《自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》

（“十四五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材）

統(tǒng)一書(shū)號(hào)：ISBN978-7-111-62119-5

第七章超聲波傳感器思考題與習(xí)題分析

說(shuō)明：填空中的“紅色文字”以及分析題中的“提示”并不等于就是答案，只是給出了怎樣解

題的思路和分析方法，給讀者一點(diǎn)啟發(fā)。作者還在有關(guān)題目中，增加了一些新的技術(shù)和應(yīng)用型知識(shí)。

限于篇幅的限制，有的傳感費(fèi)的內(nèi)容無(wú)法在本教材正文中展開(kāi)來(lái)講的，現(xiàn)在有了這個(gè)“思考題與習(xí)

題分析”，就可以在此展開(kāi)介紹，希望對(duì)讀者有一點(diǎn)幫助。部分分析采用u語(yǔ)化的型式，希望能夠

提高讀者的興趣。所展開(kāi)的知識(shí)可能有一部分超過(guò)本教材的深度，讀者可以上網(wǎng)對(duì)照理解和提高。

希望讀者看完本分析之后，就其中的疑難、錯(cuò)誤等問(wèn)題，來(lái)信與作者進(jìn)行探討，郵箱為

liangsen2@126.com,上海電機(jī)學(xué)院的梁森老師以及作者團(tuán)隊(duì)與大家交流。謝謝大家。

1.單項(xiàng)選擇題

1）人講話(huà)時(shí)，聲音從口腔沿水平方向向前方傳播，則沿傳播方向的空氣分子一不可能……—o

A.從口腔附近通過(guò)振動(dòng)，移動(dòng)到聽(tīng)者的耳朵

B.在原來(lái)的平衡位置前后振動(dòng)而產(chǎn)生橫波

C.在原來(lái)的平衡位置上下振動(dòng)而產(chǎn)生橫波

D.在原來(lái)的平衡位置前后振動(dòng)而產(chǎn)生縱波

提示：

不可能有哪一種質(zhì)點(diǎn)能夠隨著聲音的波動(dòng)，快速或者逐漸移動(dòng)到聽(tīng)者的耳朵和臉上……。媒介

的粒子只能是隨著振動(dòng)而波動(dòng)（上下或前后振動(dòng)），將振動(dòng)的能量傳導(dǎo)到人的耳朵……。對(duì)于固體媒

介物質(zhì)，由于固體分子（或者原子）之間有相互作用力，存在剪切力，所以對(duì)于在固體中垂直于傳

播方向的振動(dòng)，分子（或者原子）在振動(dòng)時(shí)會(huì)受到拉伸、壓縮變形。分子（或者原子）可以在與超

聲波傳播的方向上作垂直方向的波動(dòng)（稱(chēng)為橫波或剪切波），所以固體不但可以傳播縱波（壓縮波），

也可以傳播橫波：

因?yàn)橐后w或氣體內(nèi)的分子間距較大，能夠產(chǎn)生“壓縮”和“解壓縮”，所以能傳播縱波（指振動(dòng)

方向與傳播方向一致或平行的一類(lèi)波，即媒介或質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向同“波的運(yùn)動(dòng)方向”相同或相反）。

機(jī)械縱波又稱(chēng)為壓縮波，疏密波。

但是，氣體或液體的分子之間的吸引力很小，粒子是隨磯分布的，當(dāng)你“剪切隨機(jī)分布的粒子”

時(shí)，粒子仍然是隨機(jī)分布，外形沒(méi)有改變，所以氣體、流體沒(méi)有切變模量，也就不可能發(fā)生剪切運(yùn)

動(dòng)，所以不可能傳播橫波。

2）一束頻率為1MHz的超聲波（縱波）在鋼板中傳播時(shí)，它的聲速約為一查閱表7-1（測(cè)量的

聲速，縱波）―m/s,波長(zhǎng)約為一根據(jù)。守九所以將縱波聲速除以頻率就等于波長(zhǎng)，即：入c75.9

X1錯(cuò)m/s+（lX106Hz尸o

A.5.9mB.340mC.5.9mmD.1.2mm

E.5.9km/sF.340m/s

3）超聲波頻率越島，_超聲波有一點(diǎn)像光線(xiàn)的特性。但是，超聲波是機(jī)械波，光波是電磁波。

超聲波頻率越高，其反射、折射特性就越像光波。讀者可以想象光學(xué)器件（例如鏡子、凸透鏡等）

的各種作用……―

A.波長(zhǎng)越短,指向角越小,方向性越好

B.波長(zhǎng)越長(zhǎng),指向角越大,方向性越好

C.波長(zhǎng)越短,指向角越大,方向性越好

D.波長(zhǎng)越短,指向角越小,方向性越差

4)超聲波在有機(jī)玻璃中的聲速比在水中的聲速—大多數(shù)情況下，介質(zhì)的密度越高，聲速越快

在有機(jī)玻璃中的聲速比在鋼中的聲速—鋼中的聲速大概是材料中傳播最快的之一

A.大B.小C.相等D.無(wú)法確定

5）超聲波從水（密度小的介質(zhì)），以45°傾斜角入射到鋼（密度大的介質(zhì)）中時(shí)，折射角一

變大。當(dāng)入射角繼續(xù)變大，達(dá)到第二臨界角時(shí)，折射角有可能達(dá)到90°。此時(shí)，超聲波只能在鋼的

界面?zhèn)鞑ィㄤ摬膬?nèi)部沒(méi)有橫波.更不可能有縱波，縱波在探頭的入射點(diǎn)就已經(jīng)被全反射了），成為“表

面波”，可以用于鋼工件的“表面探傷”—于入射角。

A.大于B.小于C.等于D.無(wú)法確定

6）單晶直探頭發(fā)射超聲波時(shí)，是利用壓電片的一交變電壓一機(jī)械振動(dòng)一,而接收超聲波時(shí)是

利用壓電片的一機(jī)械振動(dòng)一交變電壓發(fā)射在一不可能是“無(wú)源之水”接收在—測(cè)試鋼

材料時(shí)，大約要等幾個(gè)亳秒一。

A.壓電效應(yīng)B.逆壓電效應(yīng)C.電渦流效應(yīng)D.先E.后F.同時(shí)

7）鋼板探傷時(shí)，超聲波的頻率多為—1MHz左右。頻率太低的話(huà)，射束的擴(kuò)散就很大，衰減就

隨之增大—，在房間中利用空氣探頭進(jìn)行超聲防盜時(shí)，超聲波的頻率多為—幾十kHz,頻率高了，

超聲波就很難在空氣中傳播一。

A.20Hz~20kHzB.35kHz~45kHz

C.0.5MHz~5MHzD.100MHz~500MHz

8）大面積鋼板探傷時(shí)，耦合劑應(yīng)選一廉價(jià)的，可以不斷補(bǔ)充添加的，例如“噴水探頭”、“水

浸探頭”等—為宜；機(jī)床床身探傷時(shí)，耦合劑應(yīng)選—防止生銹—為宜；給人體做B超時(shí)，耦合劑

應(yīng)選—不需要一直補(bǔ)充添加的，無(wú)污染，抹在身上感覺(jué)像嫩膚膏，比較舒服的

A.自來(lái)水B.機(jī)油C.液體石蠟D.化學(xué)漿糊

9）A型探傷時(shí)，顯示圖象的x軸為一隨著時(shí)間的增大，接收器接收到的反射信號(hào)的幅度與介

質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷有關(guān)，可以在x軸上看出是在哪一個(gè)時(shí)刻有缺陷反射波，就口J以計(jì)算出缺陷的位

置_,y軸為一反射信號(hào)的幅度而B(niǎo)型探傷時(shí)，顯示圖象的k軸為一超聲波探頭水平位移的

數(shù)值_,y軸為—超聲波探頭深度方向聚焦點(diǎn)的深度輝度為—反射波的幅度

A.時(shí)間軸B.掃描距離C.反射波強(qiáng)度D.探傷的深度E.探頭移動(dòng)的速度

10）在A(yíng)型探傷中，F(xiàn)波幅度較高，與T波的距離較接近，說(shuō)明一反射波的衰減較小，則缺陷

與表面的距離就越近；缺陷的面積越大，則反射波的幅度就越大—O

A.缺陷橫截面積較大,且較接近探測(cè)表面

B.缺陷橫截面積較大,且較接近底面

C.缺陷橫截面枳較小,但較接近探測(cè)表面

D.缺陷橫截面積較小,但較接近底面

12）對(duì)處于鋼板深部的缺陷宜采用—電渦流只能夠檢測(cè)工件表面的缺陷，測(cè)量長(zhǎng)條形工件的電

阻值的方法只能檢測(cè)大面積的斷裂（電阻值比標(biāo)準(zhǔn)工件的大），小小的缺陷不太會(huì)影響電阻值_探傷;

對(duì)處于鋼板表面的缺陷宜采用—超聲波探傷用手檢測(cè)工件內(nèi)部的缺陷，不能用于表面探傷—探傷。

A.電渦流B.超聲波C.測(cè)量電阻值

圖7-02模擬式A型超聲波探傷儀面板

數(shù)據(jù)采集*存儲(chǔ)模塊

圖7-03數(shù)字式A型超聲波探傷儀的原理框圖

圖7-04B型探傷儀的基本原理框圖（示波管）

提示：

上圖中，顯示屏的縱坐標(biāo)代表工件的深度，橫坐標(biāo)代表探頭在工件內(nèi)部缺陷的水平位置，

掃描特點(diǎn)：

Y軸掃描電路產(chǎn)生鋸齒波電壓，加在顯像管的垂直偏轉(zhuǎn)板（對(duì)于LCD顯示屏，則由微處理器計(jì)

算出顯示單元的水平編號(hào)）上，使掃描線(xiàn)在顯示屏的垂直方向（縱坐標(biāo)）掃描。超聲波的發(fā)射與掃

描是同步的，每發(fā)射一次，就掃描一次。

示波管水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓，有連動(dòng)裝置（現(xiàn)代B超是電子掃描的，無(wú)機(jī)械系統(tǒng)）。探頭

在工件表面水平移動(dòng)時(shí)（現(xiàn)代B超是電子掃描的，在X軸方向的掃描寬度由“掃描振子”（壓電晶片

陣列，也稱(chēng)“相控陣”）的單元數(shù)目和單元間距所決定），水平偏轉(zhuǎn)板（現(xiàn)代B超儀沒(méi)有水平偏轉(zhuǎn)板）

上的電壓隨之改變，這樣，就使垂直的一條掃描線(xiàn)在熒光屏上隨掃描電壓的變化作水平移動(dòng)。

如果把“掃描深度”設(shè)定在工件的“底部位置”（“最深”的位置〉，假設(shè)在工件的中部沒(méi)有任

何缺陷，工件的材料也是均勻的，工件的中間部位就不會(huì)有反射波，使用者在方形的顯示屏上看到

的圖像就非常“淡”（較白），甚至是“白屏”。但是，也有B型顯示器是相反的，是“黑屏

但是，當(dāng)每一個(gè)掃描周期的超聲波信號(hào)到達(dá)工件底部時(shí)（顯示屏的最低的位置），就會(huì)接收到底

部的反射，由于底部的面積很大，所以反射信號(hào)的聲強(qiáng)也很大，則使用者在方形的顯示屏下方（也

有的B型顯示器是在最上方），會(huì)看到一條水平暗線(xiàn)（黑線(xiàn)，也可能是亮線(xiàn)），而且均勻沒(méi)有灰度。

如果加大Y軸的掃描深度，就可以將這一條線(xiàn)擠出到屏幕以外。

如果在表面至底部的任何中間位置，有?個(gè)小點(diǎn)狀的缺陷，在垂直的掃描線(xiàn)從左到右逐漸推移

的過(guò)程中，超聲波（與掃描同步）就會(huì)遇到這個(gè)小點(diǎn)，產(chǎn)生反射波，使用者在方形的顯示屏的相應(yīng)

位置（X、Y均不等于零的位置）就會(huì)看到一個(gè)黑點(diǎn)（也有的B型顯示器是一個(gè)亮點(diǎn)），點(diǎn)的亮度與

反射波的強(qiáng)度有關(guān)。反射波越強(qiáng)，就越黑。當(dāng)然，也有的B型顯示器是倒過(guò)來(lái)的，遇到缺陷就變亮,

缺陷越大就越亮。

亮點(diǎn)的大小與缺陷的面積關(guān)系：

如果缺陷在工件的水平方向不只是一個(gè)小點(diǎn)，而是有較大的面積，顯示屏上看到的亮點(diǎn)也就變

大（也有的B型顯示器是黑點(diǎn)變大）。

亮點(diǎn)位置與缺陷的深度關(guān)系：

亮點(diǎn)在顯示器的高度位置與缺陷的深度有關(guān)。缺陷越深，在顯示器的位置就越高（也有的是越

低），偏移幅度不大。

如果缺陷在工件的深度方向也有分布，那么觀(guān)察到的亮度不但在水平方向擴(kuò)散，還會(huì)在垂直方

向擴(kuò)散，就形成了塊狀分布，見(jiàn)下圖中的b圖。

由于探頭移動(dòng)的速度較慢，遠(yuǎn)低于掃描速度，當(dāng)探頭在被測(cè)JL件表面杲點(diǎn)停留的短哲時(shí)間里，

掃描線(xiàn)」在熒光屏相應(yīng)的橫坐標(biāo)上，向工件的深度方向（坐標(biāo)的垂直方向）重復(fù)掃描了多次，亦即

超聲波已經(jīng)發(fā)射多次。所以使用者可以清晰地看到反射波的光斑（下圖中的b圖中的黑色）。

Z

(

深

度

方

向

W)

圖7-05B型顯示探傷儀掃描圖

a）工件彼縱切面圖（圖中黑色表示缺陷，黑點(diǎn)表示反射波較強(qiáng)》

b）B型線(xiàn)掃斷層圖像（圖中黑色表示“有反射信號(hào)”，白色表示“沒(méi)有反射信號(hào)”）

c）醫(yī)學(xué)B超圖（懷孕14周，亮點(diǎn)表示反射波較強(qiáng)）

如何控制“掃描深度”的問(wèn)題：

實(shí)際的超聲波探頭中不只是一個(gè)壓電片，而是有十幾個(gè)或幾十個(gè)壓電片（例如16個(gè)或64個(gè)），

組成一個(gè)“相控陣”（讀者可以聯(lián)想軍艦上的“相控陣?yán)走_(dá)”），也稱(chēng)“振子”，如下圖所示（更高級(jí)

的振子有三維結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行三維掃描）。

在圖7-05所示的振子的兩側(cè)方向，由于壓電振子的“延遲塊”被制成弧形，產(chǎn)生“聲透鏡”效

應(yīng)，超聲波得到聚焦（稱(chēng)為“機(jī)械聚焦”），從而使獷散角減小，能量分布比較狹窄，提高了分辨率。

由于壓電晶片陣列中的每一塊獨(dú)立的晶片均能獨(dú)立地施加高壓（例如125V）電脈沖，并且可以

通過(guò)“延遲線(xiàn)”或“電子開(kāi)關(guān)”進(jìn)行“延時(shí)控制”（請(qǐng)讀者上行上網(wǎng)查閱“B超的延遲線(xiàn)”），從而實(shí)

現(xiàn)對(duì)超聲波“焦點(diǎn)”深度方向的掃描控制，以控制超聲波的“焦點(diǎn)”逐漸從工件的表面向內(nèi)部延伸,

從而實(shí)現(xiàn)Y軸（深度方向）的掃描，見(jiàn)圖7-06、7-07o

焦點(diǎn)平移：

如果超聲波的焦點(diǎn)深度不變，還可以通過(guò)“陣列合成放大器”的一組“接收閘門(mén)延遲開(kāi)關(guān)”，實(shí)

現(xiàn)不同單元輸出電壓的延時(shí)疊加（見(jiàn)圖7-08）,形成的X軸方向的“焦點(diǎn)平移”，相當(dāng)于超聲波探頭

的平移，而不必借助于機(jī)械系統(tǒng)去移動(dòng)超聲波探頭。

圖7-06超聲波的機(jī)械聚焦與電子聚焦

圖7-07振元三次不同組合掃描，形成不同深度的動(dòng)態(tài)電子聚焦

［多路輸出信號(hào)疊加

豐靈敏度漕大

接收

門(mén)

間

時(shí)

延

間

時(shí)

制

控

圖7-08超聲波相控陣何波信號(hào)的接收合成

2.在圖7-11的超聲波流量測(cè)量中，流體密度〃=0.9”】】3,管道直徑。=lm,a=45。，測(cè)得嶼10Hz,

求：

1）管道橫截面積A；2）流體流速也3）體積流量qv；4）質(zhì)量流量夕m：5）1小時(shí)的累積流量

q他。

1）管道橫截面積：

4=兀02/4=3.14X1m2/4=0.???nr

2）流體流速v：

順流發(fā)射頻率力與逆流發(fā)射頻率力的頻率差曠為：

步耳￡了（7-4）

式中a—超聲波束與流體的夾角；

u一流體的流速；

。一流體的橫截面積。

由上式可知，A/與被測(cè)流速y成正比。

根據(jù)以上的論述，丫221笠=（lmX10Hz）+sin9（）o=??m/s。

sin2a

3）體積流量qv：

提示：等于管道橫截面積A乘以流速=0.7851/XIOm/s=??nr7s

4）質(zhì)量流量qm：

提示：質(zhì)量流量等于體積流量乘以流體的密度，

33

q\jXp=7.85m/sX0.9t/m=?.???t/s

式中的t是中文“噸”的質(zhì)量單位的英語(yǔ)縮寫(xiě)，是正體：

如果誤用了斜體h就變成時(shí)間的物理量符號(hào)了。

5）1小時(shí)的累積流量g總：

提示：1小時(shí)的累積流量等于3600秒乘以每秒的質(zhì)量流量，即：

qe=rx^.=360（）8X7.065t/s=??to

請(qǐng)注意：上面的計(jì)算式中，斜體的“7”和正體的“t”的含義是不一樣的。

3.利用A型探傷儀（縱波探頭）測(cè)量某一根鋼制取）.5m、長(zhǎng)約數(shù)米的軸的長(zhǎng)度，從圖7-17的

顯示滯中測(cè)得B波與T波的時(shí)間差r8=1.2ms,求軸的長(zhǎng)度。

提示：

“距離（被測(cè)軸的長(zhǎng)度L的兩倍）等于鋼中的超聲波的縱波的速度乘以在鋼柱子中傳導(dǎo)所經(jīng)歷

的時(shí)間：

縱波直探頭主要發(fā)射縱波，但是有一小部分縱波會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生波的轉(zhuǎn)換，變?yōu)闄M波。但是由于橫

波的強(qiáng)度很小，所以在反射回到探頭的信號(hào)中，所占比例很小，可以想辦法濾除掉幅度小的橫波的

反射波。

根據(jù)超聲波從探頭發(fā)射，到達(dá)鋼工件的底部與空氣的界面，再反射回到探頭，超聲波來(lái)回所經(jīng)

歷的時(shí)間，可以計(jì)算出軸的長(zhǎng)度：

人02二[5900m/sX（1.2X10-3）s]/2=?.??m

4.可以用圖7-7所示的單晶直探頭來(lái)測(cè)量液位。請(qǐng)參考圖7-14的原理，畫(huà)出單晶直探頭（固體、

液體傳導(dǎo)探頭）及反射小板在液體中的安裝位置.，寫(xiě)出計(jì)算液位的公式。

提示：

由于題意要求使用固體或液體傳導(dǎo)探頭，就不應(yīng)該將探頭安裝在如圖7/4所示的液體的上方，

而應(yīng)該安裝在液體的底部。1MHz左右的電脈沖（700V左右）施加在壓電片構(gòu)成的超聲波探頭的晶

片上，電脈沖能量轉(zhuǎn)換為超聲波機(jī)械能（逆壓電效應(yīng)），由于晶片的背面有“吸聲材料”，所以只有

壓電晶片朝外的（也可以認(rèn)為是正面）方向有超聲波發(fā)射出去。在本題中，超聲波從探頭向上發(fā)出，

通過(guò)水，到達(dá)水與空氣的界面，再反射，向下傳導(dǎo)。其中的一小部分聲能回到探頭，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)

（壓電效應(yīng)）。

將超聲波的聲速v（本題中，在液體中不可能有橫波）乘以超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間/（接收的時(shí)刻

減去發(fā)射的時(shí)刻的時(shí)間差），就等于“液位?！钡膬杀叮ㄕJ(rèn)為從探頭表面向上到液面的高度為“液位

人”）。如果希望從容器的底部算起，那么可以再加上探頭的安裝距離加。計(jì)算液位的公式為：

H=ho+h=ho+（v'X1）12

5.圖7-19是汽車(chē)倒車(chē)防碰裝置的示意圖。請(qǐng)根據(jù)學(xué)過(guò)的知識(shí)，分析該裝置的工作原理。并說(shuō)明

該裝置還可以有其它哪些用途？

圖7-19汽車(chē)倒車(chē)防碰超聲裝置的示意圖

提示：

倒車(chē)自動(dòng)防撞系統(tǒng)是智能轎車(chē)的一部分，是防止汽車(chē)倒車(chē)時(shí)發(fā)生碰撞的一種智能裝置,它能夠

自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可能與汽車(chē)發(fā)生碰撞的車(chē)輛、行人或其他障礙物體，發(fā)出警報(bào)或同時(shí)采取制動(dòng)等措施，以

避免碰撞的發(fā)生。

后倒車(chē)?yán)走_(dá)是汽車(chē)泊車(chē)或者倒車(chē)時(shí)的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱(chēng)探頭）、控制器和顯

示器（或蜂鳴器）等部分組成。能以聲音或者更為直觀(guān)的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況，解除

了駕駛員泊車(chē)、倒車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線(xiàn)

模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。

超聲波測(cè)距法是最常見(jiàn)的一種距離測(cè)距方法，應(yīng)用于汽車(chē)停車(chē)的前后、左右的防撞。

當(dāng)車(chē)輛后退時(shí)，安裝于汽車(chē)尾部的“超聲波距離傳感器”檢測(cè)車(chē)輛后方的障礙物距離，并利用

指示燈及蜂鳴器把車(chē)輛尾部到障礙物的距離告訴駕駛員。在倒車(chē)達(dá)到極限距離時(shí)，會(huì)發(fā)出急促的警

告聲，提醒駕駛員注意剎車(chē)。

可以在普通倒車(chē)?yán)走_(dá)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)有剎車(chē)功能的伺服器。當(dāng)汽車(chē)處于“泊車(chē)狀態(tài)”（如果

在“行駛狀態(tài)”下發(fā)生“超短距離”且“高速接近”，是不應(yīng)該自動(dòng)剎車(chē)的，否則會(huì)引起追尾），由

警戒區(qū)進(jìn)入到危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，控制器能向剎車(chē)伺服器發(fā)出控制信號(hào)，剎車(chē)伺服器自動(dòng)控制汽車(chē)停止后退,

達(dá)到安全倒車(chē)的目的。

圖7-09超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)工作原理

拓展性思考：

I）如何將倒車(chē)?yán)走_(dá)與車(chē)尾的高清倒車(chē)攝像頭結(jié)合起來(lái)，組成智能夜間的倒車(chē)防撞系統(tǒng)?

圖7-010超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)以及液晶屏圖像

2）如何利用超聲波傳感器構(gòu)成側(cè)向防撞系統(tǒng)？

3）如何利用超聲波傳感器構(gòu)成前向防追尾系統(tǒng)？

4）如何利用夜視儀傳感器構(gòu)成汽車(chē)夜視系統(tǒng)？

5）什么是“追尾”？如何防止“主動(dòng)追尾”？如何防止“被動(dòng)追尾”？可以安裝哪些傳感器？

6）在十分緊迫的情況下，在前頭沒(méi)有汽車(chē)阻擋的情況下，可以自動(dòng)采取哪些措施來(lái)防止“被動(dòng)

追尾”？

7）在十分緊迫的情況下，在后頭沒(méi)有汽車(chē)阻擋的情況下，可以自動(dòng)采取哪些措施來(lái)防止“主動(dòng)

追尾”？

8）請(qǐng)上網(wǎng)查閱有關(guān)資料，論述如何檢測(cè)“側(cè)向接近”（車(chē)身的兩個(gè)側(cè)面有其他車(chē)輛異?？拷?，

例如：本車(chē)向另一車(chē)道的汽車(chē)接近到報(bào)警距離，或者是另一車(chē)道的汽車(chē)向本車(chē)靠近到報(bào)警距離等）？

圖7-011超聲波夜視儀

6.請(qǐng)根據(jù)學(xué)過(guò)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一套裝在汽車(chē)上和車(chē)庫(kù)大門(mén)上的超聲波遙控開(kāi)車(chē)庫(kù)大門(mén)的裝置希

望該裝置能識(shí)別控制者的身份密碼（一串29位二進(jìn)制編碼，包括4位引導(dǎo)碼、24位二進(jìn)制碼以及1

位奇偶校驗(yàn)碼，類(lèi)似于電視遙控器發(fā)出的編碼信號(hào)），并能有選擇地放大40kHz的超聲波信號(hào)，而排

除汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及其它雜聲的干擾（采用選頻放大器）。要求：

1）畫(huà)出傳感器安裝簡(jiǎn)圖（包括汽車(chē)、大門(mén)等）。

2）分別畫(huà)出超聲發(fā)射器、接收器的電信號(hào)處理框圖及開(kāi)門(mén)電路框圖。

3）簡(jiǎn)要說(shuō)明該裝置的工作原理。

4）上述編碼方法最多共有多少組？如何使第三者盜取到的密碼無(wú)效？

5）該裝置的原理還能用于哪些方面的檢測(cè)？

6）上網(wǎng)查閱電視機(jī)和汽車(chē)門(mén)遙控器的原理，說(shuō)明除了超聲波外，還可以采用哪些方法來(lái)進(jìn)行遙

控？各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

提示：

研究超聲波遙控開(kāi)門(mén)設(shè)備之前，可以先熟悉汽車(chē)防盜和無(wú)線(xiàn)電遙控汽車(chē)鑰匙的原理。

汽車(chē)鑰匙：

對(duì)于一輛沒(méi)有防盜系統(tǒng)的汽車(chē)，盜賊想開(kāi)走是很容易的。暴力一點(diǎn)的，會(huì)砸開(kāi)車(chē)窗，破壞點(diǎn)火

鎖芯，掏出紅、黑兩根線(xiàn)，碰一下，發(fā)動(dòng)機(jī)就能點(diǎn)火了（以上是電影鏡頭，實(shí)際上沒(méi)有這么簡(jiǎn)單）。

“藝術(shù)一點(diǎn)”的，可以“想辦法”配一個(gè)相同的“齒片”就可以啟動(dòng)汽車(chē)。

汽車(chē)鑰匙從最初的普通機(jī)械鑰匙開(kāi)始，發(fā)展到如今的遙控智能鑰匙，歷經(jīng)了以下幾個(gè)階段。

圖7-012普通機(jī)械鑰匙與老式芯片鑰匙

1）最早的汽車(chē)鑰匙是機(jī)械鑰匙：

也稱(chēng)“刀片鑰匙”，齒形構(gòu)造類(lèi)似于門(mén)鎖鑰匙，僅有兩項(xiàng)簡(jiǎn)單功能：開(kāi)、關(guān)門(mén)和啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。只

要齒形相同，即可打開(kāi)車(chē)門(mén)，由于防盜功能十分薄弱，這種“原始”傳統(tǒng)型的純機(jī)械鑰匙已逐步被

淘汰。

2）老式芯片鑰匙：

在“刀片鑰匙”上端的尾部塑料部分，嵌入一塊電子芯片。依靠芯片的“應(yīng)答”無(wú)線(xiàn)電編碼來(lái)

控制汽車(chē)的啟動(dòng)電路。即使盜賊防制了“刀片鑰匙”，打開(kāi)了車(chē)門(mén)，但由于缺少向主機(jī)發(fā)送密碼的環(huán)

節(jié)，還是無(wú)法發(fā)動(dòng)汽車(chē)。上佟中，芯片鑰匙的外形有：外掛式、折疊式和內(nèi)藏式三種，不同車(chē)型有

不同款式。

汽車(chē)鑰匙內(nèi)部的芯片屬于“磁耦合轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)”（類(lèi)似于身份證和交通卡），芯片自身不需要（也

不應(yīng)該）時(shí)刻通電，芯片只需放在汽車(chē)主機(jī)的發(fā)射激勵(lì)線(xiàn)圈附近（例如150mm以?xún)?nèi)），就能感應(yīng)到

激勵(lì)線(xiàn)圈產(chǎn)生的125kHz的交變磁場(chǎng)，芯片內(nèi)部的感應(yīng)線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再轉(zhuǎn)換成直流電壓，

為芯片內(nèi)部的編碼電路提供直流電源，芯片就開(kāi)始工作（稱(chēng)為“應(yīng)答器激活”），將芯片內(nèi)部的編碼

（“ID碼”，“低頻編碼”，通常是一個(gè)數(shù)字序列,也稱(chēng)為“識(shí)別碼”）調(diào)制在300?450MHz的載波上。

汽車(chē)主機(jī)的天線(xiàn)接收到ID碼信號(hào)，與預(yù)先存儲(chǔ)在汽車(chē)ECU中的密碼（電子簽名）相對(duì)照，如果一

致，就通過(guò)CAN總線(xiàn)向車(chē)身控制單元發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，以執(zhí)行相應(yīng)的啟動(dòng)等動(dòng)作。

3）汽車(chē)無(wú)線(xiàn)電遙控器：

汽車(chē)無(wú)線(xiàn)遙控器可用于控制駕駛員側(cè)和行李箱的關(guān)門(mén)、開(kāi)門(mén)。

圖7-013汽車(chē)無(wú)線(xiàn)電遙控器

圖7-014汽車(chē)無(wú)線(xiàn)電遙控器的工作范圍

汽車(chē)無(wú)線(xiàn)遙控器的遙控距離可以設(shè)置為數(shù)米，但是有的汽車(chē)可達(dá)30m（越遠(yuǎn)就越有危險(xiǎn)性）。使

用者按下某?個(gè)按鍵，汽車(chē)門(mén)鎖便可開(kāi)啟或者閉鎖。遙控器的無(wú)線(xiàn)信號(hào)載頻的頻段必須與車(chē)輛?致。

不同車(chē)型指令不同，不同品牌代表頻段的編碼也不相同。

4）滾動(dòng)碼芯片鑰匙：

由于竊賊只要將汽車(chē)編磚解碼器靠近汽車(chē)，再按照編碼的位數(shù)和大概規(guī)律，由內(nèi)部微處理器快

速進(jìn)行一次次的嘗試，短時(shí)間內(nèi)就能試出1D碼。

早期汽車(chē)的“固定碼遙控器”只能發(fā)出一段簡(jiǎn)單的“代碼”。當(dāng)你的遙控器對(duì)愛(ài)車(chē)喊一聲"芝麻

開(kāi)門(mén)”時(shí)候，盜賊當(dāng)然也能“聽(tīng)”得到。當(dāng)你走開(kāi)后，盜賊將記錄下來(lái)的“代碼信號(hào)”“回放”一遍,

“芝麻也開(kāi)門(mén)了”。

J車(chē)門(mén)鎖止電動(dòng)機(jī)

圖7-015遙控器與車(chē)身接收機(jī)的電路框圖

圖7-016遙控器輸出的68位碼波形

現(xiàn)在使用“固定碼”的汽車(chē)越來(lái)越少了，大部分均已使用“滾動(dòng)碼”技術(shù)：

車(chē)身接收系統(tǒng)中儲(chǔ)存有復(fù)雜的“密碼本”，并按設(shè)定的規(guī)律變化。采用“多個(gè)密碼一次一換”

的方法來(lái)提高防盜技術(shù)。在每次開(kāi)門(mén)或者啟動(dòng)車(chē)輛引擎后，都會(huì)在鑰匙的芯片和主機(jī)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)

電載波（315MHz或434MH為產(chǎn)生一個(gè)“應(yīng)答過(guò)程”，形成和儲(chǔ)存新的防盜碼

例如，第一次開(kāi)鎖時(shí)的密碼是“芝麻開(kāi)門(mén)”，而第二次（上車(chē)后有一個(gè)“學(xué)習(xí)”和“記憶”過(guò)程）

就成了“黃豆開(kāi)門(mén)”，之后是“蘋(píng)果開(kāi)門(mén)”，再“西瓜開(kāi)門(mén)”……這就讓盜賊的監(jiān)聽(tīng)、復(fù)制設(shè)備不能

發(fā)揮作用，安全性得到提升。

滾動(dòng)碼又稱(chēng)跳碼，是一種復(fù)雜的非線(xiàn)性加密算法，使數(shù)據(jù)傳輸具有極高的保密性.每次傳輸?shù)?/p>

代碼都是唯一的、不規(guī)則的、且不重復(fù)。

5）汽車(chē)智能鑰匙：

汽車(chē)智能鑰匙沒(méi)有按鍵，全憑智能鑰匙的電子芯片解鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)、開(kāi)門(mén)、啟動(dòng)汽車(chē)等功能。

駕駛者需要隨身攜帶智能鑰匙。

當(dāng)駕駛者走近至車(chē)輛一定距離（例如半米左右）時(shí)