智能汽车测控技术 课件 第3章-第2讲 超声波传感器

智能汽车测控技术

第2讲超声波传感器1.定义

1.声波及超声波

第2讲超声波传感器1.定义

1.声波及超声波特点：超声波具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波的能量消耗较缓慢，在介质中传播的距离比较远，穿透性强，测距的方法简单，成本低。第2讲超声波传感器1.定义

2.超声波传感器定义：超声波传感器也称超声波雷达，它是利用超声波的特性研制而成的传感器，是在超声波频率范围内将交变的电信号转换成声信号或将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件。第2讲超声波传感器1.定义

2.超声波传感器分类：第2讲超声波传感器1.定义

2.超声波传感器分类：第2讲超声波传感器1.定义

2.超声波传感器分类：按照工作频率分类，超声波雷达有40kHz、48kHz、58kHz三种。一般来说，频率越高，灵敏度越高，但水平与垂直方向的探测角度也越小，汽车测距超声波雷达主要使用40kHz。第2讲超声波传感器1.定义

2.超声波传感器分类：按使用场景分类，汽车超声波雷达有超声波泊车辅助（UltrasonicParkingAssistant，UPA）和全自动泊车辅助（AutomaticParkingAssistant，APA）两种。UPA探测距离在15~250cm之间，安装在汽车前后保险杠上，用于汽车侧面障碍物的测距。通常，一套汽车倒车辅助系统需要在车后安装4个UPA，而自动泊车系统需要在倒车辅助系统的基础上，再增加车前4个UPA和车侧4个APA。第2讲超声波传感器2.组成及原理

超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压电效应来工作的。压电效应有正向压电效应和逆向压电效应。逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波，可作为发射探头；而正压电效应是将超声振动波转换成电信号，可作为接收探头。第2讲超声波传感器2.组成及原理

1.结构组成声波探头结构如下图所示，它主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜、导电螺杆、接线片及金属壳等组成。压电晶片多为圆板形，厚度为δ。超声波频率f与其厚度δ成反比。压电晶片的两面镀有银层，作导电的极板。吸收块（阻尼块）的作用是降低晶片的机械品质，吸收声能量。如果没有吸收块（阻尼块），当激励的电脉冲信号停止时，晶片将会继续振荡，加长超声波的脉冲宽度，使分辨率变差。第2讲超声波传感器2.组成及原理

2.超声波传感器收发过程以收发一体超声波传感器为例介绍其收发过程。收发一体超声波传感器有两个压电晶片和一个共振板，当其两极外加脉冲信号，且频率等于压电晶片的固有振荡频率时，根据逆压电效应，压电晶片将会发生共振，并带动共振版振动产生超声波。超声波产生过程如右图所示。逆压电效应应第2讲超声波传感器2.组成及原理

2.超声波传感器收发过程反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将迫使压电晶片振动，根据正压电效应在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，将机械能转换为电信号，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或者显示出来，这时它就成为超声波接收器。超声波接收器接收超声波的过程如右图所示。第2讲超声波传感器2.组成及原理

2.超声波传感器测距原理时间差测距法：

第2讲超声波传感器2.组成及原理

2.超声波传感器测距原理那超声波的声速怎么求呢？由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。看表3-3可知：在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。已知现场环境温度T时，超声波传播速度V的计算公式为：V=331.45+0.607T。确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距的原理。第2讲超声波传感器3.参数及性能

超声波传感器主要有以下特性参数和性能：

第2讲超声波传感器4.优缺点

1.超声波传感器的优点频率相对固定简单、体积小、成本低灵敏度较高抗环境干扰能力强可在室内、黑暗中使用第2讲超声波传感器4.优缺点

2.超声波传感器的缺点在速度很高时测量距离具有局限性只能测量距离，不可以测量方位对于低矮、圆锥、过细的障碍物或者沟坎，超声波雷达不容易探测到回波信号受覆盖或者干扰，有盲区第2讲超声波传感器4.应用

以汽车倒车探测器（倒车雷达）为例，说明超声波传感器在汽车上的具体应用。选用封闭型的发射超声波传感器MA40EIS和接收超声波。超声波传感器MA40EI