CN201207084Y - 一种超声波相对速度测量器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波相对速度测量器，包括超声波发射器、超声波接收器、微处理器和显示器，超声波发射器、超声波接收器和显示器分别接微处理器的相应端，所述超声波接收器包括超声波接收端、换能器、放大器和检波器依次连接，检波器的输出端接所述微处理器。在汽车上安装该测速仪，可以使驾驶员了解其前后的车辆的行驶状态，能及时调整驾驶员所在车辆的速度，减少追尾事故的发生。本测速仪不仅仅在汽车上使用，可广泛运用与自动交通灯(或交通警察)的公路车辆测速、航空、工程测速等领域。

Description

一种超声波相对速度测量器

技术领域

本实用新型涉及速度测量装置，尤其涉及一种测量两台汽车相对运动的速度的超声波测量装置。

背景技术

超声波具有的直线传播和良好的反射特性，可以用来制造成的各种测量设备，其原理是“多普勒效应”，该效应是奥地利物理学家ChristianDoppler首先发现并加以研究而得名的，其内容为：由于波源和接收者之间存在着相互运动而造成接收者接收到的频率与波源发出的频率之间发生变化。目前，应用到汽车测距方面的设备主要有测距装置，中国专利授权公告号CN 2476458Y公布了一种超声波车用测距装置，通过这种装置可以使汽车司机清楚地知道前方和后方车辆的位置并且可以及时地采取相应的措施以免出现事故。但是车辆在公路上行驶时，作为驾驶员不但需要知道汽车周围多远处有障碍物，而且还需要知道其前后的车与自己的相对速度。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供一种超声波相对速度测量器，在汽车上使用该超声波相对速度测量器，将使驾驶员能及时获得本车周围车辆的相对行驶速度情况，及时调整驾驶员所在车辆的速度，减少追尾事故的发生。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案包括：

一种超声波相对速度测量器，包括超声波发射器、超声波接收器、微处理器和显示器，超声波发射器、超声波接收器和显示器分别接微处理器的相应端，所述超声波接收器包括超声波接收端、换能器、放大器和检波器依次连接，检波器的输出端接所述微处理器。

本实用新型工作原理是利用多普勒效应，所述“多普勒效应”是由奥地利物理学家Christian Doppler首先发现并加以研究而得名的，其内容为：由于波源和接收者之间存在着相互运动而造成接收者接收到的频率与波源发出的频率之间发生变化，其具体表现为：如果一列火车鸣叫着由远而近驶过你身边时，你所听到的汽笛鸣叫声会越来越尖锐，而当火车继续鸣叫着离你远去时，你所听到的汽笛声会越来越低沉，值得注意的是，作为声源的火车汽笛声波频率并没有因为运动而发生改变，发生变化的是你的耳朵所接收到的声波频率，假如火车和你之间相对运动速度为0时，你就不会有这种声调变化的感觉了。

在超声波领域里也同样存在着“多普勒效应”，假设一部超声波发射机与一部超声波接收机之间存在着相对运动，根据“多普勒效应”原理，超声波接收机接收到的信号频率将与超声波发射机发出的信号频率之间产生一个差值。

设超声波发射机发出的信号频率为f_s，超声波接收机接收到的信号频率为f_o，超声波发射机与接收机之间的相对运动速度为v，则有如下公式： $f_s=\frac{C\±v}{\mathrm{\λ}}=f_o\±\frac{v}{\mathrm{\λ}}=f_o\±\▿f,$ 其中C为超声波在自由空间的传播速度，λ为超声波的波长，一定波长的超声波其在自由空间的传播速度是一定的，在本实用新型中被认为是常量，

的大小取决于信号波长λ及相对运动速度v，由 $\▿f=\frac{v}{\mathrm{\λ}}$ 得出：当超声波接收机与发射机之间以每秒一个波长的速度作相对运动时，所产生的多普勒频移即为1Hz。本实用新型由于超声波发射器发射的超声波，其频率和波长是由本系统确定的，当超声波接收器收到由反射物体反射回来的超声波，并对该波形进行处理，可以得到其接收的超声波的频率，与发射频率相比就可以得到频率差进而能得到相对速度。

通过在汽车上安装该测速仪，可以使驾驶员了解其周围的车辆的行驶状态，能及时调整驾驶员所在车辆的速度，减少追尾事故的发生。

作为本实用新型的一种改进，在所述超声波相对速度测量仪中：所述超声波发射器和超声波接收器被集成在一起，成为一超声波探头。该探头可为多个，也可为两个，分别安装在汽车的前面和后面。当将超声波发射器和超声波接收器被集成在一起，成为一超声波探头时，能确定成对出现的超声波发射器和超声波接收器的对应关系，在汽车上安装多个这样超声波探头，可以在一个显示器里显示各个方向目标的相对运动速度，又由于对于汽车行驶来说，前后目标相对本的运动速度是最为关键的，在汽车前后各安装一个超声波探头正好能测量汽车前后目标相对于本车的速度。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步的描述。

附图说明

图1为本实用新型原理图。

图2为本实用新型实施例装置内部结构图。

具体实施方式

如图1所示，一种超声波相对速度测量器，包括超声波发射器、超声波接收器、微处理器和显示器，超声波发射器、超声波接收器和显示器分别接微处理器的相应端，所述超声波接收器包括超声波接收端、换能器、放大器和检波器依次连接，检波器的输出端接所述微处理器。这里微处理器通过总线与超声波发射器、超声波接收器的检波器和显示器相连。超声波发射器和超声波接收器被集成在一起，成为一超声波探头。如图2所示，探头通过电缆和接口电路与MCS-51CPU相联，探头由发射电路与发射端组成的超声波发射器和由检波电路、放大器、换能器和接收端组成的超声波接收器组合成。在实际应用中根据需要一个MCS-51CPU可以同时处理多个超声波探头的信息。一般超声波探头为两个分别安装在汽车的前面和后面时，在显示器里可以显示前面和后面目标相对本车的行驶速度。

超声波接收、发射器也就是超声波探头，既可以发射超声波，也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的压电晶片。压电晶片采用陶瓷材料，利用压电陶瓷晶片的压电效应实现电能与机械能(声波振动)的相互转换，起到换能的作用。超声波发射器就是将电能转换成机械能，利用陶瓷晶片将由振荡电路的电流组成的超声波发射电路输出的高频电流转换成机械振动，即高频声波。超声波接收探头是一个晶片组，晶片组中不同的晶片其固有频率不同。当超声波传(反射)到超声波接受器的压电陶瓷的晶片组，与某个特定频率的晶片共振，使该晶片振动最强，则说明该超声波的频率等于该晶片的频率。晶片振动转换为相应频率电信号，将此信号与超声波发射探头的发射频率的电信号发送到微处理器，微处理器的运算器通过多普勒效应公式算出相对速度。微处理器可采用如MCS-51或PIC等单片机即可完成此运算功能。

本实用新型实施例将该测速仪的探头安装在汽车尾部，通过汽车内部的LIN网络与安装在汽车驾驶台上的MCS-51单片机相连，用来测量后面车辆与本车的相对速度，以确定驾驶，它的工作流程是这样的：如图1、图2示意图所示，超声波发射器向外发射超声波，同时将所发射的超声波的频率信息发送给CPU。超声波发射后如遇到后方车辆反射回来，换能器接收到发射回来的超声波，并将其转换为电信号，送到放大器、检波器检验，检验所接收到的超声波的频率，并送到CPU。CPU根据发射的超声波和接收到的超声波的频率差，通过多普勒效应公式计算出后方车辆的相对速度。安装在汽车前部的超声波探头可以测量出车辆前面的车辆的相对速度。

一个微处理超声波探头器可以和多个结合，各探头根据需要安装在汽车的各个部位，通过汽车内部的LIN网络与微处理器相连。

本实用新型的实施例也可以视需要安装在汽车前部，监视前面汽车与本车的相对速度，以确定是否进行避让，尤其在高速公路上效果显著。而且本装置不仅仅在汽车上使用，可广泛运用与自动交通灯(或交通警察)的公路车辆测速、航空、工程测速等领域。

Claims (9)

1、一种超声波相对速度测量器，包括超声波发射器、超声波接收器、微处理器和显示器，超声波发射器、超声波接收器和显示器分别接微处理器的相应端，其特征在于：所述超声波接收器包括超声波接收端、换能器、放大器和检波器依次连接，检波器的输出端接所述微处理器。

2、根据权利要求1所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述超声波发射器和超声波接收器被集成在一起，成为一超声波探头。

3、根据权利要求2所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述超声波探头为多个。

4、根据权利要求3所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述超声波探头为两个，分别安装在汽车的前面和后面。

5、根据权利要求2所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述超声波发射器为一片压电陶瓷晶片与振荡器相连组成。

6、根据权利要求1所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述的超声波接收端为一组具有固有频率各不相同的压电陶瓷晶片。

7、根据权利要求1所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述的微处理器的型号为MCS-51。

8、根据权利要求1所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述微处理器通过总线与超声波发射器、超声波接收器的检波器和显示器相连。

9、根据权利要求1所述的一种超声波相对速度测量仪，其特征在于：所述微处理器通过总线与显示器相连，通过汽车内部网络与超声波发射器和超声波接收器组成的超声波探头相连。

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