FR2968770B1 - Procede et dispositif de saisie d'un objet dans un environnement par un signal d'ultrasons - Google Patents
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Abstract
Procédé de saisie comprenant l'émission d'un signal d'ultrasons et la réception du signal d'écho. On génère le signal d'ultrasons en excitant un transducteur d'ultrasons (110) avec une unique impulsion rectangulaire (10) par cycle de saisie, et ayant un premier flanc montant (12) et un second flanc descendant (14, 14').
Description
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un procédé de saisie d’un objet dans un environnement comprenant : l’émission d’un signal d’ultrasons et la réception d’un signal d’écho correspondant au renvoi du signal d’ultrasons par l’objet. L’invention se rapporte également à un dispositif pour générer un signal d’ultrasons mettant en œuvre du procédé.
Etat de la technique
Il est connu notamment dans le domaine des systèmes de manœuvre de rangement des véhicules (aide au stationnement) de détecter l’environnement par un procédé d’échos impulsionnels. La distance minimale de saisie résulte notamment de la vitesse de commutation entre le mode d’émission et le mode de réception. En particulier si l’on utilise des convertisseurs ou transducteurs acoustiques, la fin de l’oscillation du transducteur à la fin de l’émission ne permet pas de commuter immédiatement.
Il est connu de diminuer la fin de l’oscillation par un amortissement acoustique. Mais cet amortissement diminue l’intensité du signal et ainsi la portée du procédé de détection.
Le document EP 0 623 395 Al propose de diminuer la fin de l’oscillation par un élément RC ou par une source faiblement oh-mique, complémentaire reliée de manière ciblée au transducteur pour ainsi fixer son comportement de fin d’oscillation. Ces moyens permettent d’amortir la fin de l’oscillation après l’excitation du transducteur par un grand nombre d’impulsions d’excitation.
Ainsi les moyens connus d’excitation et ensuite d’amortissement de l’oscillation d’un transducteur acoustique sont des moyens compliqués, nécessitant notamment une commande précise et complexe dans le temps des différents moyens. En outre selon l’état de la technique, il faut des moyens supplémentaires pour réaliser l’amortissement souhaité. Enfin le générateur utilisé pour l’excitation a une structure complexe pour d’une part générer une salve d’impulsions précise dans le temps et d’autre part avoir une tension de sortie suffisamment forte pour la portée usuelle du transducteur.
But de 1’invention
La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif permettant de générer de manière simple des impulsions de détection et de raccourcir le temps de la fin de l’oscillation. Exposé et avantages de l’invention A cet effet la présente invention a pour objet un procédé de saisie d’un objet dans un environnement comprenant l’émission d’un signal d’ultrasons et la réception du signal d’écho correspondant au renvoi du signal d’ultrasons par l’objet, ce procédé étant caractérisé en ce qu’on génère le signal d’ultrasons en excitant un transducteur d’ultrasons avec une unique impulsion rectangulaire par cycle de saisie, l’impulsion rectangulaire ayant un premier flanc montant et un second flanc descendant. L’invention a également pour objet un dispositif générant un signal d’ultrasons comprenant un générateur mono-impulsion pour générer une seule impulsion rectangulaire d’une durée d’impulsion et un transducteur d’ultrasons relié au générateur et ayant en commande un comportement capacitif, la durée de l’impulsion du générateur mono-impulsion correspondant à une ou plusieurs périodes de la fréquence de résonance du transducteur d’ultrasons.
Ainsi le procédé et le dispositif selon l’invention correspondent à une structure économique et simple de l’unité d’émission dans un système de détection appliquant le procédé de l’éco-impulsionnel. La fin des oscillations est neutralisée ou amortie de manière efficace et simple. Cela permet de disposer d’un système de détection permettant de détecter même des objets particulièrement proche du transducteur. Cela est important en particulier pour les systèmes d’assistance aux manœuvres de stationnement, pour permettre un guidage précis même pour des distances très faible. Enfin l’application de l’invention est particulièrement simple et permet d’utiliser des composants largement diffusés. En particulier on peut utiliser les systèmes existant au prix de légères modifications pour appliquer l’invention. Des modes de réalisation spécifiques de l’invention permettent de commander le transducteur avec des tensions élevées bien que l’on ne dispose que d’une tension d’alimentation réduite, et cela sans avoir à développer ou utiliser des composants coûteux tels que les transformateurs.
Selon l’invention, on applique une unique impulsion rectangulaire au transducteur dont le premier flanc montant fait osciller le transducteur jusqu’au second flanc descendant. Le second flanc descendant termine l’oscillation propre du transducteur. Ainsi avec une impulsion rectangulaire unique on peut développer le signal d’excitation sous la forme d’un premier flanc et d’un signal d’amortissement actif sous la forme du second flanc qui arrête l’oscillation du transducteur par une combinaison destructive ou amortissement actif. Le premier flanc montant utilise la propriété des transducteurs d’ultrasons de continuer d’osciller après avoir été excités, de façon qu’un seul flanc génère une ou plusieurs périodes d’excitation. Pour commander dans le temps, de manière précise le second flanc descendant pour avoir une combinaison destructive, optimale, il suffit de commander de manière précise la durée de l’impulsion rectangulaire ce qui ne nécessite pas de moyens particuliers car il s’agit d’une forme d’impulsion particulièrement simple.
Ainsi l’invention développe un procédé de saisie d’un objet dans un environnement consistant à émettre un signal d’ultrasons et recevoir le signal d’écho. Le signal d’écho correspond au signal d’ultrasons renvoyé par l’objet. L’invention génère le signal d’ultrasons en excitant le transducteur d’ultrasons avec une unique impulsion rectangulaire par cycle de détection de saisie. L’impulsion rectangulaire a un premier flanc montant et un second flanc descendant. Le transducteur d’ultrasons est excité pour osciller par le premier flanc et fournir ainsi le signal d’ultrasons. Le second flanc descendant termine ce mouvement d’oscillation propre par la combinaison destructive du second flanc et du mouvement oscillant du transducteur d’ultrasons.
Pour arriver à la combinaison destructive, le second flanc coïncide pratiquement avec le début d’une demi-onde du mouvement oscillant. En outre le sens de la demi-onde d’oscillation est opposé à celui du second flanc. Le début d’une demi-onde d’oscillation correspond ainsi de préférence à un passage par zéro. Le mouvement oscillant c’est à dire l’oscillation mécanique du transducteur d’ultrasons transférée aux bornes électriques du transducteur développe la demi-onde d’oscillation qui se combine au second flanc. La transposition de l’oscillation mécanique sur les bornes électriques du transducteur d’ultrasons résulte de l’image électro-acoustique équivalente du transducteur d’ultrasons. La combinaison destructive entre le second flanc et la demi-onde d’oscillation peut se faire de manière électrique ou mécanique/acoustique. On évite ainsi des combinaisons destructives incomplètes qui pourraient résulter du déphasage lié à la conversion électroacoustique. Un tel déphasage apparaît dans le schéma équivalent.
Selon un autre développement de l’invention, le transducteur d’ultrasons est un transducteur capacitif qui ne transforme que la composante alternative d’un signal. De cette manière, seul le premier et le second flanc agissent sur le transducteur alors que la période intermédiaire d’amplitude constante ou d’amplitude lentement variable n’a pratiquement pas d’effet sur le transducteur d’ultrasons. Le schéma équivalent d’un transducteur d’ultrasons capacitif comprend une capacité série traversée par le courant d’excitation. Selon l’invention, le transducteur d’ultrasons est excité de manière capacitive. Pour cela, le transducteur d’ultrasons possède lui-même les caractéristiques capacitives indiquées ci-dessus ou encore le signal d’excitation est fournit au transducteur d’ultrasons par l’intermédiaire d’une capacité série, séparée. Le transducteur d’ultrasons peut ainsi être excité de manière capacitive en appliquant le signal d’excitation par une capacité série externe ou en ce que le schéma équivalent du transducteur d’ultrasons présente lui-même une telle capacité série traversée par le signal d’excitation.
Selon le développement de l’invention, le transducteur d’ultrasons est excité de manière capacitive comme indiqué ci-dessus. La quantité d’énergie transmise au transducteur d’ultrasons par le second flanc est inférieure d’une différence de quantité d’énergie par rapport à la quantité d’énergie transmise par le premier flanc au transducteur d’ultrasons. Cela se réalise par une hauteur de flanc plus faible ou une pente de flanc moins raide pour le second flanc par rapport au premier flanc. Le couplage capacitif est le comportement sélectif en fréquence du transducteur d’ultrason résulte d’une autre forme de flanc notamment d’une hauteur moindre et/ou d’une autre pente de flanc se traduisant par un autre transfert d’énergie. Ce mécanisme permet d’avoir une quantité d’énergie que le second flanc transmet au transducteur d’ultrasons qui est plus faible que la quantité d’énergie que lui transfère le premier flanc. En outre le transducteur d’ultrasons a une fonction de transfert sélective en fréquence qui augmente en plus la quantité d’énergie transférée dans le cas d’un flanc plus raide par rapport au flanc moins raide. Le développement individuel du premier et du second flanc permet ainsi de fournir séparément la quantité d’énergie utilisée pour l’excitation et celle utilisée pour l’amortissement actif. En particulier la quantité d’énergie du second flanc peut être différente de la quantité d’énergie du premier flanc de cette même impulsion rectangulaire.
De façon préférentielle, la quantité d’énergie transférée par le second flanc au transducteur d’ultrasons est inférieure à la quantité d’énergie par laquelle le premier flanc excite le transducteur d’ultrasons. Ainsi la seconde quantité d’énergie apportée pour la combinaison destructive (pour terminer la fin de l’oscillation) peut être inférieure d’une différence de la quantité d’énergie déterminée à la quantité d’énergie par laquelle le premier flanc excite le transducteur d’ultrasons. Pour terminer aussi efficacement que possible la fin de l’oscillation, on tient compte de l’énergie que le transducteur d’ultrasons transforme entre le premier et le second flanc à partir de l’énergie du mouvement oscillant en d’autres formes d’énergie. Comme autre forme d’énergie, il y a notamment l’énergie acoustique rayonnée et l’énergie perdue par l’amortissement mécanique. La différence d’énergie correspond notamment à une énergie perdue qui est la somme de l’énergie acoustique, rayonnée et de l’énergie d’amortissement du transducteur d’ultrasons produite entre le premier et le second flanc. L’énergie de rayonnement acoustique correspond à l’énergie que le transducteur rayonne comme onde sonore entre la première et la seconde impulsion. L’énergie d’amortissement est celle de l’amortissement mécanique du transducteur d’ultrasons entre le premier et le second flanc. En tenant compte de cette différence de quantité d’énergie, la combinaison destructive réalisée par le second flanc ne se traduit pas par une suroscillation mais par une combinaison destructive pratiquement com plète. En d’autres termes, cette différence de quantité d’énergie réduit le mouvement oscillant du transducteur d’ultrasons par l’amortissement de l’oscillation entre le premier et le second flanc.
Selon une caractéristique importante, l’invention comporte un montage en cascade pour générer les flancs, à partir d’une tension de fonctionnement par exemple de 12 ou 24 volts pour développer une tension d’excitation significativement plus élevée générant le premier et le second flanc. Le transducteur d’ultrasons est ainsi excité par un montage en cascade de composants stockant de l’énergie. Les composants stockant de l’énergie sont notamment des condensateurs permettant de générer la tension d’excitation. On peut toutefois envisager également des inductances permettant de développer une intensité de courant correspondante. Le montage en cascade est alimenté par un signal alternatif, en particulier par un signal alternatif de tension pour charger les composants.
Selon une première variante de l’invention utilisant un montage en cascade, le signal alternatif qui génère le premier flanc est fourni avec une fréquence ou une amplitude plus élevées que celles du signal générant le second flanc. Grâce à cette fréquence plus élevée, on transfère plus d’énergie aux différents composants au cours d’une unité de temps donné. De la même manière, une amplitude plus élevé permet de charger plus fortement les composants. La fréquence ou l’amplitude plus élevées se traduisent chaque fois par une amplitude plus élevée du premier flanc que celle du second flanc. En variante, le signal alternatif générant le second flanc aura une fréquence ou une amplitude diminuées pour avoir une pente plus faible pour le second flanc. La pente du flanc résulte de la diminution de la fréquence ou de l’amplitude du signal alternatif. Le premier flanc peut également être généré par un signal alternatif de fréquence ou d’amplitude variables ; toutefois, la vitesse d’excitation est inférieure à celle générant le second flanc. Il en résulte automatiquement une pente de flanc plus grande pour le premier flanc par comparaison avec celle du second flanc. Cette pente plus faible du second flanc combinée aux caractéristiques capacitives du transducteur d’ultrasons ou de l’excitation du transducteur d’ultrasons se traduit par une moindre hauteur de flanc transformée par le trans ducteur d’ultrasons. Ainsi le second flanc transmet comme souhaité une énergie plus faible que le premier flanc et correspondant à la différence des quantités d’énergie. A côté de la possibilité de transférer des quantités d’énergie différentes par le premier et le second flanc, on peut également générer la forme souhaitée pour les flancs en faisant varier la fréquence ou l’amplitude du signal alternatif. En particulier, on peut générer une forme de flanc avec moins d’harmoniques. En particulier la fréquence et/ou l’amplitude du signal alternatif sont choisies pour générer dans le transducteur une forme impulsionnelle pour chaque flanc, ayant une faible teneur en harmoniques. De façon préférentielle la fonction S (fonction sigmoïde) et des fonctions approchées ont une teneur en harmoniques particulièrement faible. Par exemple une impulsion « cosinus accentuée » (raised cosine ; filtre de Nyquist) correspond à une telle fonction approchée. L’énergie accumulée dans le montage en cascade peut être utilisée directement pour exciter le transducteur d’ultrasons relié à ce montage. En outre l’énergie commandée dans le montage en cascade pourra d’abord être accumulée pour ensuite être transférée au transducteur à ultrasons par une installation de commutation commandée dont la commande génère chaque flanc.
Selon un développement de l’invention, le transducteur d’ultrasons est excité par le montage en cascade de composants stockant de l’énergie et alimentés par un signal alternatif. Le signal alternatif accumule de l’énergie électrique dans le montage en cascade avant le premier flanc et avant le second flanc. Les quantités d’énergie sont transférées au début du premier flanc et au début du second flanc au transducteur d’ultrasons par l’installation de commutation commandée. On génère ainsi les flancs. Au début du premier flanc et au début du second flanc on ferme l’installation de commutation commandée. Après le premier flanc et après le second flanc, l’installation de commutation opposée est ouverte pour accumuler de nouveau de l’énergie électrique dans le montage en cascade. L’installation de commutation peut passer ainsi directement d’un état non conducteur à un état conducteur (avec une résistance pratiquement nulle) ou encore elle peut comporter des éléments tels qu’une inductance ou un condensateur pour le change ment de l’état de commutation. Cela permet de définir la pente des différents flancs. Par exemple pour générer le second flanc on ne peut modifier plus lentement l’état de commutation que pour générer le premier flanc. Pour cela on utilisera l’installation de commutation pour que la pente du second flanc soit inférieure à celle du premier flanc.
De manière préférentielle, la direction du second flanc est opposée à celle du premier flanc. Pour cela on peut utiliser un dispositif d’inversion de polarité qui inverse la polarité de la tension d’excitation entre les deux flancs. En particulier un montage en cascade peut être suivit par une installation de changement de polarité pour inverser la tension de sortie ou le courant de sortie entre les flancs. Selon un développement de l’invention, le montage en cascade fournit une tension de sortie ou un courant de sortie dont la polarité sera inversée entre les deux flancs. On pourra notamment utiliser l’installation d’inversion de polarité décrite ci-dessus pour changer la polarité de la tension de sortie ou le sens de l’intensité de sortie.
Selon un autre développement, l’intervalle de temps compris entre le premier et le second flanc correspond à une ou plusieurs (nombre entier) périodes de la fréquence de résonnance du transducteur d’ultrasons. La fréquence de résonance dépend de la construction du transducteur d’ultrasons notamment de la masse oscillante et de la rigidité du ressort. La fréquence de résonance dépend aussi du type de support ou de fixation du transducteur d’ultrasons, de l’influence sur la masse oscillante effective ou de la dureté du ressort. La construction du transducteur d’ultrasons influence en outre la différence de la quantité d’énergie que le transducteur perd entre le premier et le second flanc par suite du rayonnement ou de l’amortissement. La différence de quantité d’énergie dépend notamment de la surface de rayonnement ainsi que le cas échéant de l’amortissement mécanique résulte notamment de la fixation du transducteur d’ultrasons et le cas échéant du matériau d’amortissement acoustique utilisé et qui agit mécaniquement sur le transducteur d’ultrasons.
Le transducteur d’ultrasons utilisé est notamment un transducteur piézo-électrique dont le schéma équivalent comporte selon la construction, une capacité série. Le procédé s’applique notamment pour saisir un objet dans l’environnement d’un véhicule notamment d’un véhicule automobile. Le procédé peut s’appliquer dans le cadre d’un système d’assistance aux manœuvres de rangement dans un emplacement de stationnement ou dans le système d’assistance du conducteur. Le transducteur d’ultrasons est installé à l’extérieur du véhicule et dirigé vers l’environnement du véhicule. Le procédé peut être exécuté en particulier par des systèmes d’assistance de conduite ou des systèmes d’assistance aux manœuvres de rangement dans les emplacements de stationnement.
Enfin l’invention se rapporte à un dispositif générant un signal d’ultrasons. Le dispositif comporte comme déjà indiqué un générateur mono-impulsion pour générer une unité impulsion rectangulaire et auquel est relié un transducteur d’ultrasons. Le transducteur d’ultrasons a un comportement de commande de type capacitif ; en particulier le transducteur d’ultrasons est un élément piézo-électrique. Le générateur mono-impulsion rectangulaire avec une durée d’impulsion correspondant à une ou à plusieurs (nombre entier) de périodes de la fréquence de résonnance du transducteur d’ultrasons.
Selon un développement préférentiel le dispositif selon l’invention comporte un générateur mono-impulsion générant un premier et un second flanc. En particulier le générateur mono-impulsion génère le premier flanc montant avec une pente ou une hauteur de flanc, différente. En particulier le second flanc descendant a une pente ou une hauteur inférieure à celles du flanc montant. La pente du flanc ou la hauteur du flanc fournis par le générateur mono-impulsion sont choisis pour que la différence de quantité d’énergie corresponde à une certaine énergie perdue. L’énergie perdue est l’énergie que le transducteur d’ultrasons perd pendant la durée de l’impulsion à cause du rayonnement qu’il génère et de l’amortissement mécanique. La différence de la quantité d’énergie se rapporte à une première quantité d’énergie à une seconde quantité d’énergie par lesquels le premier et le second flanc excite le transducteur d’ultrasons. La différence de quantité d’énergie correspond à l’énergie d’oscillation mécanique du transducteur d’ultrasons. La pente du flanc et/ou la hauteur du flanc correspondent à la quantité d’énergie avec laquelle les flancs excitent ou bloquent mécaniquement le transducteur d’ultrasons.
Selon un autre développement, le générateur monoimpulsion comporte un générateur de signal alternatif relié à un montage en cascade de composants stockant de l’énergie. Le générateur de signal alternatif fournit le signal alternatif décrit ci-dessus et le montage en cascade présente les caractéristiques déjà développées. Le générateur de signal alternatif commande le montage en cascade pour générer le second flanc avec une amplitude ou une fréquence plus faible que pour générer le premier flanc. Dans ce développement, le transducteur d’ultrasons est relié de préférence directement à la sortie du montage en cascade. Suivant une variante de réalisation, le générateur monoimpulsion comporte un générateur de signal alternatif relié à un montage en cascade de composants stockant de l’énergie ainsi qu’à une installation de commutation reliant un montage en cascade. Le transducteur d’ultrasons est relié à la sortie de l’installation de commutation. L’installation de commutation transmet le signal fournit par le montage en cascade, c’est à dire un signal de tension ou d’intensité pour générer le second flanc avec une amplitude ou une pente de flanc plus faible pour le transducteur d’ultrasons que le premier flanc. L’installation de commutation peut comporter une inductance ou une capacité que l’on peut brancher. La capacité ou l’inductance sont reliées au montage en cascade pour générer le second flanc du transducteur d’ultrasons ; pour obtenir le premier flanc on a soit une liaison directe soit une liaison par une capacité ou une inductance de valeur inférieure à l’inductance ou la capacité ci-dessus.
Selon un développement spécifique du dispositif, le montage en cascade est suivi d’un circuit inverseur de polarité. Le circuit inverseur de polarité est relié à la sortie du montage en cascade et il est conçu pour réaliser une inversion de polarité entre le premier et le second flanc.
De manière générale selon l’invention, le transducteur d’ultrasons est excité par deux flancs ayant de préférence des directions opposées. Le tracé du signal entre le premier et le second flanc est constant ou une pente maximale significativement plus faible que celle des flancs. Du fait de l’excitation capacitive du transducteur d’ultrasons, on peut considérer que la zone comprise entre le premier et le second flanc est une zone pratiquement sans composant alternatif. Même si le niveau du signal varie suivant un faible coefficient de variation. La sélectivité de la fréquence du transducteur d’ultrasons doit être pris en compte à cause du comportement résonnant. Selon l’invention on considère comme impulsion rectangulaire toutes les formes d’impulsion ayant un premier et un second flanc avec entre les flancs un coefficient de variation qui est soit nul soit significativement inférieur au coefficient de variation du premier et du second flanc. Le coefficient de variation entre les flancs est de préférence inférieur d’au moins un coefficient 10, 100, 1000 ou plus par rapport au coefficient de variation du premier et du second flanc.
Selon l’invention, le second flanc descendant et la quantité d’énergie ainsi transmise termine pratiquement complètement l’oscillation mécanique du transducteur d’ultrasons. Comme décrit ci-dessus la différence de quantité d’énergie est adaptée au comportement d’amortissement du transducteur. On prévoit de préférence un transducteur sans amortissement mécanique supplémentaire. Notamment le transducteur d’ultrasons utilisé ne comporte pas de mousse d’amortissement qui serait en contact avec la surface oscillante du transducteur d’ultrasons.
La durée comprise entre le premier et le second flanc c’est à dire la durée de l’impulsion est de préférence inférieure à 0,4 ou moins de 0,3 et plus particulièrement moins de 0,15 ms, cela permet de détecter des objets situés à une distance minimale de l’ordre de 15, 10 ou 5 cm.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de procédé de saisie d’un objet dans l’environnement et d’un dispositif pour sa mise en œuvre représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un chronogramme représentant une impulsion rectangulaire et les énergies correspondantes transmises au transducteur d’ultrasons selon l’invention, - la figure 2 montre un mode de réalisation du dispositif selon l’invention.
Description de modes de réalisation
La figure 1 montre une impulsion rectangulaire 10 selon l’invention ayant un premier flanc montant 12 et un second flanc descendant 14. Le tracé du signal d’excitation compris entre les flancs 12 et 14 a ainsi une faible pente et se traduit par un transfert d’énergie négligeable pour exciter de manière capacitive le transducteur d’ultrasons. L’énergie 20 injectée par ce premier flanc 12 dans le transducteur d’ultrasons se traduit par la première onde positive du mouvement oscillant 30. A partir de la fin du flanc 12, le transducteur d’ultrasons continue son mouvement oscillant 30. Le mouvement oscillant 30 perd de plus en plus d’énergie comme cela apparaît par l’amplitude décroissante du mouvement oscillant 30. Au début du second flanc 14, le mouvement oscillant correspond à un passage par zéro et à ce point le mouvement oscillant 30 est opposé à l’effet de l’apport d’énergie 22 fournit par le second flan 14 et le transducteur d’ultrasons. La combinaison destructive qui en résulte du mouvement oscillant 30 par l’effet du second flanc 22 se traduit directement par la fin du mouvement oscillant 30. De la même manière que le mouvement oscillant 30 est réduit entre les deux flancs 12 et 14, l’apport d’énergie 22 du second flanc est inférieur à l’apport d’énergie 20 du premier flanc. L’apport d’énergie selon lequel diminue le mouvement oscillant 30 correspond ainsi à la différence d’énergie entre les quantités d’énergie 20 et 22. Du fait du faible nombre d’oscillations entre le premier et le second flanc, même pour une faible dispersion, on peut calculer d’une manière suffisamment précise, le passage par zéro et la diminution d’énergie du mouvement oscillant. Le début du second flanc 14 peut ainsi être commandé de manière précise dans le temps. De la même manière à partir de la différence d’énergie prévisible on détermine la hauteur du flanc 14. Le niveau des quantités d’énergie 20, 22 correspond à la surface des rectangles représentés.
Le segment 40 montre une variante de tracé du signal d’excitation entre les flancs 12 et 14. Il apparaît que le coefficient de variation du segment 40 est inférieur au coefficient de variation des seg ments 12 et 14. Du fait du comportement capacitif du transducteur d’ultrasons le segment 40 ne transfère pas une quantité d’énergie importante au transducteur. Néanmoins le segment 40 peut avoir une excursion d’amplitude relativement forte dans la mesure où la pente est significativement plus faible que celle des flancs 12 et 14. En particulier dans le segment 40, l’amplitude du signal d’excitation peut descendre à zéro comme cela est par exemple le cas si l’on utilise des montages en cascade pour assurer l’excitation. Pour une meilleure compréhension on a représenté les flancs 12 et 14 avec des pentes relativement faibles. En particulier, la différence d’énergie 24 est représentée de façon agrandie et il en est de même du coefficient d’atténuation du mouvement 30. La durée des flancs 12 et 14 par rapport à la durée comprise entre les flancs 12 et 14 peut être significativement plus grande que cela est représenté à la figure 1. Le segment 40 correspond uniquement à un tracé symbolique et peut correspondre à un procédé d’amortissement.
La figure 1 montre en outre un second flanc 14’ en variante. Il apparaît que ce flanc à certes la même course que le premier flanc 12. Toutefois le flanc alternatif 14’ par comparaison aux flancs 12 ou 14 a une pente significativement plus faible, c’est à dire que la pente du flanc est significativement plus faible. Du fait des caractéristiques capacitives ou du couplage capacitif du transducteur d’ultrasons et notamment du fait des propriétés d’excitation sélectives en fréquence du transducteur d’ultrasons on a ainsi un apport d’énergie 22’ significativement plus faible transmis par le flanc 14’ au transducteur pour être transformé en une oscillation mécanique. On a ainsi un second moyen pour réduire significativement la pente du second flanc par rapport à celle du premier flanc pour arriver à la différence de quantité d’énergie souhaitée. En principe on peut combiner ces deux moyens de façon que le second flanc présente par rapport au premier flanc une hauteur plus faible et une pente plus faible.
La figure 2 montre un mode de réalisation du dispositif selon l’invention sous la forme d’un schéma par blocs. Le dispositif comporte un générateur mono-impulsion 100 relié à un transducteur d’ultrasons 110 représenté schématiquement, pour commander ce transducteur. Le transducteur d’ultrasons 110 a un comportement de commande capacitive comme cela est représenté schématiquement par le condensateur série 112. Le transducteur d’ultrasons peut être constitué notamment par un élément piézo-électrique. Les transducteurs piézoélectriques ont pour caractéristique générale un comportement de commande capacitif. En outre les transducteurs piézo-électriques ont habituellement un comportement de commande sélectif en fréquence.
Le générateur mono-impulsion 100 comporte un générateur de signal alternatif 120 de préférence un générateur de tension alternative. Le générateur mono-impulsion 100 comporte en outre un montage capacitif en cascade 130 représenté schématiquement pour exciter le générateur de signal alternatif 120. Une première variante consiste à relier la sortie du montage en cascade 130 directement au convertisseur d’ultrasons 110. Dans cette variante, le générateur de signal alternatif 120 excite le circuit en cascade 130 pour générer le second flanc d’une autre manière que celle donnant le premier flanc de façon que le second flanc représente une hauteur de flanc plus faible ou une pente de flanc plus faible. Pour cela, le générateur mono-impulsion excite le générateur de signal alternatif 120 avec une amplitude plus faible ou une fréquence plus faible.
Selon une autre variante, deux autres composants 140, 150 sont interposés entre le montage en cascade 130 et le transducteur d’ultrasons 110. Ces composants sont représentés en traits interrompus. Dans cette variante, le générateur de signal alternatif 120 comporte comme second autre composant, un circuit inverseur de polarité 140 et une installation de commutation 150. Le circuit inverseur de polarité 140 est conçu pour inverser la polarité de la tension de sortie du montage en cascade 130 entre le premier et le second flanc. L’installation de commutation 150 génère le premier et le second flanc en passant chaque fois à l’état fermé, pour relier de manière ciblée le montage en cascade 130 par l’intermédiaire du circuit d’inversion de polarité 140 au transducteur d’ultrasons 110. La fermeture de l’installation de commutation 150 génère les flancs. L’installation de commutation 150 se ferme plus lentement pour générer le second flanc que pour générer le premier flanc. Il en résulte des pentes de flancs différentes. En outre l’installation de commutation 150 peut avoir une im pédance plus élevée pour le premier flanc que pour le second flanc. L’impédance est par exemple la résistance ou la capacité entre l’entrée et la sortie de l’installation de commutation 150.
Les deux alternatives évoquées ci-dessus peuvent être combinées ou être utilisées indépendamment l’une de l’autre.
On peut également inverser l’ordre des composants, c’est à dire l’ordre du circuit inverseur de polarité 140 et de l’installation de commutation.
Le dispositif selon l’invention peut ne comporter que le circuit inverseur de polarité 140 entre le montage en cascade 130 et le transducteur d’ultrasons 110; il peut également ne comporter que l’installation de commutation 150 entre le montage en cascade 130 et le transducteur d’ultrasons 110.
Le générateur mono-impulsion 100 est alimenté à partir du réseau embarqué du véhicule. Le réseau embarqué 160 est notamment un réseau faiblement ohmique avec une tension de 12 volts ou de 24 volts. Selon le symbole du réseau embarqué 160 son alimentation est principalement assurée par un accumulateur.
De façon générale dans la description qui précède, l’expression « pente du flanc » désigne l’amplitude de la pente du flanc.
NOMENCLATURE 10 Impulsion rectangulaire 12 Un premier flanc montant 14, 14’ Second flanc descendant 20 Quantité d’énergie 22, 22’ Quantité d’énergie 24 Différence d’énergie 30 Mouvement oscillant 40 Segment de la courbe du signal d’excitation 110 Transducteur d’ultrasons 112 Capacité série 120 Générateur de signal alternatif 130 Montage capacitif en cascade 140 Circuit inverseur de polarité 150 Installation de commutation 160 Réseau embarqué
Claims (1)
- R EVE ND IC ATI Q N S 1°) Procédé de saisie d’un objet dans un environnement comprenant : l’émission d’un signal d’ultrasons et la réception du signal d’écho correspondant au renvoi du signal d’ultrasons par l’objet, selon lequel on génère le signal d’ultrasons en excitant un transducteur d’ultrasons (110) avec une unique impulsion rectangulaire (10) par cycle de saisie, * l’impulsion rectangulaire ayant un premier flanc montant (12) et un second flanc descendant (14, 14% caractérisé en ce que le transducteur d’ultrasons est excité par un montage en cascade (130) de composants stockant de l’énergie et alimenté par un signal alternatif, - le signal alternatif établit une quantité d’énergie électrique chaque fois en amont du premier flanc (12) et du second flanc (14, 145) du montage en cascade (130), cette quantité d’énergie étant transmise au transducteur d’ultrasons (110) au début du premier ou du second flanc par une installation de commutation (150), commandée pour générer les flancs (12 ; 14 ; 14% et - l’installation de commutation commandée (150) est fermée au début du premier flanc (12) et au début du second flanc (14, 14% 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second flanc (14, 145) coïncide pratiquement avec le début d’une de-mi-onde d’oscillation du transducteur d’ultrasons et le sens de la demi-onde d’oscillation est opposé au sens du second flanc (14, 14% 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le transducteur d’ultrasons (110) est excité de manière capacitive et le second flanc (14, 14’) transmet au transducteur d’ultrasons (110) une quantité d’énergie (22) plus faible par hauteur de flanc réduite ou par sa pente de flanc réduite par comparaison à celles du premier flanc, cette quantité d’énergie inférieure à la quantité d’énergie (20) apportée par le premier flanc (12) au transducteur d’ultrasons (110) correspondant à une différence d’énergie (24), * la différence d’énergie (24) correspond à l’énergie perdue qui est la somme de l’énergie acoustique rayonnée et de l’énergie d’amortissement du transducteur d’ultrasons (110) se produisant entre le premier flanc (12) et le second flanc (14). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - le transducteur d’ultrasons (110) est excité par un montage en cascade (130) de composants stockant de l’énergie et qui sont alimentés par un signal alternatif, - le signal alternatif générant le premier flanc (12) a une fréquence plus élevée ou une amplitude plus grande que le signal générant le second flanc (14, 14*) de façon que le premier flanc (12) présente une plus grande hauteur de flanc, ou - le signal alternatif pour générer le second flanc (14, 14^ a une fréquence décroissante ou une amplitude diminuée pour que le second flanc (14, 14*) présente une pente plus faible. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le montage en cascade (130) génère une tension de sortie ou une intensité de courant de sortie dont la polarité est inversée entre les deux flancs (12 ; 14 ; M’). 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’intervalle de temps compris entre le premier et le second flanc correspond à une ou plusieurs périodes d’une fréquence de résonance qui résulte de la construction du transducteur d’ultrasons (110) et, le cas échéant, de la nature de la fixation du transducteur d’ultrasons (110). 7°) Dispositif pour générer un signal d’ultrasons comprenant : - un générateur mono-impulsion (100) pour générer une seule impulsion rectangulaire d’une durée d’impulsion et un transducteur d’ultrasons (110) relié au générateur et ayant en commande un comportement capacitif, - la durée de l’impulsion du générateur mono-impulsion (100) correspondant à une ou plusieurs périodes de la fréquence de résonance du transducteur d’ultrasons (110), caractérisé en ce que le transducteur d’ultrasons est excité par un montage en cascade (130) de composants stockant de l’énergie et alimenté par un signal alternatif, - le signal alternatif établit une quantité d’énergie électrique chaque fois en amont du premier flanc (12) et du second flanc (14, 149 du montage en cascade (130), cette quantité d’énergie étant transmise au transducteur d’ultrasons (110) au début du premier ou du second flanc par une installation de commutation (150), commandée pour générer les flancs (12 ; 14 ; 149, et - l’installation de commutation commandée (150) est fermée au début du premier flanc (12) et au début du second flanc (14, 149- 8°) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le générateur d’impulsion (100) génère un premier flanc montant (12) et un second flanc descendant (14, 149 de moindre pente ou de moindre hauteur de flanc que le premier flanc montant (12), - la pente ou la hauteur du flanc étant telles que la différence de quantité d’énergie (24) qui en résulte correspond à l’énergie perdue par le transducteur d’ultrasons (110) par son rayonnement lié à sa construction et par l’amortissement pendant la durée de l’impulsion. 9°) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le générateur mono-impulsion (100) comporte un générateur de signal alternatif (120) auquel est relié un montage en cascade (130) formé de composants stockant de l’énergie, ~ le générateur de signal alternatif (120) excite le montage en cascade (130) pour générer le second flanc (14, 14’J avec une amplitude ou une fréquence propre plus faible que pour générer le premier flanc (12), ou - le générateur mono-impulsion (100) comporte un générateur de signal alternatif (120), un montage en cascade (130) avec des composants stockant de l’énergie, relié au générateur ainsi qu’un circuit de commutation (150) relié au montage en cascade (130), - l’installation de commutation (150) transmet le signal fournit par le montage en cascade (130) pour générer le second flanc (14, 14’J avec une amplitude plus faible ou une pente de flanc plus faible au transducteur d’ultrasons (110) que pour générer le premier flanc (12), et - de préférence le montage en cascade (130) est suivi d’un circuit inverseur de polarité (140).
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