超聲波傳感器工作原理及應(yīng)用

汽車電子測距方法一般分為四種形式:超聲波、激光、毫米波和CCD攝像機(jī)。測距傳感器安裝在汽車的車道輔助系統(tǒng)、停車輔助系統(tǒng)、制動(dòng)力輔助系統(tǒng)和主動(dòng)巡航系統(tǒng)中，大多采用超聲波傳感器。超聲波是指工作頻率在20kHz以上的機(jī)械波。超聲波傳感器具有發(fā)射和接收聲波的雙重功能，因此被稱為集成傳感器。

1.超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)原理目前，壓電超聲波傳感器常用于汽車上。超聲波傳感器的關(guān)鍵部件是塑料或金屬外殼內(nèi)的壓電芯片，它通過兩根導(dǎo)線與控制器連接，通過導(dǎo)線將發(fā)射的電信號和返回的電信號傳輸給控制器。壓電超聲傳感器是通過壓電晶體的共振來工作的。超聲波傳感器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。脈沖信號施加到它的兩極。當(dāng)其頻率等于壓電晶片的自然振蕩頻率時(shí)，壓電晶片就會(huì)發(fā)生諧振，帶動(dòng)共振板振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。相反，如果在兩個(gè)電極之間沒有施加電壓，當(dāng)共振板接收到回聲時(shí)，它迫使壓電晶片振動(dòng)，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電信號，然后它就變成了超聲波接收器。

總之，超聲波傳感器既能發(fā)射超聲波，又能接收超聲波。發(fā)射超聲波時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為超聲波；當(dāng)接收到回波時(shí)，它將超聲波的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號，因此被稱為“超聲波換能器”

超聲波發(fā)射器向某個(gè)方向發(fā)射超聲波，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。超聲波在空空氣中傳播，途中遇到障礙物立即返回。超聲波接收器在接收到反射波后立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣體中的傳播速度為340 m/s，根據(jù)定時(shí)器記錄的時(shí)間t，通過邏輯電路的處理和計(jì)算，可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)與障礙物的距離，計(jì)算公式如下:

L=3401/2，其中L為測點(diǎn)與被測障礙物的距離；30是超聲波在空氣體中傳播的近似速度；1是超聲波遇到障礙物后從發(fā)射器到接收器的時(shí)間。

2.超聲波傳感器功能性能特征

由于圓形壓電晶片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其發(fā)射的超聲波具有一定的指向性，波束的截面類似于橢圓，因此探測范圍有限，探測角度為水平面120°，垂直面60°。

超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低。

②超聲波對雨雪霧有很強(qiáng)的穿透力，在惡劣天氣下也能工作。

③超聲對光和顏色不敏感，可用于識(shí)別透明和反射性差的物體。

④不易受環(huán)境電磁場干擾。

超聲波傳感器的缺點(diǎn)

①測距速度不如激光測距和毫米波測距。

②超聲波有一定的擴(kuò)散角，只能測量距離，不能測量方位，只能低速使用，汽車前后保險(xiǎn)杠不同方位必須安裝多個(gè)超聲波傳感器。③發(fā)射信號和余震信號都會(huì)覆蓋或干擾回波信號，因此低于一定距離就會(huì)失去探測功能，這也是普通超聲波傳感器的探測距離必須大于30cm的原因之一，如果小于這個(gè)距離，系統(tǒng)就無法探測到障礙物。因此，更好的解決方案是在安裝超聲波傳感器的同時(shí)安裝攝像頭。