高精度低成本车用超声波传感器的研制

文章摘要： 这里u(Vs)和u(Tf)是声速和传播时间的系统误差。空气中的声速受到温度θ和湿度h 的影响，即： 因此，式（2）变为： 如果湿度在10%RH~90%RH 内变化，它对声速的影响在20℃时为0.15%左右。在0.3m 的范围内导致的系统误差仅为0.3mm 左右，所以没有必要安装湿度传感器。 空气中的声速可以根据下式得到： 其中：T—绝对温度。 声速在330m/s 到360m/s 范围内变化时应考虑到0℃到40℃范围内的温度变化。在测距中必须考虑到这种影响，因此需要一个温度传感器。如果应用于汽车上，另一个影响测距精度

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        这里u(Vs)和u(Tf)是声速和传播时间的系统误差。空气中的声速受到温度θ和湿度h 的影响，即： 

        因此，式（2）变为： 
       
 如果湿度在10%RH~90%RH 内变化，它对声速的影响在20℃时为0.15%左右。在0.3m 的范围内导致的系统误差仅为0.3mm 左右，所以没有必要安装湿度传感器。
空气中的声速可以根据下式得到： 

        其中：T—绝对温度。 
        声速在330m/s 到360m/s 范围内变化时应考虑到0℃到40℃范围内的温度变化。在测距中必须考虑到这种影响，因此需要一个温度传感器。如果应用于汽车上，另一个影响测距精度的因素是车速，这种影响随着超声波传播距离的增加而增加。如果最大车速相当于声速的10%，则测量相对误差可由下式估算： 

        对于车速在33m/s（约120km/h），在0℃时（Vs=330m/s）误差约为0.5%，因此一般也可以忽略这一因素带来得误差。 

        智能化实现 
        本传感器在电路上可分为两大部分，其一为时间测量（见图2），其二为温度传感器与误差的自动补偿（见图3）。其中图2 输出的Ni 即为图3 输入的Ni。 


        时间测量 
        时间测量中采用的超声波信号周期为25μs，却需要一个相当于在20°C 时约9mm 波长的超声波信号源。为了确保精度，需要一个波长检测器。超声波信号源由一个信号发生器和一个过零检测器的电路组成。任意信号发生器由一个可存放任意波形的16Kbyte EPROM，一个用来扫描EPROM的16 位计数器和一个DAC 组成。过零检测器由临界值检测器组成。检测器的临界值是接收到的信号峰值的一部分，使检测器可以根据参考零电位比较接收到的信号。这就使得在信号区的信号能最大范围地被检测到，从而使噪声干扰最小。 

        存储在EPROM 中的激励信号必须设计成可以接收那些低到足以防止第一个临界值接收器干扰不同周期的回声。这些特殊的信号由一个约束最优化程序处理，这种程序主要是为了使回波的能量最小从而把回波的峰值限定位一个固定值。最合适的允许接收由固定振幅的最低回波Y(f)的驱动信号X(f)可以由解下列方程得到： 

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