智能汽車測控技術(shù) 課件 第3章-第2講 超聲波傳感器

智能汽車測控技術(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)，測距的方法簡單，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)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或?qū)⑼饨缏晥鲋械穆曅盘栟D(zhuǎn)換為電信號的能量轉(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：第2講超聲波傳感器1.定義

2.超聲波傳感器分類：第2講超聲波傳感器1.定義

2.超聲波傳感器分類：按照工作頻率分類，超聲波雷達(dá)有40kHz、48kHz、58kHz三種。一般來說，頻率越高，靈敏度越高，但水平與垂直方向的探測角度也越小，汽車測距超聲波雷達(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：按使用場景分類，汽車超聲波雷達(dá)有超聲波泊車輔助（UltrasonicParkingAssistant，UPA）和全自動泊車輔助（AutomaticParkingAssistant，APA）兩種。UPA探測距離在15~250cm之間，安裝在汽車前后保險(xiǎn)杠上，用于汽車側(cè)面障礙物的測距。通常，一套汽車倒車輔助系統(tǒng)需要在車后安裝4個UPA，而自動泊車系統(tǒng)需要在倒車輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再增加車前4個UPA和車側(cè)4個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)稱為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的。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)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，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。如果沒有吸收塊（阻尼塊），當(dāng)激勵的電脈沖信號停止時(shí)，晶片將會繼續(xù)振蕩，加長超聲波的脈沖寬度，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)過程以收發(fā)一體超聲波傳感器為例介紹其收發(fā)過程。收發(fā)一體超聲波傳感器有兩個壓電晶片和一個共振板，當(dāng)其兩極外加脈沖信號，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)，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振版振動產(chǎn)生超聲波。超聲波產(chǎn)生過程如右圖所示。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，根據(jù)正壓電效應(yīng)在晶片的兩個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或者顯示出來，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.超聲波傳感器測距原理時(shí)間差測距法：

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)?？幢?-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。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。已知現(xiàn)場環(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，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測距的原理。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)頻率相對固定簡單、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)測量距離具有局限性只能測量距離，不可以測量方位對于低矮、圓錐、過細(xì)的障礙物或者溝坎，超聲波雷達(dá)不容易探測到回波信號受覆蓋或者干擾，有盲區(qū)第2講超聲波傳感器4.應(yīng)用

以汽車倒車探測器（倒車?yán)走_(dá)）為例，說明超聲波傳感器在汽車上的具體應(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