[发明专利]无铅超声换能器及具有该无铅超声换能器的雷达测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅超声换能器及具有该无铅超声换能器的雷达测距系统。

背景技术

倒车雷达利用超声测距原理测量汽车与障碍物之间的距离，即：通过探测雷达探头发生超声波，遇到障碍物后反射回来，利用发射与反射之间的时间差通过公式s＝c×t/2(s为距离，c为声速，t为时间差)来计算距离。

现有的倒车雷达通常包含三个部分：一个或多个用于发射和接收信号的超声换能器，一个用于信号分析处理的主控器以及一个报警显示器。由单片机控制一个或多个超声换能器发射超声信号，超声信号遇到障碍物就会返回，被超声换能器接收到后，经主控器被信号处理成能够识别的脉冲。由此，单片机可以根据发射和接收到的脉冲之间的时间间隔来计算超声换能器与障碍物之间的距离。

其中，现有的超声换能器一般使用锆钛酸铅(PZT)作为压电材料。PZT材料的缺点是，它是一种非环保型的材料，其PbO含量通常占50％以上，而PbO有毒且在烧结温度下挥发性大，一方面对人体、环境造成危害，另一方面也使陶瓷中的化学计量比偏离原配方，给工艺和产品的性能带来诸多问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种无铅超声换能器，包括：壳体，所述壳体内限定有空腔且所述壳体的上表面固定有封盖；减震层，所述减震层设置在所述空腔内以在所述减震层与所述壳体之间限定出容纳腔；压电陶瓷片，所述压电陶瓷片设置在所述容纳腔内，且所述压电陶瓷片的表面涂有导电银浆层，所述压电陶瓷片的下表面通过所述导电银浆层与所述壳体粘接；以及第一和第二电极，所述第一和第二电极固定在所述封盖上，用于接收外部的高压信号以使得所述压电陶瓷片振动发出超声波，其中，所述第一电极与所述壳体连接，所述第二电极与所述压电陶瓷片的上表面连接。

根据本发明实施例的无铅声换能器采用不含铅的压电陶瓷片取代PZT来实现超声探头，非常环保。

在本发明的一个实施例中，所述减震层从上至下依次包括：硅胶层、第一背衬层和第二背衬层。

在本发明的一个实施例中，所述高压信号的频率与所述无铅超声换能器的固有频率相同。

在本发明的一个实施例中，所述第一背衬层为软木塞，所述第二背衬层为毛毡。所述壳体由铝制成。

本发明另一方面提出一种雷达测距系统，包括：主控器、至少一个无铅超声换能器和显示装置，其中，所述至少一个无铅超声换能器与所述主控器连接，且所述无铅超声换能器为如上所述的无铅超声换能器；所述主控器产生电压激励信号，并将所述电压激励信号放大后发送至所述无铅超声换能器以使得所述无铅超声换能器发射超声波，所述超声波遇到障碍物后反射回所述无铅超声换能器，所述无铅超声换能器将所述反射回的超声波转化为电压信号后发送至所述主控器，所述主控器对所述电压信号进行处理，并根据所述处理后的信号获得所述无铅超声换能器与所述障碍物之间的距离；所述显示装置与所述主控器连接，用于显示所述主控器计算出的所述无铅超声换能器与所述障碍物之间的距离。

在本发明的一个实施例中，所述雷达测距系统还包括：温度传感器，所述温度传感器与所述主控器连接，用于测量环境温度以对所述距离的计算进行补偿。

在本发明的一个实施例中，所述主控器包括：单片机，用于产生电压激励信号；发射放大电路，与所述单片机连接，用于放大所述电压激励信号，并将所述放大后的电压激励信号发送至所述无铅超声换能器；以及信号处理电路，与所述单片机连接，用于接收所述无铅超声换能器发送的电压信号，并对所述电压信号进行处理，其中，所述单片机根据所述信号处理电路处理后的电压信号获得所述无铅超声换能器与所述障碍物之间的距离。

在本发明的一个实施例中，所述发射放大电路包括：LRC谐振回路，所述LRC谐振回路包括并联连接的第一电阻、第一电容和第一电感，且所述LRC谐振回路的一端与电源电压连接，所述LRC谐振回路的另一端与二极管连接；所述二极管，所述二极管的一端与所述LRC谐振回路和第二电容连接，所述二极管的另一端与PNP型晶体管连接；所述PNP型晶体管，所述PNP型晶体管的基极与第二电阻连接，所述PNP型晶体管的集电极与所述二极管连接，所述PNP型晶体管的发射极接地；所述第二电阻，所述第二电阻的一端与所述PNP型晶体管连接，所述第二电阻的另一端与所述单片机连接；以及第二电容，所述第二电容的一端与所述二极管和所述无铅超声换能器的第一电极连接，所述第二电容的另一端与所述无铅超声换能器的第二电极连接且接地。