本發(fā)明涉及一種汽車(chē)超聲波傳感器。尤其是涉及一種在汽車(chē)中配合倒車(chē)?yán)走_(dá)、前進(jìn)雷達(dá)、自動(dòng)泊車(chē)、盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作用的超聲波傳感器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，絕大部分汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)或前進(jìn)雷達(dá)，自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)，部分汽車(chē)盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，皆采用超聲波進(jìn)行工作，其基本原理與自然界中的蝙蝠、海豚等動(dòng)物的回聲定位功能原理一樣。聲音是一種波，我們?nèi)硕苈?tīng)到聲音的頻率范圍一般在20hz-20khz，超過(guò)20khz的，人是聽(tīng)不到的，稱(chēng)之為超聲波。超聲波在空氣中的傳播速度也等于音速（340米/秒）；超聲波遇到障礙物后，會(huì)產(chǎn)生回聲，那么通過(guò)計(jì)算發(fā)射與接收之間的時(shí)差，就能算出發(fā)射地與障礙物的距離。以倒車(chē)?yán)走_(dá)工作為例，倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)通過(guò)主機(jī)（控制器）依時(shí)序控制多個(gè)超聲波傳感器工作，超聲波傳聲器檢測(cè)回來(lái)的信號(hào)經(jīng)超聲波傳感器內(nèi)置電路處理后再傳輸給主機(jī)，主機(jī)通過(guò)高速運(yùn)算探知傳感器與障礙物的距離，然后主機(jī)通過(guò)內(nèi)部或外部的聲音或顯示報(bào)警，從而有效輔助駕駛員進(jìn)行倒車(chē)。

目前，市場(chǎng)上的超聲波傳感器大致有兩類(lèi)。第一類(lèi)是內(nèi)部沒(méi)有信號(hào)放大處理等電路的超聲波傳感器，傳感器通過(guò)屏蔽線把檢測(cè)到的微弱模擬信號(hào)直接傳輸給主機(jī)。這種，傳感器尺寸較小，抗干擾能力差，因此主要運(yùn)用于售后加裝市場(chǎng)。

第二類(lèi)是內(nèi)部設(shè)有信號(hào)放大處理等電路的超聲波傳感器，即有內(nèi)置電路的超聲波傳感器，此類(lèi)傳感器根據(jù)信號(hào)處理及傳輸方式，又分為兩種，第一種是輸出模擬信號(hào)的有源傳感器，也稱(chēng)有源探頭；第二種是輸出數(shù)字信號(hào)（數(shù)字脈沖信號(hào)）的數(shù)字式（數(shù)字化）傳感器，也稱(chēng)數(shù)字式探頭；此兩種傳感器（探頭）主要運(yùn)用于汽車(chē)主機(jī)廠。數(shù)字式傳感器相對(duì)有源傳感器，抗干擾能強(qiáng)，通用性較佳，但是因?yàn)閿?shù)字式傳感器通常內(nèi)部設(shè)計(jì)帶有cpu（微處理器），故成本相對(duì)較高。同時(shí)，較多的有源及數(shù)字式傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，可靠性差，安裝不方便，安裝后外觀不夠漂亮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，裝配后外觀漂亮，電路通用性、抗干擾能力強(qiáng)，且成本具有優(yōu)勢(shì)的數(shù)字式超聲波傳感器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種汽車(chē)超聲波傳感器，包括外殼，及安裝在其內(nèi)的傳聲器、內(nèi)置電路，其中，內(nèi)置電路內(nèi)設(shè)置有用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)的電路單元，傳聲器工作向外發(fā)射超聲波，由障礙物反射回來(lái)的超聲波經(jīng)傳聲器接收并轉(zhuǎn)換為微小的模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)經(jīng)電路單元直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)輸出。

進(jìn)一步，所述內(nèi)置電路包括電源穩(wěn)壓濾波電路單元、發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元、回波放大電路單元，回波選頻電路單元、回波門(mén)檻電路單元，回波整形積分電路單元；其中，發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元連接電源穩(wěn)壓濾波電路單元，回波放大電路單元連接回波選頻電路單元，回波選頻電路單元連接回波門(mén)檻電路單元，回波門(mén)檻電路單元連接回波整形積分電路單元，回波整形積分電路單元連接發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元。

進(jìn)一步，系統(tǒng)主機(jī)或其它傳感器向所述超聲波傳感器輸入數(shù)字脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述超聲波傳感器的所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元工作，所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述傳聲器工作向外發(fā)射超聲波。

進(jìn)一步，所述模擬信號(hào)經(jīng)由所述回波放大電路單元及所述回波選頻電路單元進(jìn)行放大及濾波處理，放大后的模擬信號(hào)經(jīng)由所述回波門(mén)檻電路單元及所述回波整形積分電路單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)。

進(jìn)一步，所述超聲波傳感器還包括接插件端子，所述外殼上設(shè)置有接插件護(hù)套，接插件端子與內(nèi)置電路連接，并固定連接于接插件護(hù)套，接插件端子與護(hù)套組成所述超聲波傳感器的接插件，該接插件通過(guò)線束連接系統(tǒng)主機(jī)或其它傳感器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物體探測(cè)及數(shù)據(jù)通訊功能。

進(jìn)一步，所述外殼的頭部設(shè)置有所述傳聲器的安裝腔，所述傳聲器下部分通過(guò)內(nèi)橡膠套安裝于安裝腔內(nèi)，所述傳聲器的上部通過(guò)設(shè)置圓面蓋將其固定于安裝腔內(nèi)。

進(jìn)一步，所述外殼頭部的外圓周面上設(shè)置有環(huán)形卡槽，所述圓面蓋內(nèi)設(shè)置有環(huán)形卡柱，環(huán)形卡柱與環(huán)形卡槽卡接固定，來(lái)將所述傳聲器固定于安裝腔內(nèi)。

進(jìn)一步，所述傳聲器上部分通過(guò)外橡膠套與汽車(chē)保險(xiǎn)杠上的開(kāi)孔配合安裝。

進(jìn)一步，所述傳聲器底部和所述內(nèi)置電路之間設(shè)置有用于吸收多余超聲波的海綿塊。

進(jìn)一步，所述超聲波傳感器配備有傳感器安裝支架，所述外殼上設(shè)置有卡柱，傳感器安裝支架上設(shè)置有卡槽，通過(guò)卡柱與卡槽卡接固定，使所述超聲波傳感器牢固安裝固定于傳感器安裝支架，傳感器安裝支架固定于汽車(chē)保險(xiǎn)杠上，從而使得所述超聲波傳感器安裝固定于汽車(chē)保險(xiǎn)杠上。

進(jìn)一步，所述接插件設(shè)置有接地線、電源線和通訊線。

進(jìn)一步，所述電源穩(wěn)壓濾波電路單元包括二極管d1、電解電容e1以及電容c1；系統(tǒng)主機(jī)或其它傳感器向所述超聲波傳感器供電，電源通過(guò)二極管d1整流、電解電容e1濾除低頻電源噪聲，電容c1濾除高頻電源噪聲，來(lái)為其它電路提供穩(wěn)定的電源。

進(jìn)一步，所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元包括電阻r18、電阻r19、電阻r20、電阻r01、電阻r02，比較器u2b,p溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1，n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2，電容c2以及中周變壓器t；所述發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72向所述傳聲器60反復(fù)施壓并放電，來(lái)使其產(chǎn)生相應(yīng)脈沖頻率的超聲波向外發(fā)射。

進(jìn)一步，所述回波放大電路單元包括電阻r03、電阻r04、電阻r05a、電阻r05、電阻r06、電阻r07、電阻r08,電容c2a、電容c3、電容c4、電容c5、電容c7，二極管d2b、二極管d2a,三極管q3，運(yùn)算放大器u1a和可調(diào)電阻vr。

進(jìn)一步，所述回波選頻電路單元包括電阻r09、電阻r10、電阻r11、電阻r12、電阻r13,電容c8、電容c9、電容c10、電容c11、電容c12，運(yùn)算放大器u1b。

進(jìn)一步，所述回波門(mén)檻電路單元包括電阻r14、電阻r15、電容c13、比較器u2a。

進(jìn)一步，所述回波整形積分電路單元包括電阻r16、電阻r17、電容c14、電容c15、三極管q4。

本發(fā)明超聲波傳感器，外形、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，安裝方便，外觀漂亮，可靠性高；而且其抗干擾性能好，成本低，綜合性能極佳。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明超聲波傳感器立體分解示意圖；

圖2為本發(fā)明超聲波傳感器立體示意圖；

圖3為本發(fā)明超聲波傳感器頭部部分剖面分解示意圖；

圖4為本發(fā)明超聲波傳感器頭部部分剖面示意圖；

圖5為本發(fā)明超聲波傳感器安裝支架立體示意圖；

圖6為本發(fā)明超聲波傳感器及安裝支架裝配示意圖；

圖7為本發(fā)明超聲波傳感器內(nèi)部電氣原理圖。

具體實(shí)施方式

下面，參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說(shuō)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。

為了易于說(shuō)明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左”“右”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，用于說(shuō)明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語(yǔ)意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位（旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位），這里所用的空間相對(duì)說(shuō)明可相應(yīng)地解釋。

如圖1至圖6所示，本發(fā)明一種汽車(chē)超聲波傳感器，包括外殼10、圓面蓋20、內(nèi)橡膠套30、外橡膠套40、海綿塊50、傳聲器60、內(nèi)置電路70、接插件端子80、密封膠90。

傳聲器60和內(nèi)置電路70之間信號(hào)連接并均安裝于外殼10內(nèi)，接插件端子80信號(hào)連接內(nèi)置電路70，接插件端子80固定連接于外殼10的接插件護(hù)套10h1部分，接插件端子80與外殼10的護(hù)套10h1組成超聲波傳感器的接插件h1，接插件h1通過(guò)線束連接系統(tǒng)主機(jī)或其它超聲波傳感器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物體探測(cè)及數(shù)據(jù)通訊功能。

如圖3、圖4所示，外殼10的頭部設(shè)置有傳聲器60的安裝腔11，外殼10頭部的外圓周面上設(shè)置有環(huán)形卡槽10k2。傳聲器60下部分通過(guò)內(nèi)橡膠套30安裝于安裝腔11內(nèi)，通過(guò)圓面蓋20與內(nèi)橡膠套30緊配，并通過(guò)圓面蓋20內(nèi)的環(huán)形卡柱20k1與外殼頭部的環(huán)形卡槽10k2卡接固定，來(lái)將傳聲器60固定于安裝腔11內(nèi)。傳聲器60上部分通過(guò)外橡膠套40與汽車(chē)保險(xiǎn)杠300所設(shè)開(kāi)孔300q1配合安裝。圓面蓋20、外殼10通過(guò)對(duì)內(nèi)橡膠套30的環(huán)形緊固用力，內(nèi)橡膠套30再作用力施加于傳聲器60，從而使得傳聲器60固定牢固。

海綿塊50墊設(shè)于傳聲器60底部和內(nèi)置電路70之間，其吸收傳聲器60從后端（底部）所發(fā)出多余的超聲波，以防止其干擾傳感器的正常物體探測(cè)信號(hào)，見(jiàn)圖4。

本發(fā)明超聲波傳感器，傳聲器60下面部分、內(nèi)橡膠套30、海綿塊50、內(nèi)置電路70置于外殼10內(nèi)部后，外殼腔體內(nèi)多余空間部分采用密封膠90填充、灌封。

以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證了傳感器機(jī)構(gòu)的可靠性，又使得傳感器整體設(shè)計(jì)緊湊、體積較小，方便安裝運(yùn)用。

如圖2、圖5、圖6所示，超聲波傳感器100配備有傳感器安裝支架200，通過(guò)外殼10上傳聲器側(cè)的安裝面10p1與傳感器安裝支架200的安裝面200p2抵頂配合，通過(guò)外殼10上對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)卡柱10k1與傳感器安裝支架200上的卡槽200k2卡接固定，使超聲波傳感器100牢固安裝固定于傳感器安裝支架200。傳感器安裝支架200為目前常用的安裝支架之一，此安裝支架通過(guò)熱熔接固定于汽車(chē)保險(xiǎn)杠上，從而使得超聲波傳感器100安裝固定于汽車(chē)保險(xiǎn)杠上，安裝完成后，從車(chē)外觀來(lái)看，只可以看到傳感器的傳聲器60上面部分的圓表面，以及一小環(huán)形狀的外橡膠套40，因此，裝配后，傳感器外觀漂亮。當(dāng)然，也可以設(shè)計(jì)不同的傳感器安裝支架，使得傳感器安裝固定在汽車(chē)保險(xiǎn)杠上，并滿足其功能及外觀要求。

圖7為本發(fā)明超聲波傳感器內(nèi)部電氣原理圖，具體介紹超聲波傳感器100的內(nèi)置電路70的設(shè)計(jì)。超聲波傳感器100通過(guò)接插件h1與外界連接的導(dǎo)線為三條：一條接地線，為端口2；一條是成套系統(tǒng)為超聲波傳感器100提供電源的電源線，為端口1；一條是系統(tǒng)的主機(jī)或其它傳感器驅(qū)動(dòng)或控制本發(fā)明傳感器工作及本發(fā)明傳感器向主機(jī)或其它傳感器回傳信號(hào)的通訊線，為端口3。

內(nèi)置電路70包括電源穩(wěn)壓濾波電路單元71、發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72、回波放大電路單元73、回波選頻電路單元74、回波門(mén)檻電路單元75、回波整形積分電路單元76。發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72連接電源穩(wěn)壓濾波電路單元71，回波放大電路單元73連接回波選頻電路單元74，回波選頻電路單元74連接回波門(mén)檻電路單元75，回波門(mén)檻電路單元75連接回波整形積分電路單元76，回波整形積分電路單元76連接發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72。

其中，電源穩(wěn)壓濾波電路單元71設(shè)有二極管d1、電解電容e1以及電容c1。系統(tǒng)主機(jī)或其它傳感器向本發(fā)明超聲波傳感器供電，電源通過(guò)二極管d1整流、電解電容e1濾除低頻電源噪聲，電容c1濾除高頻電源噪聲，來(lái)為其它電路提供穩(wěn)定的電源。

其中，發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72設(shè)有電阻r18、電阻r19、電阻r20、電阻r01、電阻r02、比較器u2b、p溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1、n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2、電容c2以及中周變壓器t。系統(tǒng)主機(jī)或其它傳感器通過(guò)接插件h1的端口3向超聲波傳感器100輸入數(shù)字脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器100的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72工作，電阻r19和電阻r20將vcc電源分壓，提供比較器u2b的參考電壓，當(dāng)端口3電平為高時(shí)，比較器u2b輸出為低，n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2導(dǎo)通，p溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1截止，vcc電源通過(guò)電阻r02限流供應(yīng)給電容c2;當(dāng)端口3電平為低時(shí)，比較器u2b輸出為高，n溝道場(chǎng)效應(yīng)管q2截止，p溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1導(dǎo)通，p溝道場(chǎng)效應(yīng)管q1把電容c2上的電壓拉低；高低電平的高頻脈沖經(jīng)過(guò)電容c2驅(qū)動(dòng)中周變壓器t，中周變壓器t的次級(jí)產(chǎn)生高電壓脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)傳聲器60（sen1）。傳聲器60被反復(fù)施壓并放電，來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)脈沖頻率的超聲波向外發(fā)射。

其中，回波放大電路單元73設(shè)有電阻r03、電阻r04、電阻r05a、電阻r05、電阻r06、電阻r07、電阻r08、電容c2a、電容c3、電容c4、電容c5、電容c7、二極管d2b、二極管d2a、三極管q3、運(yùn)算放大器u1a和可調(diào)電阻vr。電阻r03和電容c2a是超聲波傳感器的匹配電阻和諧振電容，電阻r04、電容c3、電阻r05a、電阻r05、三極管q3構(gòu)成第一級(jí)放大電路，電阻r05a是第一級(jí)放大電路的負(fù)反饋電阻，電容c3信號(hào)輸入濾波；二極管d2b、二極管d2a用來(lái)鉗位輸入信號(hào)，保護(hù)放大電路。電容c4、可調(diào)電阻vr、電阻r06、電容c5、運(yùn)算放大器u1a、電阻r07、電阻r08、電容c7構(gòu)成第二級(jí)放大電路，電阻r07、電阻r08、電容c7提供穩(wěn)定的運(yùn)算放大電路的基準(zhǔn)電壓。電阻r06為反饋電阻，電容c4為信號(hào)輸入濾波，電容c5為信號(hào)反饋濾波電容，可調(diào)電阻vr用來(lái)調(diào)節(jié)放大電路的增益。

其中，回波選頻電路單元74設(shè)有電阻r09、電阻r10、電阻r11、電阻r12、電阻r13、電容c8、電容c9、電容c10、電容c11、電容c12、運(yùn)算放大器u1b。電容c8，電容c9為信號(hào)輸入濾波，電阻r09為信號(hào)輸入電阻，電阻r10，電阻r11為反饋電阻，電容c10為反饋濾波電容，電容c11為電源濾波電容，電阻r12和電阻r13將vcc分壓，電容c12為分壓濾波電容，為運(yùn)算放大器u1b提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，電阻r12a為偏值電阻。

其中，回波門(mén)檻電路單元75由電阻r14、電阻r15、電容c13、比較器u2a組成，電阻r14和電阻r15把信號(hào)分壓，電容c13將分壓后的電壓信號(hào)濾波，提供基準(zhǔn)電壓給比較器u2a的第3腳，當(dāng)比較器u2a的第2腳的電壓小于第3腳電壓時(shí)，比較器第1腳輸出為高電平，當(dāng)比較器的第2腳的電壓大于第3腳電壓時(shí)，比較器第1腳輸出為低電平。

其中，回波整形積分電路單元76由電阻r16、電阻r17、電容c14、電容c15、三極管q4組成，當(dāng)比較器u2a第1腳輸出為高電平時(shí)，三極管q4導(dǎo)通，當(dāng)比較器u2a第1腳輸出為低電平時(shí)，三極管q4截止，電阻r16為上拉電阻，電容c14、電容c15為積分濾波電容，電阻r17為輸出電阻。

綜上，系統(tǒng)主機(jī)或其它傳感器向本發(fā)明超聲波傳感器100輸入數(shù)字脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器100的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72工作，發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路單元72產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)傳聲器60（sen1）工作向外發(fā)射超聲波，由障礙物反射回來(lái)的超聲波經(jīng)傳聲器60接收并轉(zhuǎn)換為微小的模擬信號(hào)，此微小的模擬信號(hào)經(jīng)由回波放大電路單元73及回波選頻電路單元74進(jìn)行放大及濾波處理，放大后的模擬信號(hào)經(jīng)由回波門(mén)檻電路單元75及回波整形積分電路單元76轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)，此數(shù)字脈沖信號(hào)可直接輸入系統(tǒng)主機(jī)的cpu模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不需對(duì)其再進(jìn)行其它任何的數(shù)字化處理，即可由cpu得出傳感器對(duì)障礙物體的距離測(cè)量結(jié)果。

由此可知，雖然本發(fā)明傳感器沒(méi)有運(yùn)用cpu（微處理器），但是本發(fā)明內(nèi)置電路70具有數(shù)字化能力，本發(fā)明超聲波傳感器為數(shù)字式（數(shù)字化）探頭，其具有很好的抗干擾能力，同時(shí)，相對(duì)帶cpu的數(shù)字式探頭又具有極佳的成本優(yōu)勢(shì)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。