Question

超声波传感器工作原理及应用

Answer 1

汽车电子测距方法一般分为四种形式:超声波、激光、毫米波和CCD摄像机。测距传感器安装在汽车的车道辅助系统、停车辅助系统、制动力辅助系统和主动巡航系统中，大多采用超声波传感器。超声波是指工作频率在20kHz以上的机械波。超声波传感器具有发射和接收声波的双重功能，因此被称为集成传感器。

1.超声波传感器的结构原理目前，压电超声波传感器常用于汽车上。超声波传感器的关键部件是塑料或金属外壳内的压电芯片，它通过两根导线与控制器连接，通过导线将发射的电信号和返回的电信号传输给控制器。压电超声传感器是通过压电晶体的共振来工作的。超声波传感器内部有两个压电晶片和一个共振板。脉冲信号施加到它的两极。当其频率等于压电晶片的自然振荡频率时，压电晶片就会发生谐振，带动共振板振动，从而产生超声波。相反，如果在两个电极之间没有施加电压，当共振板接收到回声时，它迫使压电晶片振动，并将机械能转换成电信号，然后它就变成了超声波接收器。

总之，超声波传感器既能发射超声波，又能接收超声波。发射超声波时，电能转化为超声波；当接收到回波时，它将超声波的振动转换成电信号，因此被称为“超声波换能器”

超声波发射器向某个方向发射超声波，同时开始计时。超声波在空空气中传播，途中遇到障碍物立即返回。超声波接收器在接收到反射波后立即停止计时。超声波在空气体中的传播速度为340 m/s，根据定时器记录的时间t，通过逻辑电路的处理和计算，可以计算出发射点与障碍物的距离，计算公式如下:

L=3401/2，其中L为测点与被测障碍物的距离；30是超声波在空气体中传播的近似速度；1是超声波遇到障碍物后从发射器到接收器的时间。
2.超声波传感器功能性能特征

由于圆形压电晶片的结构特点，其发射的超声波具有一定的指向性，波束的截面类似于椭圆，因此探测范围有限，探测角度为水平面120°，垂直面60°。

超声波传感器的优点

(1)结构简单，制造方便，成本低。

②超声波对雨雪雾有很强的穿透力，在恶劣天气下也能工作。

③超声对光和颜色不敏感，可用于识别透明和反射性差的物体。

④不易受环境电磁场干扰。

超声波传感器的缺点

①测距速度不如激光测距和毫米波测距。

②超声波有一定的扩散角，只能测量距离，不能测量方位，只能低速使用，汽车前后保险杠不同方位必须安装多个超声波传感器。③发射信号和余震信号都会覆盖或干扰回波信号，因此低于一定距离就会失去探测功能，这也是普通超声波传感器的探测距离必须大于30cm的原因之一，如果小于这个距离，系统就无法探测到障碍物。因此，更好的解决方案是在安装超声波传感器的同时安装摄像头。

@2019