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超声波距离传感器与激光传感器

作者:admin发布时间:2022-06-21分类:汽车维修浏览:25评论:0


导读:        超声波传感器主要由能产生超声波...

        超声波传感器主要由能产生超声波和接收超声波的装置以及信号处理装置构成,习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波探头有压电式、磁致伸缩式、电磁式等,汽车用的超声波传感器主要是压电式。 

一、压电式超声波传感器 

1.压电式超声波传感器的结构与原理 

        压电式超声波传感器采用了压电元件锆钛化铅,一般称为PZT。这种传感器的特点在于它具有方向性,传感器用蜂鸣器的纸盒为椭圆形,其目的是使传感器的水平方向特性宽,而垂直方向受到限制,其结构如图6-91所示。

图6-91 压电式超声波传感器的结构

图6-91 压电式超声波传感器的结构 

        压电式超声波传感器的发射器是利用压电材料的压电效应工作的。当在压电材料上施加交变电压时,就会使压电元件产生机械振动从而产生超声波。

        压电式超声波接收器一般是利用压电材料的逆效应进行工作的,其结构和超声波发生器基本相同,有时就用一个换能器兼做发生器和接收器两种用途。当超声波作用到压电材料上时会使压电材料收缩,在晶片的两个界面上便产生了交变电荷,这种电荷转换成电压经放大后送到测量电路,最后记录或显示出来。

        汽车用超声波传感器根据探测距离分为短距离和中距离两种类型。短距离超声波传感器的检测距离约为50cm,中距离超声波传感器的检测距离约为2m。

2.采用超声波传感器的倒车系统

        超声波传感器在汽车上的主要应用就是汽车倒车系统。汽车倒车系统采用的是中距离超声波传感器。此系统有两对超声波传感器,并均匀地分布在汽车后保险杠上,其中两个为发射器、两个为接收器,如图6-92所示,该系统由微机进行自动检测、控制、显示及报警。

图6-92 倒车系统的组成

图6-92 倒车系统的组成

          障碍物的位置和显示器的关系如图6-93所示。其中T1、T2为倒车声纳系统的发射头,R1、R2为接收头。发射头以15次/秒的频率向后发射40kHz的超声波脉冲,如果车后有障碍物,则超声波被反射到接收头,根据超声波的往返时间,可以确定障碍物到汽车的距离。距离的表示用蜂鸣器告知,并用显示器亮灯表示,不同的距离采用不同的报警方式,从而可用不同的声音区别不同的距离范围。当距离为1~2m时,发出“嘟嘟”两声短音;当距离为0.5~1m时,发出“嘟嘟嘟”三声短音;当距离为0.5m以内时,发出“嘟”一声长音。

        而障碍物的位置是根据不同传感器发射头与接收头的组合而获得的。在倒车时,微机控制左方发射头T1与右方接收头R1工作,覆盖左后方区域;用T2和R1覆盖正后方区域;用T2和R2覆盖右后方区域。这样,不同的组合巡回检测,即可确定障碍物在汽车后左、中或右的位置,如图6-93所示。


图6-93 障碍物的位置与显示器的关系

图6-93 障碍物的位置与显示器的关系

3. 超声波传感器的检测

         现以现代伊兰特倒车雷达系统为例,说明超声波传感器的检测方法。

        现代伊兰特倒车雷达系统由控制模块、检测障碍物的超声波传感器、发出警报音的报警器等部件组成。倒车雷达系统线路图如图6-94所示。

图6-94现代伊兰特倒车雷达系统线路图

图6-94现代伊兰特倒车雷达系统线路图

⑴电源检测 

         由于超声波距离传感器使用的压电元件需要8V工作电压,因此首先要对供电回路进行检测:打开点火开关,断开传感器接头,将车辆挂入倒挡,用万用表的电压挡测量控制模块侧的1脚与4脚,应该有8V电压,如果没有,应检查控制模块是否从倒挡开关处取得12V工作电压。

⑵利用故障诊断模式进行检测

        系统出现故障时,打开故障诊断模式会按图6-95所示,所示方式反复循环提示故障位置,因此,利用故障诊断模式的提示音可以方便地判断出是哪一个传感器出故障。

⑶信号的示波器检测  

        利用示波器,可以对超声波距离传感器的发射端子TX和接收端子RX进行检测。用示波器检测时,注意要在线束连接完好的情况下,将车辆挂入倒车挡,利用背查法进行,其信号应与图6-96所示波形相符。

图6-95故障诊断模式

图6-95故障诊断模式

图6-96发射端子TX和接收端子RX的信号

图6-96发射端子TX和接收端子RX的信号

⑷经验判断法  

        在汽车进入倒车工作状态下,用耳朵贴近传感器表面,仔细听是否有轻微的嘀答声(可与正常的比较),如果响声正常,说明传感器的电源正常,检查传感器和控制器之间的信号连接是否正常。


二、激光传感器

        激光测距与超声波测距的原理类似,它是利用从激光发射起到接收物体反射回来的激光的时间来计算车辆到障碍物的距离的。激光测距具有测量时间短、量程大、精度高等优点。采用激光测距技术的车载激光雷达可以对车前的路面状况进行电子扫描,还可以对周围及后面司机看不到的地方进行扫描,将收集的信息通过各个响应部位的传感器汇集到计算机中去,在车内屏幕显示出来,扩大了司机对路面的观察,并能对超速或有障碍物的路面发出警报,引起司机注意。

        早期的车载激光雷达采用的方法是:发射数条固定的激光束,利用从前车反射镜的反射时间来测定距离。新型的检测装置为了识别多台车,采用了扫描激光雷达,其原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后,用扫描镜左右扫描,向空间发射,照射在前方车辆或其他目标上,其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤,被导入到信号处理装置内的光电二极管上,利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差,即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度还可以测得障碍物的横向位置。

        随着科技的发展,现在又出现了成像式激光雷达。成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。扫描成像激光雷达把激光雷达与二维光学扫描镜结合起来,利用扫描器控制激光的射出方向,通过对整个视场进行逐点扫描测量,即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出,照射待测区域。非扫描成像激光雷达测点数目大大减少,从而提高了系统的三维成像速度。

         激光的反射光量随物体的反射特性有很大变化,可以检测出的距离是变化的。因为车辆后部的反射镜容易产生反射,所以可以稳定地测定长距离。但凹凸很少的铁板等收不到足够的反射光,往往测得的距离变短。而在检测侧向与后方障碍物的场合下,与车前的情况不同,有时障碍物上没有反射装置,障碍物的反射特性有很大变化,所以可以稳定检测出的距离就要缩短。



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