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超声波传感器的工作原理与功能介绍

汽车电子测量距离的方法一般分为超声波、激光、毫米波以及CCD摄像等4种形式。在汽车的车道辅助系统、泊车辅助系统、制动力辅助系统(BAS)以及主动巡航系统(ACC)中,都安装了测距传感器,它们大多数采用超声波传感器(俗称“电眼”)。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声波和接收声波的双重功能,被称为一体式传感器。

超声波传感器的工作原理与功能介绍

1.超声波传感器结构原理

目前汽车较为常用的是压电式超声波传感器。超声波传感器的关键部件是塑料或金属外壳内的压电晶片,它和控制器之间有两根线连接,发射的电信号和返回的电信号都通过这两根导线传输给控制器。

压电式超声波传感器是利用压电晶体的谐振工作的。超声波传感器的内部有两个压电晶片和一个共振板,对它的两极施加脉冲信号,当其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两电极间未施加电压,当共振板接收到回波时,迫使压电晶片振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。
总之,超声波传感器既能发射超声波,也能接收超声波。在发射超声波时,将电能转换成超声波;在收到回波时,将超声波的振动转换成电信号,所以被称为“超声波换能器”

超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返射回来,超声波接收器收到反射波后立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,经过逻辑电路的处理和计算,就可以计算出发射点距障碍物的距离(L),计算公式如下:
L=3401/2式中,L为测量点与被测障碍物之间的距离;340为超声波在空气中传输的近似速度;1为超声波从发射器发出,到碰到障碍物后折回接收器所经历的时间。

超声波传感器的工作原理与功能介绍

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,其发射出去的超声波具有一定的指向性,波束的截面类似椭圆形,所以探测的范围有一定限度,水平面的探测角度为120°,垂直面的探测角度为60°。

(1)超声波传感器的优点
①结构简单,制造方便,成本较低。
②超声波对雨、雪、雾的穿透力强,可以在恶劣天气下工作。
③超声波对光照和色彩不敏感,可以用于识别透明以及反射性差的物体。
④不容易受环境电磁场的干扰。

超声波传感器的工作原理与功能介绍

(2)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,不可以测量方位,所以只能在低速(如泊车)时使用,而且必须在汽车的前、后保险杠不同方位上安装多个超声波传感器

③发射信号和余振的信号都会对回波信号造成覆盖或者干扰,因此在低于某一距离后就会丧失探测功能,这就是普通超声波传感器的探测距离必须大于30cm的原因之一,若小于这个距离,则系统无法探测障碍物。因此,比较好的解决办法是在安装超声波传感器的同时安装摄像头。

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