超聲波傳感器工作原理及應用

汽車電子測距方法一般分為四種形式:超聲波、激光、毫米波和CCD攝像機。測距傳感器安裝在汽車的車道輔助系統、停車輔助系統、制動力輔助系統和主動巡航系統中，大多采用超聲波傳感器。超聲波是指工作頻率在20kHz以上的機械波。超聲波傳感器具有發射和接收聲波的雙重功能，因此被稱為集成傳感器。

1.超聲波傳感器的結構原理目前，壓電超聲波傳感器常用于汽車上。超聲波傳感器的關鍵部件是塑料或金屬外殼內的壓電芯片，它通過兩根導線與控制器連接，通過導線將發射的電信號和返回的電信號傳輸給控制器。壓電超聲傳感器是通過壓電晶體的共振來工作的。超聲波傳感器內部有兩個壓電晶片和一個共振板。脈沖信號施加到它的兩極。當其頻率等于壓電晶片的自然振蕩頻率時，壓電晶片就會發生諧振，帶動共振板振動，從而產生超聲波。相反，如果在兩個電極之間沒有施加電壓，當共振板接收到回聲時，它迫使壓電晶片振動，并將機械能轉換成電信號，然后它就變成了超聲波接收器。

總之，超聲波傳感器既能發射超聲波，又能接收超聲波。發射超聲波時，電能轉化為超聲波；當接收到回波時，它將超聲波的振動轉換成電信號，因此被稱為“超聲波換能器”

超聲波發射器向某個方向發射超聲波，同時開始計時。超聲波在空空氣中傳播，途中遇到障礙物立即返回。超聲波接收器在接收到反射波后立即停止計時。超聲波在空氣體中的傳播速度為340 m/s，根據定時器記錄的時間t，通過邏輯電路的處理和計算，可以計算出發射點與障礙物的距離，計算公式如下:

L=3401/2，其中L為測點與被測障礙物的距離；30是超聲波在空氣體中傳播的近似速度；1是超聲波遇到障礙物后從發射器到接收器的時間。

2.超聲波傳感器功能性能特征

由于圓形壓電晶片的結構特點，其發射的超聲波具有一定的指向性，波束的截面類似于橢圓，因此探測范圍有限，探測角度為水平面120°，垂直面60°。

超聲波傳感器的優點

(1)結構簡單，制造方便，成本低。

②超聲波對雨雪霧有很強的穿透力，在惡劣天氣下也能工作。

③超聲對光和顏色不敏感，可用于識別透明和反射性差的物體。

④不易受環境電磁場干擾。

超聲波傳感器的缺點

①測距速度不如激光測距和毫米波測距。

②超聲波有一定的擴散角，只能測量距離，不能測量方位，只能低速使用，汽車前后保險杠不同方位必須安裝多個超聲波傳感器。③發射信號和余震信號都會覆蓋或干擾回波信號，因此低于一定距離就會失去探測功能，這也是普通超聲波傳感器的探測距離必須大于30cm的原因之一，如果小于這個距離，系統就無法探測到障礙物。因此，更好的解決方案是在安裝超聲波傳感器的同時安裝攝像頭。