智能汽車(chē)測(cè)控技術(shù)

第2講超聲波傳感器1.定義

1.聲波及超聲波

第2講超聲波傳感器1.定義

1.聲波及超聲波特點(diǎn)：超聲波具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線(xiàn)而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測(cè)距的方法簡(jiǎn)單，成本低。第2講超聲波傳感器1.定義

2.超聲波傳感器定義：超聲波傳感器也稱(chēng)超聲波雷達(dá)，它是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，是在超聲波頻率范圍內(nèi)將交變的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)或?qū)⑼饨缏晥?chǎng)中的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件。第2講超聲波傳感器1.定義

2.超聲波傳感器分類(lèi)：第2講超聲波傳感器1.定義

2.超聲波傳感器分類(lèi)：第2講超聲波傳感器1.定義

2.超聲波傳感器分類(lèi)：按照工作頻率分類(lèi)，超聲波雷達(dá)有40kHz、48kHz、58kHz三種。一般來(lái)說(shuō)，頻率越高，靈敏度越高，但水平與垂直方向的探測(cè)角度也越小，汽車(chē)測(cè)距超聲波雷達(dá)主要使用40kHz。第2講超聲波傳感器1.定義

2.超聲波傳感器分類(lèi)：按使用場(chǎng)景分類(lèi)，汽車(chē)超聲波雷達(dá)有超聲波泊車(chē)輔助（UltrasonicParkingAssistant，UPA）和全自動(dòng)泊車(chē)輔助（AutomaticParkingAssistant，APA）兩種。UPA探測(cè)距離在15~250cm之間，安裝在汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠上，用于汽車(chē)側(cè)面障礙物的測(cè)距。通常，一套汽車(chē)倒車(chē)輔助系統(tǒng)需要在車(chē)后安裝4個(gè)UPA，而自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)需要在倒車(chē)輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再增加車(chē)前4個(gè)UPA和車(chē)側(cè)4個(gè)APA。第2講超聲波傳感器2.組成及原理

超聲波傳感器按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱(chēng)為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來(lái)工作的。壓電效應(yīng)有正向壓電效應(yīng)和逆向壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接收探頭。第2講超聲波傳感器2.組成及原理

1.結(jié)構(gòu)組成聲波探頭結(jié)構(gòu)如下圖所示，它主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜、導(dǎo)電螺桿、接線(xiàn)片及金屬殼等組成。壓電晶片多為圓板形，厚度為δ。超聲波頻率f與其厚度δ成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作導(dǎo)電的極板。吸收塊（阻尼塊）的作用是降低晶片的機(jī)械品質(zhì)，吸收聲能量。如果沒(méi)有吸收塊（阻尼塊），當(dāng)激勵(lì)的電脈沖信號(hào)停止時(shí)，晶片將會(huì)繼續(xù)振蕩，加長(zhǎng)超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。第2講超聲波傳感器2.組成及原理

2.超聲波傳感器收發(fā)過(guò)程以收發(fā)一體超聲波傳感器為例介紹其收發(fā)過(guò)程。收發(fā)一體超聲波傳感器有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)其兩極外加脈沖信號(hào)，且頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，根據(jù)逆壓電效應(yīng)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振版振動(dòng)產(chǎn)生超聲波。超聲波產(chǎn)生過(guò)程如右圖所示。逆壓電效應(yīng)應(yīng)第2講超聲波傳感器2.組成及原理

2.超聲波傳感器收發(fā)過(guò)程反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將迫使壓電晶片振動(dòng)，根據(jù)正壓電效應(yīng)在晶片的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測(cè)量電路，最后記錄或者顯示出來(lái)，這時(shí)它就成為超聲波接收器。超聲波接收器接收超聲波的過(guò)程如右圖所示。第2講超聲波傳感器2.組成及原理

2.超聲波傳感器測(cè)距原理時(shí)間差測(cè)距法：

第2講超聲波傳感器2.組成及原理

2.超聲波傳感器測(cè)距原理那超聲波的聲速怎么求呢？由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關(guān)。看表3-3可知：在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕ＵＲ阎F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度T時(shí)，超聲波傳播速度V的計(jì)算公式為：V=331.45+0.607T。確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距的原理。第2講超聲波傳感器3.參數(shù)及性能

超聲波傳感器主要有以下特性參數(shù)和性能：

第2講超聲波傳感器4.優(yōu)缺點(diǎn)

1.超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)頻率相對(duì)固定簡(jiǎn)單、體積小、成本低靈敏度較高抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)可在室內(nèi)、黑暗中使用第2講超聲波傳感器4.優(yōu)缺點(diǎn)

2.超聲波傳感器的缺點(diǎn)在速度很高時(shí)測(cè)量距離具有局限性只能測(cè)量距離，不可以測(cè)量方位對(duì)于低矮、圓錐、過(guò)細(xì)的障礙物或者溝坎，超聲波雷達(dá)不容易探測(cè)到回波信號(hào)受覆蓋或者干擾，有盲區(qū)第2講超聲波傳感器4.應(yīng)用

以汽車(chē)倒車(chē)探測(cè)器（倒車(chē)?yán)走_(dá)）為例，說(shuō)明超聲波傳感器在汽車(chē)上的具體應(yīng)用。選用封閉型的發(fā)射超聲波傳感器MA40EIS和接收超聲波。超聲波傳感器MA40EI