车载环境感知传感器-超声波传感器
北冥有鱼
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2020.06.06
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1. 超声波传感器

超声波是振动频率高于20kHz的机械波。利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置称为超声波传感器。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。

2. 超声波传感器的特性

优点:

1)具有频率高、波长短、绕射现象小。

2)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。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波,碰到活动物体能产生多普勒效应

3)测距的方法简单,距离=传播速度*传播时间/2。

4)结构简单、价格低、体积小

缺点:

1)受环境温度影响较大(不同环境温度下,超声波传播速度有差异)、无法精确描述障碍物位置及响应时间较慢。

2)超声波散射角大,方向性较差,在测量较远距离的目标时,其回波信号会比较弱,影响测量精度。但是,在短距离测量中,超声波测距传感器具有非常大的优势。

3. 超声波传感器工作原理

压电效应:某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应现象。

压电效应有正向压电效疝和逆向压电效应。超声波发送器是利用逆向压电效应制成-即在
压电元件上施加电压,元件就变形(也称应变)引起空气振动产生超声波,超声波以疏密波形式传播,传送给超声波接收器。
超声波接收器是利用正向压电效应制成——即接收到的超声波促使接收器的振子随着相应频率进行振动,由于存在正向压电效应。就产生与超声波频率相同的高频电压。
由于这种电压非常小,必须采用放大器进行放大。因此超声波传感器通常由发送器,接收器,控制处理电路,电源组成。

4. 超声波传感器的应用

常见的超声波雷达有两种:第一种称为UPA,安装在汽车前后保险杠上,用于探测汽车前后障碍物,探测距离一般在(0.15~2.5)m;另一种称为APA,安装在汽车侧面,用于探测汽车侧方障碍物,探测距离一般在(0.3~5)m。泊车系统一般配备前后共8个UPA,左右侧共4个APA。

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