여 검출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 송신 펄스의 제공이 중단된 후 트랜스듀서가 여진을 계속하는 여진 구간 동안 동안에 트랜스듀서의 위상 또는 주파수 변화가 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간 내에 초음파 반향 신호가 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시로부터 상기 최초 검출 시까지의 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력함으로써 근접한 물체의 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 기존에는 여진 구간에서 물체 거리 측정이 불가능했기 때문에 근거리 물체 감지 범위가 약 30cm 정도 측정이 가능했지만, 본 발명에 따르면, 약 5cm의 근거리까지 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 여진구간에서 수신된 디지털 원신호의 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파가 복수 회 반사되는 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 반향이 복수 회 수신되는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신 초음파 및 복수회 수신되는 수신 초음파 반향을 나타낸 예이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 시스템은 초음파 센서(100) 및 초음파 센서 구동 장치(200)를 포함한다.
초음파 센서(100)는 트랜스듀서(transducer)를 포함한다. 이 경우, 초음파 센서(100)는 초음파 구동 장치(200)로부터 수신한 송신 펄스에 따라 트랜스듀서를 진동시켜서 초음파를 송신한다. 그 후, 물체에서 반사되어 나오는 초음파의 반향(echo)이 다시 트랜스듀서를 진동시키면, 트랜스듀서가 물체의 진동을 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 통상적으로, 초음파의 송수신은 시간적으로 송신구간 및 수신구간으로 분리되고, 송/수신이 순차적, 반복적으로 이루어진다.
초음파 센서 구동 장치(200)는 구동부(210), 증폭부(220), 아날로그-디지털 변환기(ADC, 230), 신호처리부(240), 및 제어부(250)를 포함하며, 상술한 초음파 센서(100)의 트랜스듀서를 통한 초음파의 송수신을 제어하고, 수신된 초음파 반향을 분석하여 외부물체와의 거리를 산출한다.
구동부(210)는 송신 펄스를 트랜스듀서에 제공하여 트랜스듀서를 진동시켜 초음파를 송신한다. 초음파센서(100)는 송신된 초음파에 대한 반향을 수신하는 전기적 신호로 변환한다. 증폭기(220)는 상기 수신된 초음파 반향(414, 418)에 대한 전기적 신호를 증폭한다. 구동부(210)는 송신된 초음파와 수신된 초음파 반향의 수신 감도를 고려하여 초음파 센서(100)의 트랜스듀서의 공진 주파수와 반공진 주파수의 사이의 값으로 트랜스듀서가 진동할 수 있도록 송신 펄스를 출력할 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(230)는 증폭부(220)에서 증폭된 신호를 디지털로 변환하여, 신호처리부(240)에 전달할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 아날로그-디지털 변환기(230)에 의하여 디지털 신호로 변환된 신호가 제어부(250)에도 디지털 원신호(232)로서 입력된다.
신호처리부(240)는 초음파 반향에 대한 전기적 신호의 잡음을 제거하고, 포락선을 추출하는 등 제어부(250)에서 분석가능한 신호로 변환/처리하기 위한 모듈이다. 예를 들어, 각종 디지털 필터 등을 통하여 송신 주파수를 중심으로 일정 범위의 주파수 만을 걸러내는 대역 통과 필터, 대역 통과 필터를 거친 신호에서 포락선(envelope)을 추출하는 포락선 추출기, 추출된 포락선 신호의 노이즈를 추출하는 저대역 통과 필터 등을 포함할 수 있다.
제어부(250)는 위상/주파수 변화 검출부(252) 및 메모리(254)를 포함하며, 상기 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 분석하여 외부 물체와의 거리를 출력한다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 원리에 대하여 설명한 후, 제어부의 동작에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 초음파 센서를 이용한 거리 측정 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는 여진 구간인 제 2 구간의 디지털 원신호(232)를 나타낸 그래프이고, 도 3은 초음파 센서(100)과 근거리에 있는 외부 물체 사이의 초음파 신호의 반사를 나타낸 도면이며, 도 4는 신호처리부(240)에서 포락선 추출 처리된 신호를 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명에 따른 초음파 센서(100)의 송수신 주기를 나타낸 도면이다.
먼저, 설명하기에 앞서, 도 5를 참조하여, 초음파의 송수신 구간에 대하여 설명한다.
초음파 센서(100)은 도 5에 나타낸 바와 같은 송수신 구간에 의하여 구동되게 된다.
보다 상세하게는, 도 5를 참조하면, 상기 송수신 구간은, 상기 초음파 센서(100)의 트랜스듀서가 진동하는 제 1 구간(t0 ~ t1), 상기 송신 펄스의 제공이 중단된 후 트랜스듀서가 여진을 계속하는 제 2 구간(t1 ~ t2), 상기 트랜스듀서가 상기 여진을 중단하는 제 3 구간(t2 ~ 다음 초음파 센서 송신 시까지)을 포함한다. 이하의 설명에서는 상술한 송수신 구간을 이용하여 제어부(250)의 초음파 센서(100)의 제어에 대하여 상세하게 설명한다.
앞서 설명한 구동부(210)는 상기 제 1 구간에서 송신 펄스를 제공하여 초음파 센서(100)의 트랜스듀서를 진동시킨 후, 제 2 구간에 진입시 송신 펄스의 제공을 중단한다. 그러면, 트랜스듀서의 진동이 공진 주파수로 진동하면서 진동의 세기가 감쇄되어 제 2 구간의 종료 시점에 상술한 감쇄 진동을 중단하게 된다. 이러한 감쇄 진동을 여진이라 한다. 여진이 끝난 후, 다음 송신 펄스의 제공이 있을 때(제 3 구간)까지 트랜스듀서는 송신한 초음파의 반향이 수신되지 않는다면 진동을 멈춘다.
종래의 초음파 센서 구동 장치는 여진 구간인 제 2 구간에서는 여진의 영향으로 정확한 초음파 반향 추출이 어렵기 때문에 수신 신호를 처리하지 않았다. 따라서, 여진 구간의 측정이 불가능하여 근거리 측정에 한계가 있었으며, 자동차에 탑재되는 종래 초음파 센서의 경우에는 초음파 센서로부터 30cm 이내의 범위에서는 측정이 불가능했다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제어부(250)는 제 2 구간 동안에 아날로그-디지털 변환기(230)으로부터 수신한 디지털 원신호(232)를 모니터링한다. 초음파 센서(100)의 트랜스듀서는 송신 펄스에 의해 최초 공진 주파수로 구동되지 않더라도, 제 2 구간에서는 트랜스듀서는 물리적인 공진 주파수로 빠르게 변화하여 진동하게 된다. 그러나, 근접한 물체에서 반사된 초음파의 반향이 상기 제 2 구간에 수신되는 경우에는 트랜스듀서는 상기 공진 주파수와 반사된 초음파의 반향의 주파수의 합성 주파수로 진동을 하게 된다.
위상/주파수 변화 검출부(252)는, 트랜스듀서가 상기 합성 주파수로 진동하기 시작할 때(Tfc)를 검출하여 그 시간을 잠재적인 비행 거리(TOF1)로 메모리(254)에 저장할 수 있다.
도 3을 참조하면, 트랜스듀서와 물체가 매우 근접한 위치에 있을 때에 트랜스듀서가 진동하여 초음파를 발신(Burst)하게 되면, 물체에서 반사된 초음파 반향이 다시 트랜스듀서에 의해 2차적으로 반사되고, 트랜스듀서에서 2차적으로 반사된 초음파가 다시 물체에서 2차적으로 반사되게 된다. 송신된 초음파는 공간을 이동하면서 계속 감쇄하게 되는데, 소멸할 때까지 계속하여 이러한 부차적인 반사를 반복하게 된다. 따라서, 한번 송신하는 경우에도 물체가 매우 근접한 위치에 있는 경우에는 상호간의 반복적인 반사에 의하여 초음파 반향이 복수 회 수신되게 된다. 본 발명에서는 이러한 원리를 이용하여 근접 구간에서의 측정가능한 거리를 확장시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 제어부(250)는 상기 제 2 구간 동안에 초음파(414)가 위상/주파수 변화 검출부(252)에 의하여 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간(416) 내에 초음파 반향 신호(414)가 수신되는 경우(도 4 및 도 5 참조)에, 상기 메모리에 저장된 잠재적인 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력한다.
도 5와 같이, 외부 물체의 반사에 따른 초음파 반향(414)이 시간적으로 제 2 구간과 제 3 구간에 걸쳐 있을 경우는 미리 결정된 기준 시간(416) 내에 초음파 반향(414)이 수신되었으므로, 최초에 주파수의 변화가 검출되었던 시간(Tfc)을 기준으로 외부 물체와의 거리를 출력하게 된다. 따라서, 도 5와 같은 경우에는 2 차적인 반사파에 대한 반향(418) 없이도 여진 구간에서의 물체와의 거리를 산출할 수 있다.
종래에도 여진 구간에 대한 비행 거리 측정을 시도한 바가 있었으나, 통상적인 구성의 경우에는 여진 시의 트랜스듀서의 진동으로 인하여 신호처리부를 거치는 경우, 대부분의 신호가 필터 아웃되어 검출 자체가 어려웠다. 그리고, 2차적으로 반사되어 나오는 신호와 최초 검출 시점과의 거리가 일정 거리 이하일 경우에 최초 검출 시점을 비행거리로 출력하는 구성이 있었으나, 2차적으로 반사되어 나오는 신호 역시 세기가 매우 미약하여 안정적으로 여진 구간 내에 있는 비행 거리를 측정하기가 어려웠다.
하지만, 본 발명에서는 여진 구간 내의 디지털 원신호(232)의 위상/주파수 변화의 모니터링을 통하여 여진 구간에서의 물체의 반사파를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 근접하는 물체의 2 차적 반사를 이용하여 근접 물체의 검출의 정확성을 높였다. 단, 도 5의 실시예와 같이, 물체의 2차적 반사가 없더라도, 바로 외부 물체의 포락선이 검출되는 경우에는 근접 물체로 인식하고 정확한 근접 물체의 비행거리 검출이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 방법을 도 6를 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.
초음파 센서(100)를 통하여 송신 펄스(408)에 따라 초음파를 송신하고 상기 초음파(414)를 수신한다(단계 S502).
증폭기(220)는 상기 수신된 초음파(414)에 대한 전기적 신호를 증폭한다(단계 S504).
아날로그-디지털 변환기(230)는 상기 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여(단계 S506) 제어부(250) 및 신호처리부(240)에 디지털 원신호(232)로서 제공한다.
신호처리부(240)는 디지털 원신호를 포락선 추출 처리하고, 제어부(250)는 상기 디지털 원신호(232)를 모니터링하여 여진 구간인 제 2 구간 내에 주파수 변화가 있는지를 검출한다(단계 S508).
제어부(250)는 제 2 구간 내에 주파수 변화가 있고, 상기 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 분석하여 미리 정해진 일정 시간 내에 외부 물체가 검출되는 경우에 최초 여진 구간에서 검출된 주파수 변화 시점을 외부 물체와의 유효한 거리로 인식하고 외부 물체와의 거리를 출력한다(단계 S510).
구체적으로, 상기 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계(S510)는, 상기 송신 펄스에 따라 상기 초음파 센서의 트랜스듀서가 진동하는 제 1 구간(t0 ~ t1), 상기 송신 펄스의 제공이 중단된 후 상기 트랜스듀서가 여진을 계속하는 제 2 구간(t1 ~ t2) 및 상기 트랜스듀서가 상기 여진을 중단하는 제 3 구간(t2 ~ 다음 초음파 센서 송신 시까지)을 포함하는 상기 초음파 센서의 송수신 주기 중, 상기 제 2 구간에서 디지털 원신호(232)를 분석하고, 상기 제 3 구간(t2 ~ 다음 초음파 센서 송신 시까지) 동안 상기 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 분석한다.
상기 제 2 구간(t1 ~ t2) 동안에 트랜스듀서 진동 주파수의 변화가 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간 내에 초음파 반향 신호(414)가 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시(t0)로부터 상기 최초 검출 시(Tfc)까지의 비행 시간(t0 ~ Tfc)을 유효한 비행 시간으로 인식하고, 유효한 비행 시간(t0 ~ Tfc)에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력한다.
본 발명에 따르면, 송신 펄스의 제공이 중단된 후 트랜스듀서가 여진을 계속하는 여진 구간 동안 동안에 트랜스듀서의 위상 또는 주파수 변화가 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간 내에 초음파 반향 신호가 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시로부터 상기 최초 검출 시까지의 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력함으로써 근접한 물체의 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 기존에는 여진 구간에서 물체 거리 측정이 불가능했기 때문에 근거리 물체 감지 범위가 약 30cm 정도 측정이 가능했지만, 본 발명에 따르면, 약 5cm의 근거리까지 측정이 가능하다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 초음파 센서
200: 초음파 센서 구동 장치
220: 증폭기
230: 아날로그-디지털 변환기
240: 신호처리부
250: 제어부
260: 메모리

Claims (10)

  1. 초음파를 송신하고 및 상기 초음파에 대한 반향을 수신하는 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부(210);
    상기 반향에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭기(220);
    상기 증폭된 전기적 신호를 디지털 원신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 디지털 원신호를 포락선 추출 처리하여 포락선 추출 처리된 신호를 생성하는 신호처리부; 및
    상기 디지털 원신호 및 상기 포락선 추출 처리된 신호에 기초하여 외부 물체와의 거리를 출력하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 송신 펄스에 따라 상기 초음파 센서의 트랜스듀서가 진동하는 제 1 구간, 상기 송신 펄스의 제공이 중단된 후 상기 트랜스듀서가 여진을
    계속하는 제 2 구간 및 상기 트랜스듀서가 상기 여진을 중단하는 제 3 구간을 포함하는 상기 초음파 센서의 송수신 주기 중, 적어도 상기 제 2 구간에서 상기 디지털 원신호에 기초하여 상기 트랜스듀서의 진동 주파수의 변화를 모니터링하고, 적어도 상기 제 3 구간 동안 상기 포락선 추출 처리된 신호를 분석하며,
    상기 제 2 구간의 상기 여진의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수이며,
    상기 제어부는, 상기 제 2 구간 동안에 상기 트랜스듀서의 상기 공진 주파수와 상기 외부 물체에 반사된 초음파의 반향 주파수의 합성 주파수로 인한 상기 진동 주파수의 변화가 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 합성 주파수로 인한 상기 진동 주파수의 변화가 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시로부터 상기 최초 진동 주파수의 변화 검출 시까지 소요된 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력하는,
    초음파 센서 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 펄스의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수와 반 공진 주파수의 중간 값인,
    초음파 센서 구동 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 , 상기 제 2 구간 동안에 상기 진동 주파수의 변화가 최초 검출되는 경우에, 상기 초음파의 송신시로부터 상기 최초 검출 시까지의 비행 시간을 저장하는 메모리를 포함하는,
    초음파 센서 구동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진동 주파수의 위상 또는 주파수 변화를 검출하는 위상/주파수 변화 검출부를 포함하는,
    초음파 센서 구동 장치.
  6. 초음파 센서를 통하여 송신 펄스에 따라 초음파를 송신하고 상기 초음파에 대한 반향을 수신하는 단계;
    상기 반향에 대한 전기적 신호를 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 전기적 신호를 디지털 원신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 원신호를 포락선 추출 처리하여 포락선 추출 처리된 신호를 생성하는 신호처리 단계; 및
    상기 디지털 원신호 및 상기 포락선 추출 처리된 신호에 기초하여 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계는, 상기 송신 펄스에 따라 상기 초음파 센서의 트랜스듀서가 진동하는 제 1 구간, 상기 송신 펄스의 제공이 중단된 후 상기 트랜스듀서가 여진을 계속하는 제 2 구간 및 상기 트랜스듀서가 상기 여진을 중단하는 제 3 구간을 포함하는 상기 초음파 센서의 송수신 주기 중, 적어도 상기 제 2 구간에서 상기 디지털 원신호에 기초하여 상기 트랜스듀서의 진동 주파수의 변화를 모니터링하고, 적어도 상기 제 3 구간 동안 상기 포락선 추출 처리된 신호를 분석하는 단계; 및
    상기 제 2 구간의 상기 여진의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수이며, 상기 제 2 구간 동안에 상기 트랜스듀서의 상기 공진 주파수와 상기 외부 물체에 반사된 초음파의 반향 주파수의 합성 주파수로 인한 상기 진동 주파수의 변화가 최초 검출되고, 미리 정해진 일정 시간 내에 상기 합성 주파수로 인한 상기 진동 주파수의 변화가 수신되는 경우에, 상기 초음파의 송신 시로부터 상기 최초 진동 주파수의 변화 검출 시까지 소요된 비행 시간에 기초하여 상기 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계를 포함하는,
    초음파 센서 구동 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 송신 펄스의 주파수는 상기 트랜스듀서의 공진 주파수와 반 공진 주파수의 중간 값인,
    초음파 센서 구동 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 외부 물체와의 거리를 출력하는 단계는, 상기 제 2 구간 동안에 상기 진동 주파수의 변화가 최초 검출되는 경우에, 상기 초음파의 송신시로부터 상기 최초 검출 시까지의 비행 시간을 저장하는 단계를 더 포함하는,
    초음파 센서 구동 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 진동 주파수의 변화는 상기 진동 주파수의 위상 또는 주파수 변화에 기초하여 검출되는
    초음파 센서 구동 방법.
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