图2  汽车倒车监控系统组成部分

2。1超声波传感器系统

2。1。1 超声波传感器简介

    超声波传感器是把超声波信号通过控制器转换成其他形式的信号，比如像电信号之类。超声波的划分界限是以人的耳朵听到的声音来区分的，人的耳朵听到的声音是20khz，那么高于20KHz的频率我们就称之为超声波。超 声波在介质（液体、固体）中的穿透力很强，碰到杂质后会立即反射回来，从而形成反射回波。超声波的特点有：

频率高

波长短

方向性好，可以向一定的方向传播。

    通过以上这些超声波的特点，我们知道了为什么要用超声波传感器用来测量距离。它除了可以用在汽车倒车监控系统中，在国防，生物医学中，都不可或缺，在工业中的应用也十分广泛。

    我们了解到超声波传感器不仅可以发射超声波，它也能接收超声波。由压电晶片构成的传感器是使用最普遍的一种传感器，用作探测的探头一般是小功率探头。探测探头有许多不同的结构，其中包括直探头，发射的是纵波，和斜探头，发射的是横波，还有双探头，就是可以同时接收和发射波信号，等等。以上所说的就是超声波传感器的基本结构。如图2。1，2。2所示：

       图2。1 超声波传感器M30系列                     图2。2   超声波传感器

                  图2。3 压电式超声波传感器结构图

   图2。3显示的是压电式超声波传感器的结构图，是这次我们所要使用的传感器，在金属外壳的里面包裹着的一个压电晶片，是它的核心部件，它有两个压电晶片和一个共振板，由于每个超声波传感器的性能各不相同，所以它的压电晶片的构成材料也不同，压电晶片的大小有一定的差异，还有直径和厚度也会影响传感器的性能。所以在我们选择和使用之前，首要任务是了解超声波传感器的主要性能。超声波传感器的主要性能由以下几个内容组成：

 （1）灵敏度：超声波传感器灵敏度是由晶片本身决定的，机电耦合系数（压电振子在振动的过程中，把机械能转变为电能，或者将电能转变为机械能的这种能量互相转变的程度称为机电耦合系数）越大，表示灵敏度越高，反之其系数越小，则它的灵敏度就低。

 （2）工作频率：工作频率（压电晶片的共振频率）。要使超声波传感器灵敏度达到最大值，需要它发送的能量达到最大。那么就需要晶片的共振频率（物理系统在特定频率下，以最大振幅做振动）要等于通过晶片两端的交流频率。论文网

 （3）工作温度：超声波传感器一般使用时的功率比较小，而且压电晶片的居里点（也称居里温度或磁性转变点）比较高，所以它的工作温度一般很低，所以它工作的时间很长。另外需要知道，在较高温度使用下，需要特别的制冷装备，比方在医用的超声波探测中。

 （4）指向性：指的是它的探测范围。

以上介绍的就是超声波传感器的几个性能指标，我们在选择的时候，需要全面考虑它的性能指标，来做出相应的选择。

2。1。2 超声波测距原理

    超声波的传播速度在不同介质（固体、液体、气体）中也是不同的。它在介质中所产生的振荡分为两种：一个是横向振荡，还有一个是纵向振荡，即横波和纵波。纵向振荡（纵波）主要应用于工业。超声波在空气中传播会产生折射和反射，随着折射和反射，传播过程中会出现衰减现象，空气中传播会产生最明显的衰减，但在固体和液体中就不同了，它在这两个介质中的传播频率高，而且远，最主要的是在传播中衰减很小，所以根据这个特点，我们采用了超声波来制造超声波传感器，通过设计各种电路，加以应用，就可以在各个领域使用。