[发明专利]超声波传感器、发生超声波的方法以及应用

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，在本发明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。

发明内容

鉴于以上缺陷，本发明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。

本发明的技术方案包括：

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。