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   的广泛应用，特别对车辆的行驶时路面信息进行探测，确定路面高低不平路段的距离、方位和高度等信息。并对的原理、系统硬件实现和超声波在各领域的实际应用进行了探讨；{zh1}就xx感知路面信息提出了进一步的改进方案。

1 、引言

    地面不平整而造成的交通事故很多，凹凸的路给车辆带来了行驶麻烦，也带来了安全隐患。因此，技术人员在着方面研究了不少，为了有效的减少行驶中的振动，当前普遍采用的被动式悬挂系统不失为一种有效的方法。为了进一步提高减振效果，一种新的悬挂系统：主动悬挂系统应运而生，它能根据路面的情况实时调整减振弹簧与阻尼之间的优化比，从而达到减振缓冲的目的。该系统主要有传感器件、控制器件和执行器件三部分组成。传感器件将实时探测到的车辆前方路面的信息传输给控制器件的核心部件单片机，由单片机对信息进行分析处理，然后对执行器件发出指令，由执行器件对悬挂系统进行控制，调整系统参数并产生主动控制力，从而达到减振目的。主动式悬挂系统是一个复杂的系统，其中传感器在整个系统中起着至关重要的作用。

1.1 使用的基本原则

    是利用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频的人耳听不见的声波来进行感应的，如果这声波碰到了某个物体，传感器就能接收到返回波。传感器通过声波的波长和发射声波以及接收到返回声波的时间差就能确定物体的距离。比较具有代表性的，一个传感器可以通过按钮的设定来拥有近距离和远距离两种设定，无论物体在那一种界限里，传感器都可以检测到。例如：可以安装在一个装液体的池子上，或者是一个装小球的箱子上，向这个容器发出声波，通过接收到返回波的时间长短就能确定这个容器是满的、空的或者是部分满的。

    还有使用的是独立的发射器和接收器的型号，当检测缓慢移动的物体或者在潮湿环境中应用时，这种对射示的就非常适用。在检测透明物体、液体，检测光滑、粗糙、有光泽的半透明材料等物体表面，以及检测不规则物体时，都是{sx}。不适用的情况有：户外、极热的环境、有压力的容器内及有泡沫的物体。

1.2 选型要点

<1> 范围和尺寸

    被检测的物体的尺寸大小会影响的{zd0}有效范围，传感器必须探测到一定级别的声波才能被激励输出信号，一个较大的物体可以将大部分声波反射给传感器，所以传感器可以在它的{zd0}限度内对此物体进行感应，而一个小物体只能反射很少的声波，这样就明显地减小了感应的范围。

<2> 被测物

    能运用进行检测的最理想的物体应该是大型、平坦、高密度的物体，垂直放置面对着传感器感应面。最难检测的是那些面积非常小，或者是可以吸收声波的材料制作的，比如泡沫塑料，或者是角面对着传感器的。一些比较困难被检测的物体可以先对物体的背景表面进行示教，再对放在传感器和背景之间的物体作出反应。

    用于液体测量时需要要液体的表面垂直面对超声波传感器，如果液体的表面非常不平整，那么传感器的响应时间要调的更长一些，它会将这些变化做个平均，可以比较固定的读取。

    在Retrosonic模式下使用超声波传感器使得探测不规则物体也成为可能，在Retrosonic模式下，超声波传感器可以先探测一个平整的背景，如一面墙，当任何物体通过传感器和墙之间的时候，就会阻碍声波，传感器感应到了中断，便会意识到出现了物体。

<3> 振动

    无论是传感器本身还是周围机械的振动，都会影响距离测量的xx度。这时可以考虑采取一些减震措施，例如：用橡胶的抗震设备给传感器做一个底座，可以减少振动，用固定杆也可以xx或者{zd0}程度的减少振动。

<4> 衰减

    当周围环境温度缓慢变化的时候，有温度补偿的可以做出调整，但是如果温度变化过快，传感器将无法做出调整。

<5> 误判

    超声波可能会被附近的一些物体反射，比如导轨或者固定夹具，为了确保检测的可靠性，必须减少或者排除周围物体对声波反射的影响，为了避免对周围物体的错误检测，许多都有一个LED指示器来引到操作人员进行安装，来确保这个传感器被正确的装好，减少出错的风险。 

1.3 的典型应用举例

    超声波传感器曾经被认为操作太过困难或者过于昂贵，但随着成本的降低和运用的方便，越来越多的机械设计师在设计机器时已经将超声波传感器融入进去。超声波传感器的工业应用领域包括探测填充状况、探测反光物体和物质、控制环绳的膨胀和测量距离。

    在工业上的应用正快速发展，这项曾经十分昂贵而且精准度不高的技术如今已经变得简单易用，精度高且费用低廉。超声波传感器已经成为一个常规设备在过程控制中提高产品的质量，应用在检测次品、确认出现或者消失和其他一些领域。这种传感器同样可以提高生产力，它可以减少废料，避免由于零件损坏造成的停工。未来在此项技术领域内此类产品的发展仍将延续这种趋势，这是一项挑战，但是已经在工业领域内达成共识，那就是超声波传感器在所有的制造领域内，包括质量控制、过程控制和检测，具有极大的发展潜力。

 2 、超声波传感器的基本原理

    人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。

    超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。

    超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，其结构如图1所示，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计）。

    超声波在空气中传播时，如果遇到其它媒介，则因两种媒介的声阻抗不同而产生反射。因此，向前方路面障碍物发射超声波，检测反射波并进行分析，便可判断并获知前方路面的状况。另外，超声波传感器信息处理简单快速，环境适应性强，价格便宜，因此适于在履带车辆主动悬挂系统中应用。

2.1  结构与工作原理

    当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。

2.2 超声波距离传感器技术原理与应用

    超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便， 防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。

<1> 超声波测距仪：

    TLRS系列产品使超声波测距技术有了重大的突破，它不仅拓宽了超声波测距技术的应用场合（适用极恶劣工的工作环境），而且使用智能调节技术，大大提高了超声波产品的可靠性及性能指标，让用户使用无后顾之忧。

    优秀的回波处理技术，5－50KHZ的超高强发波频率使TLES物位计{zd0}量程可达到30米，适用介质温度为–20℃— 175℃。智能的全自动调节发波频率，自动的温差补偿功能使其工作更加稳定可靠。TLES系列产品还拥有灵活多变的工作方式（供电电源可为12VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四线制同一仪表中可随意组合。使得用户随时可以得到技术支持。

    TLES系列产品以它{jd0}的技术稳定可靠的工作质量，在化工、电力、冶金、煤矿、码头、水处理、轻工及食品卫生等行业得到广泛的应用。

<2> 智能超声波测距传感器在测井仪中的应用。

    煤矿立井通常采用钻井法施工,在施工过程中可对己成井孔的井径、井斜进行测量,根据测得数据来确定井孔的偏斜程度及判断井壁有无塌方、缩径等现象,以便及时采取措施防偏、纠偏,控制偏斜率, 保证成井井筒质量。对井径、井斜进行测量的方法一般有灯光测量法、重锤打印测量法、机械测井仪测量法和超声波测量法等。前两种测量方法测量精度低,不能连续测量,无法测出井径,目前主要采用后两种测量方法。超声波井径、井斜测量具有测量精度高,使用方便,测量结果直观等特点,它是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比,它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有较强适应能力。因此,在料位测量、车辆自动导航、物体识别等方面得到广泛应用。特别是应用于测距,由于超声波在传播介质中波速较慢,其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来,具有很高的分辨力,其准确度也较其它方法高,而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。北京川百特仪新研制的智能装在测井仪支架上构成超声波测井仪,传感器采用9V电池供电,只需一根电缆与井上进行数据通讯,避免了传统超声波测井仪所需的大量供电和通信电缆,以及供电电压在线路上的损耗,它配备了一体化的超声波发送接收模块和计算机远程通信模块。由于一体化的设计方式使得设备体积小,密封性好、安装和维护都非常方便。

3、应用前景展望

    随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。

5、结论：

    采用多传感器对事物的测量系统，采用自适应加权融合算法对测量结果进行融合，提高了传感器的精度，多传感提高了传感器的时间和空间的覆盖范围。

    {zh1}在赘述几句，选择产品的时候请慎重，有些客户因要节约成本，于是选用了很多价格优惠的传感器，但是往往这种传感器并不能满足自己的要求，或产品购买完毕，但是售后服务和技术支持几乎没有，北京川百特仪在这里建议各位消费者，选择时一定要谨慎，选择一些知名的企业生产的产品也许成本稍微高了一点点，但是后续开发和技术支持有了保证，避免您花了钱，却买不到能用的产品。现在很多小的厂家或公司也在代理销售超声波传感器，往往买了他们的产品，根本得不到应有的技术支持，因为小公司的技术实力有限，而且很多都是代理其他厂家生产的传感器。