超声波传感器、发生超声波的方法以及应用技术

本发明专利技术公开了超声波传感器、发生超声波的方法以及应用。所述超声波传感器，包括一底部带有端面的金属壳体，金属壳体内有一内腔，在所述内腔中，压电陶瓷片固定在端面的内底面上，进一步包括设置在内腔的隔离条，所述隔离条同时连接并固定在内底面、内侧壁上并与之形成固定的整体；所述压电陶瓷片固定在所述隔离条两侧的所述内底面上。并提供了相应的发生超声波的方法，以及相关的应用。本发明专利技术提供一种超声波传感器，兼具远距离和近距离超声波传感器的特性，可形成一个远距离探测的主瓣和两个近距离探测的旁瓣。

【技术实现步骤摘要】
超声波传感器、发生超声波的方法以及应用
本专利技术涉及一种超声波传感器，属于距离测量及信号装置领域，尤其涉及汽车泊车和行驶中用于距离测量的一种超声波传感器。
技术介绍
超声波传感器应用领域广泛，尤其是在测距、障碍物探测方面有非常普遍的应用，例如现在各类汽车上安装的倒车雷达等，一般都采用超声波传感器作为障碍物探测或测距的信号发生和接收元件，也就是使用超声波传感器作为倒车雷达的探头。现在普遍使用的倒车雷达的超声波传感器1结构如图1、图2所示，主要是由金属壳体10和粘接在金属壳体10腔体（内腔12）底部的内底面（即端面18内侧的底面，简称内底面）的压电陶瓷片20，以及在压电陶瓷片20后方的所述腔体（内腔12）空间中填充的吸音材料、减震材料（为了简化附图，图中均未绘出吸音材料、减震材料，在本专利技术的技术方案中同样需要填充上述材料，为了简化附图和说明，上述材料在附图及说明书中没有示出）等组成，如图2，压电陶瓷片20在驱动信号的激励下使金属壳体10的端面18振动（图中虚线部分给出了端面18及压电陶瓷片20的振动情况）产生超声波，振动的最大位移点在端面中心14，也就是所述端面18构成振动面。结合图3所示，上述结构的超声波传感器1作为倒车雷达的探头安装在车辆50尾部的保险杠51上时，可以沿着端面18的法线方向（即朝向车辆60后方水平方向）产生声束只有很强的主声束30（发射角度为20°到35°），可以很好地对远距离障碍物402进行检测，而对近距离障碍物401无法检测。随着目前车厂对检测范围的需求，在倒车辅助和盲点检测的应用中通常要求检测距离s达到4m到5m，超声波传感器距地面高度为0.4-0.6m，在保证不探测到地面60的情况下（否则会出现误报），要求主声束30的发射角度为20°到35°（发射角用于衡量声束的宽度，其确定方式为:以超声波传感器端面中心为原点，声束中最大声压级下降-6dB对应的声束边界点与原点的连线之间的夹角。一般情况，为了确保性能，主声束最大值在端面中心的法线上），以至于主声束30发射角过小将导致近距离l（0m≤l≤1.5m）内的障碍物401无法被检测到（也即该范围是其盲区）。而随着技术的发展，车厂对检测范围的要求逐渐提高，要求既能检测远距离障碍物，又要求检测近距离障碍物，而现有技术无法满足要求。现在极少数倒车雷达具有可分别检测近距离和远距离的功能，其采用两套超声波传感器，分别用于检测远距离和近距离超声波传感器互补的方式进行检测，但是该方法增加了零件的数量和装配的成本，而且也不便于安装，一般需要改变原有汽车的安装空间，如保险杠的安装孔等的调整，使得汽车生成厂家需要对设计进行改进；此外，由于这一现在，对于现有汽车的改装也是一个难题，否则只有牺牲汽车的原有美观性作为代价。
技术实现思路
鉴于以上缺陷，本专利技术所要解决的技术问题提供一种同时发射不同范围超声波的超声波传感器。此外，还提供了一种发生的超声波方法。以及还提供了上述超声波传感器、超声波发射方法在障碍物探测方面的应用，尤其是作为倒车雷达探头的应用，也就是实现即可检测近距离障碍物，又可以检测远距离障碍物。本专利技术的技术方案包括：一种超声波传感器，包括一底部带有端面的金属壳体，金属壳体内有内腔，在所述内腔中，压电陶瓷片固定在端面的内底面上，进一步包括设置在内腔的隔离条，所述隔离条同时连接并固定在内底面、内侧壁上并与之形成固定的整体，用以抑制隔离条所处位置的振动；所述压电陶瓷片固定在所述隔离条两侧的所述内底面上。进一步地，所述隔离条的横截面形状为矩形、外凸形、内凹形或S形。进一步地，所述隔离条高度h、端面的厚度d、金属壳体高度H满足：2d＜h≤H或2d≤h≤H。进一步地，所述隔离条至少一个，在所述隔离条分隔出的每一内底面上分别设置一压电陶瓷片。进一步地，所述压电陶瓷片之间的固有频率差小于5KHz。进一步地，所述压电陶瓷片同向并联到同一驱动信号源上。将上述的传感器用于倒车雷达的探头；所述金属壳体两侧设置有定位边，所述定位边确保所述的传感器安装后，多片压电陶瓷片处于纵向排布。以及一种发生超声波的方法，设置一谐振体，在谐振体的端面上设置至少两片压电陶瓷片，通过抑制两片压电陶瓷片之间端面的振动，在所述端面上形成至少两个振动面，产生至少两束超声波；所述超声波相干，形成发射角与所述端面法向的夹角≥20°、指向近距离的旁瓣，发射角≤35°、指向远距离的主声束。上述方法应用于倒车雷达探测近距离和远距离的障碍物，所述至少一个旁瓣指向地面。进一步地，上述方法的应用中，利用所述旁瓣探测近距离的障碍物；利用所述主声束探测远距离的障碍物。本专利技术提供一种超声波传感器，兼具远距离和近距离超声波传感器的特性，可形成一个远距离探测的主声束和两个近距离探测的旁瓣。其优点是：通过在金属壳体中部增加与壳体一体化的隔离条，将金属壳体内腔分割成两个内腔，抑制金属壳体中心的位移，使金属壳体的振动模式由单一中心振动改为两侧中心振动；两块压电陶瓷片同时工作发射声波，声波相互干涉而形成具有旁瓣的声束。因此，使得超声波传感器在远距离测量满足要求的同时，由于近端声束存在大的覆盖范围，也可满足要求。附图说明为了更清楚地描述本专利技术所涉及的相关技术方案，下面将其涉及的附图予以简单说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1现有技术之超声波传感器的俯视；图2现有技术之超声波传感器的振动状态纵剖面示意图；图3现有技术之超声波传感器作为倒车雷达传感器的测距范围示意图；图4本专利技术之超声波传感器第一实施例的纵剖面立体图；图5本专利技术之超声波传感器第一实施例的俯视图；图6本专利技术之超声波传感器第一实施例的纵剖面示意图(即图5的A-A向剖视图)；图7本专利技术之超声波传感器第一实施例的振动状态纵剖面示意图；图8本专利技术之超声波传感器第二实施例的纵剖面立体图；图9本专利技术之超声波传感器第三实施例的俯视图；图10本专利技术之超声波传感器第四实施例的俯视图；图11本专利技术之超声波传感器第五实施例的俯视图；图12本专利技术之超声波传感器第六实施例的纵剖面示意图；图13本专利技术之超声波传感器第七实施例的俯视图；图14本专利技术之超声波传感器作为倒车雷达传感器的测距范围示意图；图15本专利技术之超声波传感器声压级等值线仿真图；图16本专利技术之超声波传感器指向性仿真图；图17本专利技术之超声波传感器实测声场雷达图(双侧同时供电——正常工作状态)；图18本专利技术之超声波传感器实测声场雷达图(单侧供电)；图19本专利技术之超声波传感器第七实施例（双隔离条）的声压级等值线仿真图；图20本专利技术之超声波传感器第七实施例（双隔离条）的指向性仿真图；图21本专利技术之超声波传感器第七实施例（双隔离条）的实测声场雷达图；图22本专利技术之超声波传感器中两个压电陶瓷片固有频率不同的实测声场雷达图（图中左侧压电陶瓷片固有频率高）；图23两个现有超声波传感器并排设置的声压级等值线仿真图；图24两个现有超声波传感器并排设置的指向性仿真图；图25两个现有超声波传感器并排设置的实测声场雷达图。为保持图面简明，附图中提供的超声波传感器均省略了内腔12、12a、12b中的填充材料（吸音材料、减震材料）、导线及其他电压（驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波传感器，包括一底部带有端面的金属壳体，金属壳体内有内腔，在所述内腔中，压电陶瓷片固定在端面的内底面上，其特征在于，进一步包括设置在内腔的隔离条，所述隔离条同时连接并固定在内底面、内侧壁上并与之形成固定的整体，用以抑制隔离条所处位置的振动；所述压电陶瓷片固定在所述隔离条两侧的所述内底面上。

【技术特征摘要】
1.一种超声波传感器，包括一底部带有端面的金属壳体，金属壳体内有内腔，在所述内腔中，压电陶瓷片固定在端面的内底面上，所述压电陶瓷片为径向振动模式；其特征在于，进一步包括设置在内腔的隔离条，所述隔离条同时连接并固定在内底面、内侧壁上并与之形成固定的整体，用以抑制隔离条所处位置的振动；所述压电陶瓷片固定在所述隔离条两侧的所述内底面上。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述隔离条的横截面形状为矩形、外凸形、内凹形或S形。3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述隔离条高度h、端面的厚度d、金属壳体高度H满足：2d＜h≤H或2d≤h≤H。4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述隔离条至少一个，在所述隔离条分隔出的每一内底面上分别设置一压电陶瓷片。5.如权利要求1－4任一项所述的传感器，其特征在于，所述压电陶瓷片之间的固有频率差小于5KHz。6.如权利要求1－4任一项所述的传感器，其特征在于，所述压电陶瓷片同向并联到同一驱动信号源上。7.倒车雷达的探头，其特征在于，所述探头使用权利要求1－4任一项所述的超声波...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金，
申请(专利权)人：成都汇通西电电子有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51