CN111679280A - 一种超声波传感器用传感头以及超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声波传感器用传感头以及具有该传感头的超声波传感器；所述传感头包括平板状的收发部以及圆柱状的支撑部；所述收发部为圆形结构，其直径与所述支撑部的径向截面直径相同，所述收发部位于所述支撑部的顶端；在所述支撑部上且靠近所述收发部的部位，开设有两个通槽，所述通槽贯穿所述支撑部的本体，所述通槽的长度方向沿着所述支撑部的周向开设，两个所述通槽相对于所述支撑部的中心轴对称设置。本发明的传感头根据使用的需要来收窄某一个方向的探测角度,当其应用在机动车辆进行距离探测时，能够增加探测距离，对超声波传感器应用于低速自动驾驶和自动泊车以及卡车、客车、工程车防撞领域具有重要意义。

Description

一种超声波传感器用传感头以及超声波传感器

技术领域

本发明涉及超声波传感器技术领域，特别是涉及一种超声波传感器用传感头以及具有该传感头的超声波传感器。

背景技术

超声波传感器是把别种能源的信号转换成所要求的超声波信号或者能量的器件。应用于汽车防撞的超声波传感器主要以压电换能器为主，工作时，由ECU主控根据超声波传感器的频率和实际工作要求产生4-32个周期的脉冲信号，信号的频率与超声波传感器的频率相等，经脉冲放大电路产生高压脉冲给超声波传感器，超声波传感器发射出超声波，当超声波信号遇到障碍物时反射回来被超声波传感器接收，接收放大电路将超声波传感器接收到的信号进行放大，传输至ECU主控，由ECU主控进行信号分析，以此探测障碍物的距离。

一直以来，机动车辆用的传统超声波传感器主要从事4.5米以内的障碍物探测，以帮助司机避免碰撞到障碍物；随着汽车领域日新月异的科技变化，对超声波传感器有了更高的要求，那就是需要测距更远。

结合图6，现有的超声波传感器在垂直方向波束角度(探测角度)在50度左右，如果用于远距离的侦测，很容易测到地面或者碎石而产生误报的现象，由此现有的超声波传感器均无法准确的探测距离较远的障碍物。

发明内容

本发明的第一目的旨在提供一种超声波传感器用传感头，解决了超声波传感器发射的超声波角度过宽宽而无法准确探测远距离障碍物的问题；本发明的第一目的采用以下的技术方案实现：

一种超声波传感器用传感头，包括平板状的用于接收以及发送信号的收发部以及圆柱状的支撑部；所述收发部为圆形结构，其直径与所述支撑部的径向截面直径相同，所述收发部位于所述支撑部的顶端；其特征在于，在所述支撑部上且靠近所述收发部的部位，开设有两个通槽，所述通槽贯穿所述支撑部的本体，所述通槽的长度方向沿着所述支撑部的周向开设，两个所述通槽相对于所述支撑部的中心轴对称设置。

具体地，所述支撑部的直径为φ12～φ16mm之间；所述通槽的直线长度L为5～10mm，所述通槽的宽度H为0.5mm～2mm。

优选地，所述直线长度L为8mm。

优选地，所述宽度H为1mm。

具体地，所述支撑部与所述收发部为一体成型结构。

本发明的第二目的旨在提供一种应用了第一目的技术方案所述的传感头的超声波传感器；本发明的第二目的采用以下的技术方案实现：

一种超声波传感器，包括传感器主体、压电装置、PCB板；所述PCB板设置于所述传感器主体的内部，其上具有若干电子元件；所述PCB板与所述压电装置电连接；其特征在于，还包括第一目的技术方案所述的传感头，所述传感头安装在所述传感器主体的端部；所述压电装置紧贴所述传感头的所述收发部的内侧。

具体地，所述压电装置粘贴在所述收发部的内侧。

进一步地，还包括保护套，所述保护套设在所述传感头上，所述保护套遮盖所述通槽。

进一步地，所述超声波传感器还具有对外电连接的探针，所述探针与所述PCB板电连接。

优选地，所述超声波传感器的内部灌注有防水胶。

本发明的有益技术效果：

本发明的超声波传感器的传感头在支撑部上开槽，能够改变收发部在某一个方向的振动模态，从而能够起收窄超声波传感器的探测角度的作用。本发明的超声波传感器应用在机动车辆进行距离探测时，通过在垂直方向上收窄探测角度，能够增加超声波传感器的探测距离，且不会造成测到地面而引起误报现象；对超声波传感器应用于低速自动驾驶和自动泊车以及卡车、客车、工程车防撞领域具有重要意义。

附图说明

图1给出了本发明的传感头的立体图；

图2给出了本发明的传感头的侧视图；

图3给出了本发明的传感头的剖视图；

图4给出了本发明的超声波传感器的剖视图；

图5给出了本发明的超声波传感器的爆炸图；

图6给出了应用了现有技术的超声波传感器的机动车辆在垂直方向的探测角度图；

图7给出了应用了本发明的超声波传感器的机动车辆在在垂直方向的目标探测范围；

图8给出了应用了本发明的超声波传感器的机动车辆在垂直方向的探测角度图；

图9给出了应用了本发明的超声波传感器的机动车辆在自动泊车过程中的探测范围示意图；

图10给出了应用了本发明的超声波传感器的机动车辆在低速驾驶过程中的探测范围示意图；

图11给出了现有技术超声波传感器的探测角度仿真图；

图12给出了现有技术的超声波传感器的探测角度波形图；

图13给出了本发明的超声波传感器的探测角度仿真图；

图14给出了本发明的超声波传感器的探测角度波形图。

具体实施方式

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

需要指出的是，除非另有指明，本方案使用的所有技术和科学术语具有与本方案所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本方案中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、纵、轴、正、背”通常是针对附图所示的方向而言，但上述方位词并不用于限制本方案。

结合图4、5，本实施例提供了一种超声波传感器，包括传感器主体40、传感头10、压电装置20、保护套30、PCB板40；传感头10安装在传感器主体40的端部；PCB板50设置于传感器主体40内部，其上具有若干电子元件；压电装置20安装在传感头10内部，PCB板50与压电装置20电连接；超声波传感器还具有对外电连接的探针51，探针51与PCB板50电连接。保护套30套设在传感头10上。

结合图1～3，本发明提供的传感头10包括了平板状的收发部11以及圆筒状的支撑部12；收发部11为圆形结构，其直径与支撑部12的径向截面直径相同，收发部11位于支撑部12的顶端，支撑部12用于支撑收发部11，支撑部12与收发部11为采用一体成型的结构，收发部11位于超声波传感器的端部，用于向外发射超声波信号并且接收回波信号。

在支撑部12上且靠近收发部11的部位，开设有两个通槽13，通槽13贯穿支撑部12的本体，通槽13的为沿着支撑部12的周向开设，两个通槽13相对于支撑部12的中心轴对称设置。通过控制通槽13的开槽长度L来控制经由该传感头10发射出的超声波的角度。保护套30遮盖通槽13而让通槽13没有裸露在外。

本实施例中压电装置20是一压电陶瓷片，压电装置20粘接固定在探测头的收发部11内侧。

在一些具体的实施例中，传感头10具有约51KHz的固有振动频率、并且具有固有振动模态，当给压电装置20加上与传感头10的固有振动频率一致的驱动脉冲信号时，压电装置20即会变形并通过胶粘的耦合作用带动传感头10产生大约500纳米峰值的振动；当然不同的振膜结构具有不同的振动模态。

其中PCB板50上装载有驱动压电装置20振动的驱动电路，其具体的电路结构可以使用现有技术中惯用的电路结构，此处具体的不再赘述。

现有市场上存在的超声波传感器的传感头所使用的尺寸(支撑部12的径向截面直径)在φ12～φ16mm之间；在一个实施例中，通槽13的开槽长度L为5～10mm，此处的开槽长度L是直线长度、非弧线长度；桶槽13的宽度H为0.5～2mm。

结合图7，当本发明的超声波传感器应用在机动车辆上时，为了让探测距离(目标探测范围)更远并且减少误判定，就需要机动车辆在垂直方向的探测角度变窄；在本实施例中，开槽长度L取8mm时，应用该传感头10的超声波传感器的某一个方向(比如垂直方向)的探测角度收窄到20度，参考图8给出了应用该实施例的机动车辆在垂直方向上的探测角度图。在一个具体的实施例中，开槽的宽度H取1mm，能够更加的便于开槽的工艺操作。

优选地，超声波传感器的内部注有的防水胶填充，使其本身具有防水功能。

参考图11、12，现有的超声波传感器是没有开槽的，从而传感头10的收发部11的振动模态为各向同性，其振动区域为近圆形的。参考图13、14，而本申请的开槽设置，相当于在通槽13的影响区域内的原有振动模态被改变，从而振动区域被优化为椭圆形的结构。通过在使用过程中调整超声波传感器的位置，能够实现超声波传感器在某一个方向的发射角度变窄，比如调整超声波传感器的位置让通槽13的长度方向沿着水平方向设置，就能够收窄超声波传感器在垂直方向的探测角度。

本发明的超声波传感器应用在机动车辆进行距离探测时，能够增加探测距离，且不会测到地面而引起误报现象，对超声波传感器应用于低速自动驾驶(参考图10)和自动泊车(参考图9)以及卡车、客车、工程车防撞领域具有重要意义。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，不经创造性所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波传感器用传感头，包括平板状的用于接收以及发送信号的收发部以及圆柱状的支撑部；所述收发部为圆形结构，其直径与所述支撑部的径向截面直径相同，所述收发部位于所述支撑部的顶端；其特征在于，在所述支撑部上且靠近所述收发部的部位，开设有两个通槽，所述通槽贯穿所述支撑部的本体，所述通槽的长度方向沿着所述支撑部的周向开设，两个所述通槽相对于所述支撑部的中心轴对称设置。

2.根据权利要求1所述的传感头，其特征在于，所述支撑部的直径为φ12～φ16mm之间；所述通槽的直线长度L为5～10mm，所述通槽的宽度H为0.5mm～2mm。

3.根据权利要求2所述的传感头，其特征在于，所述直线长度L为8mm。

4.根据权利要求2所述的传感头，其特征在于，所述宽度H为1mm。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的传感头，其特征在于，所述支撑部与所述收发部为一体成型结构。

6.一种超声波传感器，包括传感器主体、压电装置、PCB板；所述PCB板设置于所述传感器主体的内部，其上具有若干电子元件；所述PCB板与所述压电装置电连接；其特征在于，还包括权利要求1～5任意一项所述的传感头，所述传感头安装在所述传感器主体的端部；所述压电装置紧贴所述传感头的所述收发部的内侧。

7.根据权利要求6所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电装置粘贴在所述收发部的内侧。

8.根据权利要求6所述的超声波传感器，其特征在于，还包括保护套，所述保护套设在所述传感头上，所述保护套遮盖所述通槽。

9.根据权利要求6～8任意一项所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器还具有对外电连接的探针，所述探针与所述PCB板电连接。

10.根据权利要求9所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器的内部灌注有防水胶。

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