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1、超声波传感器超声波传感器 汽车倒车雷达汽车倒车雷达 主要内容主要内容：n一一、超声波概述超声波概述n二二、超声波传感器及其应用超声波传感器及其应用n三、倒车雷达三、倒车雷达 n(1)次声波，振动频率低于次声波，振动频率低于l6Hz的机械波。的机械波。n(2)声波声波:振动频率在振动频率在16Hz20KHz之间的之间的机械波。机械波。n(3)超声波超声波:高于高于20KHz的机械波。的机械波。1 1、声波及其分类声波及其分类一、超声波概述一、超声波概述2 2超声波的传播形式超声波的传播形式 超声波在介质中可产生三种形式的波：超声波在介质中可产生三种形式的波：横波：质点振动的方向垂直于波的传播方向
2、横波：质点振动的方向垂直于波的传播方向（固体）；（固体）；纵波：质点振动方向与波的传播方向一致（固纵波：质点振动方向与波的传播方向一致（固体、液体和气体）；体、液体和气体）；表面波：质点振动介于纵波与横波之间，沿物表面波：质点振动介于纵波与横波之间，沿物体表面传播（固体、液体）；体表面传播（固体、液体）；为了测量各种状态下的物理量多采用纵波。超声为了测量各种状态下的物理量多采用纵波。超声波的频率越高，与光波的某些性质越相似。波的频率越高，与光波的某些性质越相似。超声波与其他声波一样超声波与其他声波一样,波速与介质密度和弹性波速与介质密度和弹性特性有关。特性有关。3.3.超声波的特点及其分类超声
3、波的特点及其分类 超声波是高于听觉频率阈值的机械振动，其频超声波是高于听觉频率阈值的机械振动，其频率在率在10104 4Hz Hz 10101212HzHz之间，其中常用的频率大约在之间，其中常用的频率大约在10104 4Hz Hz 3 310106 6HzHz之间。之间。超声波具有聚束、定向及反射、散射、透射等超声波具有聚束、定向及反射、散射、透射等特性。特性。按超声振动辐射大小不同大致可分为：利用超按超声振动辐射大小不同大致可分为：利用超声波使物体或物件发生变化的功率应用，称之为功声波使物体或物件发生变化的功率应用，称之为功率超声；利用超声波获取若干信息，称之为检测超率超声；利用超声波获取
4、若干信息，称之为检测超声。这两种超声的应用，同样需要借助于超声波传声。这两种超声的应用，同样需要借助于超声波传感器感器 (换能器或探头换能器或探头)来实现。来实现。二、超声波传感器及其应用二、超声波传感器及其应用n也称为超声波换能器（或称为探测器、探头）。也称为超声波换能器（或称为探测器、探头）。n发射：能将（交流）电信号转换成机械振动而发射：能将（交流）电信号转换成机械振动而向介质中辐射（发射）超声波。向介质中辐射（发射）超声波。n接收：将超声场中的机械振动转换成相应的电接收：将超声场中的机械振动转换成相应的电信号的装置。信号的装置。n超声波传感器一般都是可逆的，既能发射也能超声波传感器一般
5、都是可逆的，既能发射也能接收超声波。接收超声波。超声波测量厚度超声波测量厚度脉冲反射式超声测厚仪脉冲反射式超声测厚仪测量原理测量原理 脉冲反射式超声测厚原理是测量超声波脉冲通过脉冲反射式超声测厚原理是测量超声波脉冲通过试样所需的时间间隔，然后根据超声波脉冲在样试样所需的时间间隔，然后根据超声波脉冲在样品中的传播速度求出样品厚度。品中的传播速度求出样品厚度。d d 样品厚度；样品厚度；c c 超声波速度；超声波速度；t t 超声超声波从发射到接收回波的时间间隔。波从发射到接收回波的时间间隔。超声波诊断仪是通过向人体内发射超声波超声波诊断仪是通过向人体内发射超声波(主要主要采用纵波采用纵波)，然后
6、接收经人体各组织反射回来的超声，然后接收经人体各组织反射回来的超声波信号并加以处理和显示，根据超声波在人体不同波信号并加以处理和显示，根据超声波在人体不同组织中传播特性的差异进行诊断的。组织中传播特性的差异进行诊断的。超声波诊断仪最常用的有超声波诊断仪最常用的有A A型超声波诊断仪、型超声波诊断仪、M M型超声波心动图仪和型超声波心动图仪和B B型超声波断层显像仪等。型超声波断层显像仪等。超声波诊断仪超声波诊断仪（1 1）A A型超声波诊断仪型超声波诊断仪 A型超声波诊断仪又称为振幅型超声波诊断仪又称为振幅(Amplitude)型诊断仪，型诊断仪，其原理类似示波器，所不同的是在垂直通道中增加了
7、检波其原理类似示波器，所不同的是在垂直通道中增加了检波器。器。M M型超声波诊断仪型超声波诊断仪 M型型超超声声波波诊诊断断仪仪主主要要用用于于运运动动(Motion)器器官官的的诊诊断断，常常用于心脏疾病的诊断，故又称为超声波心动图仪。用于心脏疾病的诊断，故又称为超声波心动图仪。下图就是由下图就是由M型超声波诊断仪做出的超声心动图：型超声波诊断仪做出的超声心动图：(3)B B型超声波诊断仪型超声波诊断仪 B B型超声波诊断仪型超声波诊断仪(简称为简称为B B超超)是在是在M M型诊断仪的基础上型诊断仪的基础上发展起来的辉度调制发展起来的辉度调制(Brightness Modulation)(
8、Brightness Modulation)式诊断仪。式诊断仪。外形如作图所示。外形如作图所示。B超换能器外形图肾脏的B超图像下图是肾脏的下图是肾脏的B超图像超图像超声波测距超声波测距 通过超声波发射装置发出超声波，根据接通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。这与雷达测距原理相似。超声波发射器向某超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收
9、器收到反射波就立即立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时停止计时 超声探头超声探头被测目标被测目标被测距离被测距离:c-声速声速 t-往返飞行时间往返飞行时间 超声波传感技术是医疗卫生、工业生产、海洋超声波传感技术是医疗卫生、工业生产、海洋探测等领域获取信息的重要手段之一。例如，探测等领域获取信息的重要手段之一。例如，B超成像诊断仪、超声波层析成像（超成像诊断仪、超声波层析成像（CT）、无）、无损探伤仪、水下全息成像等。损探伤仪、水下全息成像等。超声波还可以测量液（物）位（实际上是测距，超声波还可以测量液（物）位（实际上是测距，原理与测厚相同）、硬度、流速（流量）等。原理与测厚相同）
10、、硬度、流速（流量）等。三、倒车雷达三、倒车雷达n倒车雷达全称叫倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达倒车防撞雷达”，也叫，也叫“泊泊车辅助装置车辅助装置”，是汽车泊车或者倒车时的安全，是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器（俗称探头）、控辅助装置，由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。能以制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾
11、驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。驶的安全性。倒车雷达倒车雷达各部分作用各部分作用倒车雷达各部分主要有以下几个作用：倒车雷达各部分主要有以下几个作用：（1 1）超声波传感器：用于发射以及接收超声波）超声波传感器：用于发射以及接收超声波信号，通过超声波传感器可以测量距离。信号，通过超声波传感器可以测量距离。（2 2）主机：发射正弦波脉冲给超声波传感器，）主机：发射正弦波脉冲给超声波传感器，并处理其接收到的信号，换算出距离值后，将并处理其接收到的信号，换算出距离值后，将数据与显示器通讯。数据与显示器通讯。（3 3）显示器或蜂鸣器：接收主机
12、距离数据，并）显示器或蜂鸣器：接收主机距离数据，并根据距离远近显示距离值和提供不同级别的距根据距离远近显示距离值和提供不同级别的距离报警音。离报警音。探测原理探测原理 倒车雷达是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍倒车雷达是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。探头装在后保险杠上，根据不同物相撞的原理设计开发的。探头装在后保险杠上，根据不同价格和品牌，探头有二、三、四、六、八只不等，分别管前价格和品牌，探头有二、三、四、六、八只不等，分别管前后左右。探头以后左右。探头以4545度角辐射，上下左右搜寻目标。它最大的度角辐射，上下左右搜寻目标。它最大的好处是能探索到那
13、些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障好处是能探索到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物，并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的小孩等。碍物，并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的小孩等。倒车雷达的显示器装在后视镜上，它不停地提醒司机车倒车雷达的显示器装在后视镜上，它不停地提醒司机车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，让司机停车。叫，让司机停车。挡位杆挂入倒挡时，倒车雷达自动开始工作，测距范围挡位杆挂入倒挡时，倒车雷达自动开始工作，测距范围达达0.30.3到到2.02.0米左右，故在停车时，对司机很实用。米左右，故在停车时，对司机很实
14、用。n倒车雷达就相当于超声波探头，从整体上来说超倒车雷达就相当于超声波探头，从整体上来说超声波探头可以分为两大类：一是用电气方式产生声波探头可以分为两大类：一是用电气方式产生超生波，其二是用机械方式产生超声波，鉴于目超生波，其二是用机械方式产生超声波，鉴于目前较为常用的是压电式超声波发生器，它有两个前较为常用的是压电式超声波发生器，它有两个电晶片和一个共振板，当两极外加脉冲信号，它电晶片和一个共振板，当两极外加脉冲信号，它的频率等于压电晶片的固有震荡频率时，压力晶的频率等于压电晶片的固有震荡频率时，压力晶片将会发生共振，并带动共振板振动，将机械能片将会发生共振，并带动共振板振动，将机械能转为电
15、信号的这一过程，这就成了超声波探头的转为电信号的这一过程，这就成了超声波探头的工作原理。工作原理。n这种原理用在一种非接触检测技术上，用于测这种原理用在一种非接触检测技术上，用于测距来说其计算简单距来说其计算简单,方便迅速方便迅速,易于做到实时控易于做到实时控制，距离准确度达到工业实用的要求。倒车雷制，距离准确度达到工业实用的要求。倒车雷达用于测距上，在某一时刻发出超声波信号，达用于测距上，在某一时刻发出超声波信号，在遇到被测物体后的射回信号波，被倒车雷达在遇到被测物体后的射回信号波，被倒车雷达接收到，得用超声波信号从发射到接收回波信接收到，得用超声波信号从发射到接收回波信号这一个时间而计算出在介质中的传播速度，号这一个时间而计算出在介质中的传播速度，这就可以计算出探头与被探测到的物体的距离。这就可以计算出探头与被探测到的物体的距离。