超聲波傳感器技術(shù)

超聲波傳感器技術(shù)任務(wù)引入超聲波是一種HYPERLINK

振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。新技術(shù)使得今天的超聲波傳感器非常堅(jiān)固耐用并有著精確的感應(yīng)能力，這些新增強(qiáng)的特性拓展了新的應(yīng)用領(lǐng)域，完全超越了傳統(tǒng)的超聲波傳感器的應(yīng)用。超聲波雷達(dá)在汽車智能技術(shù)中主要用作停車環(huán)境檢測(cè)（倒車?yán)走_(dá)），陳嘉豪同學(xué)在某汽車零配件公司實(shí)習(xí)，負(fù)責(zé)某倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品的技術(shù)支持，那么倒車?yán)走_(dá)是如何在倒車時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與報(bào)警的呢？任務(wù)目標(biāo)超聲波傳感器技術(shù)22能夠熟悉超聲波傳感器的工作原理及各項(xiàng)參數(shù)33能夠熟悉超聲波傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景11能夠熟悉超聲波傳感器的概念6知識(shí)鏈接55能夠熟悉超聲波傳感器在汽車上的配置方案44能夠熟悉超聲波傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)超聲波傳感器介紹及工作原理超聲波雷達(dá)發(fā)展至今以及將近百年歷史。其原理是發(fā)射人耳所不能察覺的高頻率超聲波，遇到障礙物后反彈回來。傳感器在接收到發(fā)射回來的聲波后，根據(jù)發(fā)射和接收聲波的時(shí)間差來計(jì)算出傳感器和障礙物之間的距離。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲探頭。超聲波傳感器介紹及工作原理超聲波傳感器是一款通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)測(cè)距原理相似。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）如下圖2-2-1所示。超聲波傳感器介紹及工作原理圖2-2-1超聲波測(cè)距原理超聲波傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)在20世紀(jì)已經(jīng)出現(xiàn)的車載超聲波雷達(dá)，當(dāng)時(shí)個(gè)體較大，靈敏度識(shí)別度都不是很高，識(shí)別有效范圍在1米到2米之間，起初的功能也只是倒車時(shí)如果車輛后方近處有障礙物時(shí)發(fā)出聲音警報(bào)。障礙物物體如果直徑過小或太矮，那么都無法被超聲波雷達(dá)偵測(cè)到。要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代車輛的輔助或自動(dòng)泊車需求，那么2米的偵測(cè)范圍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。經(jīng)過20多年的科技發(fā)展，如今的超聲波雷達(dá)已經(jīng)非常先進(jìn)和靈敏。以博世公司的第六代超聲波雷達(dá)為例，其長(zhǎng)度只有4.4厘米大小，重量才14g，接收聲波的傳感器圓面半徑只有2.3厘米，卻可以達(dá)到從15厘米到5.5米的偵測(cè)范圍。精度達(dá)到3cm，即只要物體直徑超過3cm就可以感應(yīng)得到。如下圖所示。超聲波傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)圖2-2-2超聲波雷達(dá)除了偵測(cè)精度及偵測(cè)范圍半徑，超聲波雷達(dá)還有一些其它的技術(shù)參數(shù)對(duì)泊車這個(gè)場(chǎng)景也至關(guān)重要，如水平方向掃描扇形的角度和垂直方向掃描的最大夾角等等。如下圖2-2-3所示。超聲波傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)圖2-2-3超聲波雷達(dá)測(cè)量范圍超聲波是一種機(jī)械波，使得超聲波雷達(dá)有著以下局限，如圖所示。超聲波傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)圖2-2-4超聲波雷達(dá)的局限性超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用場(chǎng)景由于超聲波在傳播過程中還受很多其它因素影響很大，如溫度等等，所以在采購(gòu)或使用此類傳感器時(shí)還要考慮到很多其它的技術(shù)因素，詳情將在有關(guān)超聲波雷達(dá)的獨(dú)立教學(xué)章節(jié)中提到。超聲波雷達(dá)一般安裝在車輛的前后保險(xiǎn)杠上。在一些嚴(yán)酷工況下，比如被雨雪或泥巴覆蓋的時(shí)候，硬件本身沒有壞，但檢測(cè)會(huì)出問題。博世的一款傳感器有一個(gè)特點(diǎn)就是失聰檢測(cè)，它把數(shù)字信號(hào)和不同傳感器信號(hào)編碼加在了一起，通過一個(gè)線性頻率，使每個(gè)超聲波發(fā)出的頻率都不太一樣，相當(dāng)于每個(gè)超聲波都有一個(gè)自己的身份認(rèn)證碼，這樣極大提高了超聲波的抗干擾能力，使得傳感器可以做到多收多發(fā)，不僅抗干擾能力提升了，整個(gè)系統(tǒng)的刷新時(shí)間也會(huì)變得更快。如下圖2-2-4所示。超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用場(chǎng)景圖2-2-4超聲波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的配置方案博世的這款第六代超聲波雷達(dá)水平掃描扇形角度達(dá)到75度，也就是說要實(shí)現(xiàn)360全面覆蓋的全自動(dòng)泊車，那5，6個(gè)此類雷達(dá)就足夠。但在實(shí)際大部分車輛的配備中，整車廠寧愿選擇掃描角度小但偵測(cè)范圍半徑大的超聲波雷達(dá)。因此大部分車輛的自動(dòng)泊車中都安裝大量傳感器。比如蔚來自動(dòng)駕駛系統(tǒng)NIOPilot(SAEL2)就包括了12個(gè)超聲波雷達(dá)。如下圖2-2-5所示。超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的配置方案圖3-2-5蔚來汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)超聲波傳感器的安裝（1）確定超聲波傳感器安裝位置：①離地高度：50~70cm。②水平間距：兩點(diǎn)之間的距離根據(jù)實(shí)際情況合理布局。01（2）選擇超聲波傳感器鉆頭直徑：要使鉆頭的直徑與傳感器的直徑相等，為18.8mm。02（3）安裝超聲波傳感器：使箭頭方向朝上，然后安裝超聲波傳感器。03（4）均衡用力壓緊：在超聲波傳感器的邊緣均衡用力，將傳感器壓入，并且與安裝孔貼緊。04（5）連接插頭，用力擰緊：連接防水、防塵插頭，并且用力擰緊。05（6）確定配線的長(zhǎng)度：超聲波傳感器線束的標(biāo)配長(zhǎng)度為2.5m左右，可以根據(jù)車型的實(shí)際需要截取。06超聲波傳感器的標(biāo)定（1）在工作區(qū)放置工作牌，將超聲波雷達(dá)安裝在支架上。（2）將超聲波雷達(dá)和控制盒線束連接。（3）打開超聲波雷達(dá)控制盒供電開關(guān)、超聲波電源開關(guān)。（4）在超聲波雷達(dá)正前方1m處放置障礙物（或站立人模擬障礙物）。（5）觀察超聲波顯示界面測(cè)距數(shù)值。（6）前后左右移動(dòng)障礙物，觀察測(cè)距數(shù)值變化。在超聲波雷達(dá)的不感應(yīng)區(qū)域、限定區(qū)域和不確定區(qū)域示意中標(biāo)記相應(yīng)區(qū)域尺寸。（7）組裝和連接示波器。（8）將示波器測(cè)試針連接控制面板端口C