CN205941896U - 一种用于测距的超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测距的超声波传感器，解决了超声波传感器抗环境干扰能力差的问题。一种用于测距的超声波传感器，包括壳体、单片机、发射器和接收器，所述发射器和所述接收器安装在所述壳体上，并且所述发射器和所述接收器与所述单片机连接，所述发射器位于所述接收器的正上方，所述发射器包括第一号筒、第一密封块、第一固定环和第一振动组件，所述第一振动组件包括若干第一压电晶片，所述接收器包括第二号筒、第二密封块、第二固定环和第二振动组件，所述第二振动组件包括若干第二压电晶片。

Description

一种用于测距的超声波传感器

技术领域

本实用新型涉及一种用于测距的超声波传感器。

背景技术

参照图1，超声波传感器上的发射器（由于发射器和接收器结构相似，因此，图1所示结构也可以是超声波传感器上的接收器）包括外壳01、压电晶片02和引线端子03，外壳01上设有容置腔011和与容置腔011连通的避让孔012，压电晶片02安装在容置腔011内，引线端子03与压电晶片03连接，在引线端子03通电后，压电晶片02产生脉冲信号，当压电晶片02产生脉冲信号等于压电晶片02的固有频率时，压电晶片02将产生振动并通过避让孔012向外界发出声波信号。

当超声波传感器安装在无人机上时，压电晶片02因其自身振动而产生的声波信号可以从避让孔012发出，在压电晶片02因其自身振动而产生的声波信号从避让孔012发出后，声波信号将会受到无人机上的其他部件阻碍，例如安装在无人机上的摄像头。

基于现有技术可知，在超声波传感器上的发射器向指定方向发射超声波的过程中，超声波传感器从发射器发射超声波的时刻开始计时，超声波在介质中传播，途中遇到障碍物就立刻折返，在超声波传感器上的接收器接收到折返后的超声波的过程中，超声波传感器从接收器接收到折返后超声波的时刻开始停止计时。由于无人机在空中飞行，因此，所述介质为空气，超声波在空气中的传播速度为340m/s，当超声波上计时器记录超声波从发射器发出到接收器接收过程中所花费的时间为t时，无人机与障碍物之间的距离S＝340×t/2。

当无人机上摄像头阻碍声波信号传递时，声波信号将出现额外的折返，额外的折返会使声波信号产生多余的反射信号，多余的反射信号会使超声波传感器上的接收器接收错误的反射信号。因此，当超声波传感器安装在无人机（无人机仅仅只是代表一种结构复杂、探测距离准确性要求高的机器）上时，现有的超声波传感器具有抗环境干扰能力差的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的问题就是提供一种用于测距的超声波传感器，以提高其抗环境干扰能力。

为解决上述问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于测距的超声波传感器，包括壳体、单片机、发射器和接收器，所述发射器和所述接收器安装在所述壳体上，并且所述发射器和所述接收器与所述单片机连接，所述发射器位于所述接收器的正上方，所述发射器包括第一号筒、第一密封块、第一固定环和第一振动组件，所述第一振动组件包括若干第一压电晶片，所述第一振动组件设置在所述第一固定环内，所述第一号筒上设有第一通孔，所述第一通孔包括第一连接部和第一避让部，所述第一固定环设置在所述第一连接部时，所述第一密封块封闭所述第一通孔邻近所述第一连接部的端面，沿所述第一通孔的轴向方向，所述第一避让部包括至少两个面积不同的径向截面，所述接收器包括第二号筒、第二密封块、第二固定环和第二振动组件，所述第二振动组件包括若干第二压电晶片，所述第二振动组件设置在所述第二固定环内，所述第二号筒上设有第二通孔，所述第二通孔包括第二连接段和第二避让段，所述第二固定环设置在所述第二连接部时，所述第二密封块封闭所述第二通孔邻近所述第二连接段的端面，沿所述第二通孔的轴向方向，所述第二避让部包括至少两个面积不同的径向截面。

进一步的，所述壳体上设有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔包括用于连接发射器的第一圆形段和第一锥形段，所述第一锥形段在第一安装孔的径向方向上呈长方形，所述第二安装孔包括用于连接接收器的第二圆形段和第二锥形段，所述第二锥形段在第二安装孔的径向方向上呈长方形。

进一步的，所述第一锥形段与所述第二锥形段相互垂直。

进一步的，所述第一锥形段的高度尺寸大于其宽度尺寸，所述第二锥形段的高度尺寸小于其宽度尺寸。

进一步的，所述第一固定环上设有向内延伸的第一翻边，所述第一翻边与所述第一振动组件相抵。

进一步的，所述第二固定环上设有向内延伸的第二翻边，所述第二翻边与所述第二振动组件相抵。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的超声波传感器包括壳体、发射器和接收器，发射器和接收器安装在壳体上，并且发射器位于接收器的正上方。如此设计，用于缩小壳体的体积。

2、本实用新型超声波传感器的发射器包括第一固定环和设置在第一固定环内的第一振动组件，由于第一振动组件包括若干第一压电晶片，因此，当第一振动组件设置在第一固定环内时，第一压电晶片不会相对第一固定环发生径向运动，以避免相邻第一压电晶片相互错开。如此设计，提高超声波传感器的抗环境干扰能力。

3、本实用新型的第一号筒上设有第一通孔，第一通孔包括第一连接部和第一避让部，第一振动组件插入第一通孔并设置在第一连接部上，第一振动组件因自身振动而产生的声波信号需要经第一避让部才能传递至超声波传感器外，所述声波信号为直射信号，直射信号部分会向第一通孔的中心轴方向发射，部分直射信号会在第一避让部的壁上引起反射变成反射信号，反射信号有一部分会向第一通孔的中心轴方向发射，另一部分会在第一避让部的壁上形成新的反射信号。当这些发射出去的信号在第一通孔中心轴附近相遇时，邻近第一通孔中心轴的声波信号将会得到增强，远离第一通孔中心轴的声波信号将得到削弱，这会降低无人机上其他部件所产生反射信号的强度，以实现提高超声波装置抗环境干扰能力。如此设计，有效提高超声波传感器检测结果的准确性。

4、本实用新型的第一避让部沿第一通孔的轴向方向包括至少两个面积不同的径向截面，当第一避让部沿第一通孔的轴向方向包括至少两个面积不同的径向截面时，第一避让部沿第一通孔的轴向方向必然发生形状的改变，在第一避让部沿第一通孔的轴向方向发生形状变化后，声波的直射和反射信号的分布情况也将随之发生变化。通过这种分布情况的变化，可以实现对发射出去的信号在空间的强度分布情况进行控制。

5、本实用新型超声波传感器的接收器包括第二固定环和设置在第二固定环内的第二振动组件，由于第二振动组件包括若干第二压电晶片，因此，当第二振动组件设置在第二固定环内时，第二压电晶片不会相对第二固定环发生径向运动，以避免相邻第二压电晶片相互错开。如此设计，提高超声波传感器的抗环境干扰能力。

6、本实用新型的第二号筒上设有第二通孔，第二通孔包括第二连接部和第二避让部，第二振动组件插入第二通孔并设置在第二连接部上，由于第二振动组件设置在第二固定环内，因此，当第二固定环设置在第二连接部时，声波信号需要经过第二避让部才能传递至第二振动组件处，其中，直射信号部分会向第二通孔的中心轴方向发射，部分直射信号会在第二避让部的壁上引起反射变成反射信号，反射信号有一部分会向第二通孔的中心轴方向发射，另一部分会在第二避让部的壁上形成新的反射信号。当这些发射出去的信号在第二通孔中心轴附近相遇时，邻近第二通孔中心轴的声波信号将会得到增强，远离第二通孔中心轴的声波信号将得到削弱，这会增加第二振动组件所接收到声波信号的强度，以实现提高超声波装置抗环境干扰能力。如此设计，有效提高超声波传感器检测结果的准确性。

7、本实用新型的第二避让部沿第二通孔的轴向方向包括至少两个面积不同的径向截面，当第二避让部沿第二通孔的轴向方向包括至少两个面积不同的径向截面时，第二避让部沿第二通孔的轴向方向必然发生形状的改变，在第二避让部沿第二通孔的轴向方向发生形状变化后，声波的直射和反射信号的分布情况也将随之发生变化。通过这种分布情况的变化，可以实现对接收进来的信号在空间的强度分布情况进行控制。

附图说明

图1是现有超声波传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中超声波传感器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一中发射器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例三中发射器的第一结构示意图；

图5是本实用新型实施例三中发射器的第二结构示意图；

图6是本实用新型实施例三中发射器的第三结构示意图；

图7是本实用新型实施例四中发射器的结构示意图；

图8是本实用新型实施例一中接收器的结构示意图；

图9是本实用新型实施例三中接收器的第一结构示意图；

图10是本实用新型实施例三中接收器的第二结构示意图；

图11是本实用新型实施例三中接收器的第三结构示意图；

图12是本实用新型实施例四中接收器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

参照图2、图3和图8，一种用于测距的超声波传感器，包括壳体1、单片机2、发射器3和接收器4，发射器3和接收器4安装在壳体1上，并且发射器3和接收器4与单片机2连接，发射器3位于接收器4的正上方，发射器3包括第一号筒31、第一密封块32、第一固定环33和第一振动组件34，第一振动组件34包括若干第一压电晶片，第一振动组件34设置在第一固定环33内，第一号筒31上设有第一通孔311，第一通孔311包括第一连接部3111和第一避让部3112，第一固定环33设置在第一连接部3111时，第一密封块32封闭第一通孔311邻近第一连接部3111的端面，沿第一通孔311的轴向方向，第一避让部3112包括至少两个面积不同的径向截面，接收器4包括第二号筒41、第二密封块42、第二固定环43和第二振动组件44，第二振动组件44包括若干第二压电晶片，第二振动组件44设置在第二固定环43内，第二号筒41上设有第二通孔411，第二通孔411包括第二连接段4111和第二避让段4112，第二固定环43设置在第二连接部4111时，第二密封块42封闭第二通孔411邻近第二连接段4111的端面，沿第二通孔411的轴向方向，第二避让部4112包括至少两个面积不同的径向截面。

参照图3和图8，为实现第一避让部3112包括至少两个面积不同的径向截面，且第二避让部4112包括至少两个面积不同的径向截面，本实施例的第一避让部3112沿第一通孔311的轴向方向倾斜设置，并且第一避让部3112靠近第一连接部3111一端与第一通孔311中心轴之间的间隔距离小于第一避让部3112远离第一连接部3111一端与第一通孔311中心轴之间的间隔距离，第二避让部4112沿第二通孔411的轴向方向倾斜设置，并且第二避让部4112靠近第二连接部4111一端与第二通孔411中心轴之间的间隔距离小于第二避让部4112远离第二连接部4111一端与第二通孔411中心轴之间的间隔距离。

需要说明的是：本实施例的第一振动组件34包括两块第一压电晶片，每块第一压电晶片与单片机2通过第一导线连接；第二振动组件44包括两块第二压电晶片，每块第二压电晶片与单片机2通过第二导线连接。

参照图3和图8，本实施例的第一振动组件34的轴向长度尺寸小于第一避让部3112在第一通孔311轴向方向上的长度尺寸，第二振动组件44的轴向长度尺寸小于第二避让部4112在第二通孔411轴向方向上的长度尺寸，具体的：第一振动组件34的轴向长度尺寸与第一避让部3112在第一通孔311轴向方向上的长度尺寸之比为1:4，第二振动组件44的轴向长度尺寸与第二避让部4112在第二通孔411轴向方向上的长度尺寸之比为1:4。

参照图3和图8，本实施例的第一号筒31沿其轴向方向上的尺寸为5mm- 200mm，第二号筒41沿其轴向方向上的尺寸为5mm-200mm，具体的：第一号筒31沿其轴向方向上的尺寸为100mm，由于第一号筒31沿其轴向方向上的尺寸为100mm，因此，当第一振动组件34的轴向长度尺寸与第一避让部3112在第一通孔311轴向方向上的长度尺寸之比为1:4时，第一振动组件34的轴向长度尺寸为20mm，第一避让部3112在第一通孔311轴向方向上的长度尺寸为80mm；同理，第二号筒41沿其轴向方向上的尺寸为100mm，由于第二号筒41沿其轴向方向上的尺寸为100mm，因此，当第二振动组件44的轴向长度尺寸与第二避让部4112在第二通孔411轴向方向上的长度尺寸之比为1:4时，第二振动组件44的轴向长度尺寸为20mm，第二避让部4112在第二通孔411轴向方向上的长度尺寸为80mm。

参照图3，本实施例的第一振动组件34与第一固定环33胶接。在本实用新型的其他实施例中，第一振动组件与第一固定环过盈配合。

参照图8，本实施例的第二振动组件44与第二固定环43胶接。在本实用新型的其他实施例中，第二振动组件与第二固定环过盈配合。

参照图3，本实施例的第一固定环33与第一号筒31胶接。在本实用新型的其他实施例中，第一固定环与第一号筒通过螺钉连接；或者是，第一固定环与第一号筒卡扣连接。

参照图8，本实施例的第二固定环43与第二号筒41胶接。在本实用新型的其他实施例中，第二固定环与第二号筒通过螺钉连接；或者是，第二固定环与第二号筒卡扣连接。

参照图2，壳体1上设有第一安装孔11和第二安装孔12，第一安装孔11包括用于连接发射器3的第一圆形段111和第一锥形段112，第一锥形段112在第一安装孔11的径向方向上呈长方形，第二安装孔12包括用于连接接收器4的第二圆形段121和第二锥形段122，第二锥形段122在第二安装孔12的径向方向上呈长方形。

参照图2，本实施例的第一锥形段112与第二锥形段122相互垂直。

优选的，第一锥形段112的高度尺寸大于其宽度尺寸，第二锥形段122的高度尺寸小于其宽度尺寸。

参照图3和图8，本实施例的第一固定环33上设有向内延伸的第一翻边331，第一翻边331与第一振动组件34相抵，第二固定环43上设有向内延伸的第二翻边431，第二翻边431与第二振动组件44相抵。

实施例二

一种用于测距的超声波传感器，包括壳体、单片机、发射器和接收器，发射器和接收器安装在壳体上，并且发射器和接收器与单片机连接，发射器位于接收器的正上方，发射器包括第一号筒、第一密封块、第一固定环和第一振动组件，第一振动组件包括若干第一压电晶片，第一振动组件设置在第一固定环内，第一号筒上设有第一通孔，第一通孔包括第一连接部和第一避让部，第一固定环设置在第一连接部时，第一密封块封闭第一通孔邻近第一连接部的端面，沿第一通孔的轴向方向，第一避让部包括至少两个面积不同的径向截面，接收器包括第二号筒、第二密封块、第二固定环和第二振动组件，第二振动组件包括若干第二压电晶片，第二振动组件设置在第二固定环内，第二号筒上设有第二通孔，第二通孔包括第二连接段和第二避让段，第二固定环设置在第二连接部时，第二密封块封闭第二通孔邻近第二连接段的端面，沿第二通孔的轴向方向，第二避让部包括至少两个面积不同的径向截面。

为实现第一避让部包括至少两个面积不同的径向截面，且第二避让部包括至少两个面积不同的径向截面，与实施例一不同之处在于：本实施例的第一避让部包括至少两段第一倾斜段，相邻第一倾斜段在第一通孔轴向方向上的倾斜角度不同，第二避让部包括至少两段第二倾斜段，相邻第二倾斜段在第二通孔轴向方向上的倾斜角度不同。

实施例三

参照图4和图9，一种用于测距的超声波传感器，包括壳体、单片机、发射器和接收器，发射器和接收器安装在壳体上，并且发射器和接收器与单片机连接，发射器位于接收器的正上方，发射器包括第一号筒31、第一密封块32、第一固定环33和第一振动组件34，第一振动组件34包括若干第一压电晶片，第一振动组件34设置在第一固定环33内，第一号筒31上设有第一通孔311，第一通孔311包括第一连接部3111和第一避让部3112，第一固定环33设置在第一连接部3111时，第一密封块32封闭第一通孔311邻近第一连接部3111的端面，沿第一通孔311的轴向方向，第一避让部3112包括至少两个面积不同的径向截面，接收器包括第二号筒41、第二密封块42、第二固定环43和第二振动组件44，第二振动组件44包括若干第二压电晶片，第二振动组件44设置在第二固定环43内，第二号筒41上设有第二通孔411，第二通孔411包括第二连接段4111和第二避让段4112，第二固定环43设置在第二连接部4111时，第二密封块42封闭第二通孔411邻近第二连接段4111的端面，沿第二通孔411的轴向方向，第二避让部4112包括至少两个面积不同的径向截面。

参照图4和图9，为实现第一避让部3112包括至少两个面积不同的径向截面，且第二避让部4112包括至少两个面积不同的径向截面，与实施例一不同之处在于：本实施例的第一避让部3112包括至少一段倾斜段和至少一段水平段，倾斜段与水平段衔接，并且二者的其中之一与第一连接部3111连接，第二避让部4112包括至少一段倾斜段和至少一段水平段，倾斜段与水平段衔接，并且二者的其中之一与第二连接部4111连接。

从图4可以看出，第一避让部3112包括第一水平段31121、第一倾斜段31122和第二水平段31123，其中，第一水平段31121与第一连接部3111连接；从图5可以看出，第一避让部3112包括第一水平段31121和第一倾斜段31122，其中，第一水平段31121与第一连接部3111连接；从图6可以看出，第一避让部3112包括第一倾斜段31122和第一水平段31121，其中，第一倾斜段31122与第一连接部3111连接。

本实施例中，所述第一倾斜段为环形的弧面，例如，图5中的第一倾斜段31122和图6中的第一倾斜段31122；或者是，所述倾斜段为环形的斜面，例如，图4中的第一倾斜段31122；或者是，所述倾斜段包括环形的弧面和环形的斜面。

从图9可以看出，第二避让部4112包括第三水平段41121、第二倾斜段41122和第四水平段41123，其中，第三水平段41121与第二连接部4111连接；从图10可以看出，第二避让部4112包括第三水平段41121和第二倾斜段41122，其中，第三水平段41121与第二连接部4111连接；从图11可以看出，第二避让部4112包括第二倾斜段41122和第三水平段41121，其中，第二倾斜段41122与第二连接部4111连接。

本实施例中，所述第二倾斜段为环形的弧面，例如，图10中的第二倾斜段41122和图11中的第二倾斜段41122；或者是，所述倾斜段为环形的斜面，例如，图9中的第二倾斜段41122；或者是，所述倾斜段包括环形的弧面和环形的斜面。

实施例四

参照图7和图12，一种用于测距的超声波传感器，包括壳体、单片机、发射器和接收器，发射器和接收器安装在壳体上，并且发射器和接收器与单片机连接，发射器位于接收器的正上方，发射器包括第一号筒31、第一密封块32、第一固定环33和第一振动组件34，第一振动组件34包括若干第一压电晶片，第一振动组件34设置在第一固定环33内，第一号筒31上设有第一通孔311，第一通孔311包括第一连接部3111和第一避让部3112，第一固定环33设置在第一连接部3111时，第一密封块32封闭第一通孔311邻近第一连接部3111的端面，沿第一通孔311的轴向方向，第一避让部3112包括至少两个面积不同的径向截面，接收器包括第二号筒41、第二密封块42、第二固定环43和第二振动组件44，第二振动组件44包括若干第二压电晶片，第二振动组件44设置在第二固定环43内，第二号筒41上设有第二通孔411，第二通孔411包括第二连接段4111和第二避让段4112，第二固定环43设置在第二连接部4111时，第二密封块42封闭第二通孔411邻近第二连接段4111的端面，沿第二通孔411的轴向方向，第二避让部4112包括至少两个面积不同的径向截面。

参照图7和图12，为实现第一避让部3112包括至少两个面积不同的径向截面，且第二避让部4112包括至少两个面积不同的径向截面，与实施例一不同之处在于：本实施例的第一避让部3112包括至少一段第一水平段31121和至少一段第一竖直段31122，第一水平段31121和第一竖直段31122连接并且二者相互垂直，第一水平段31121和第一竖直段31122的其中之一与第一连接部3111连接，第二避让部4112包括至少一段第二水平段41121和至少一段第二竖直段41122，第二水平段41121和第二竖直段41122连接并且二者相互垂直，第二水平段41121和第二竖直段41122的其中之一与第二连接部4111连接。

从图7可以看出，第一避让部3112包括四段第一水平段31121和三段第一竖直段31122，其中，第一水平段31121与第一连接部3111连接。

从图12可以看出，第二避让部4112包括四段第二水平段41121和三段第二竖直段41122，其中，第二水平段41121与第二连接部4111连接。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本实用新型的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (6)

1.一种用于测距的超声波传感器，包括壳体、单片机、发射器和接收器，所述发射器和所述接收器安装在所述壳体上，并且所述发射器和所述接收器与所述单片机连接，其特征在于，所述发射器位于所述接收器的正上方，所述发射器包括第一号筒、第一密封块、第一固定环和第一振动组件，所述第一振动组件包括若干第一压电晶片，所述第一振动组件设置在所述第一固定环内，所述第一号筒上设有第一通孔，所述第一通孔包括第一连接部和第一避让部，所述第一固定环设置在所述第一连接部时，所述第一密封块封闭所述第一通孔邻近所述第一连接部的端面，沿所述第一通孔的轴向方向，所述第一避让部包括至少两个面积不同的径向截面，所述接收器包括第二号筒、第二密封块、第二固定环和第二振动组件，所述第二振动组件包括若干第二压电晶片，所述第二振动组件设置在所述第二固定环内，所述第二号筒上设有第二通孔，所述第二通孔包括第二连接段和第二避让段，所述第二固定环设置在所述第二连接部时，所述第二密封块封闭所述第二通孔邻近所述第二连接段的端面，沿所述第二通孔的轴向方向，所述第二避让部包括至少两个面积不同的径向截面。

2.如权利要求1所述用于测距的超声波传感器，其特征在于，所述壳体上设有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装孔包括用于连接发射器的第一圆形段和第一锥形段，所述第一锥形段在第一安装孔的径向方向上呈长方形，所述第二安装孔包括用于连接接收器的第二圆形段和第二锥形段，所述第二锥形段在第二安装孔的径向方向上呈长方形。

3.如权利要求2所述用于测距的超声波传感器，其特征在于，所述第一锥形段与所述第二锥形段相互垂直。

4.如权利要求2所述用于测距的超声波传感器，其特征在于，所述第一锥形段的高度尺寸大于其宽度尺寸，所述第二锥形段的高度尺寸小于其宽度尺寸。

5.如权利要求1至4之一所述用于测距的超声波传感器，其特征在于，所述第一固定环上设有向内延伸的第一翻边，所述第一翻边与所述第一振动组件相抵。

6.如权利要求1至4之一所述用于测距的超声波传感器，其特征在于，所述第二固定环上设有向内延伸的第二翻边，所述第二翻边与所述第二振动组件相抵。