超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路及回波接收電路的設(shè)計(jì)

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1、科技論壇:www.tech-domain.com科技論壇自動(dòng)化與儀器儀表超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路及回波接收電路的設(shè)計(jì)湖南長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院!)!..(5"簡(jiǎn)盈王躍科潘仲明摘要!介紹了采用脈沖回波法進(jìn)行超聲測(cè)距的原理!設(shè)計(jì)了一種高效率的超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路!使換能器和功放的阻抗匹配得到改善"另外還設(shè)計(jì)了一種單電源回波接收電路"本系統(tǒng)主要用于車(chē)輛防碰撞等領(lǐng)域"從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看!發(fā)射效率和接收靈敏度均較高!回波效果良好!大大提高了超聲波探頭的作用距離"關(guān)鍵詞!超聲測(cè)距脈沖變壓器阻抗匹配推挽放大器隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)和高速公路事業(yè)的飛速發(fā)展!研最常用的超聲測(cè)距方法是回聲探測(cè)法#其工作原理制"開(kāi)發(fā)

2、基于高性?xún)r(jià)比的超聲波測(cè)距技術(shù)的車(chē)輛防撞系是)使換能器向介質(zhì)發(fā)射聲脈沖!聲波遇到被測(cè)物體&目統(tǒng)具有重要的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值#標(biāo)’后必有反射回來(lái)的聲波&回波’作用于換能器上#若車(chē)輛防撞系統(tǒng)具有自動(dòng)探測(cè)前方障礙物"自動(dòng)減速或已知介質(zhì)的聲速為!!第一個(gè)回波到達(dá)的時(shí)刻與發(fā)射脈剎車(chē)的功能!是未來(lái)高級(jí)小汽車(chē)和載重車(chē)輛必備的安全行沖時(shí)刻的時(shí)間差為"!那么即可按式#$!"40計(jì)算換能器駛輔助裝置$日本%美國(guó)和歐洲等各大汽車(chē)公司都已投入與目標(biāo)之間的距離!如圖!所示#考慮到傳感器的成本了相當(dāng)?shù)娜肆?物力開(kāi)發(fā)在高級(jí)汽車(chē)上使用的防撞與安全與安裝的方便性!采用收發(fā)兼用型超聲波探頭!即實(shí)際預(yù)警系統(tǒng)!包括毫米波雷達(dá)"""#攝像

3、機(jī)"$%&和高檔微機(jī)距離%$&#等$據(jù)海外媒體報(bào)道!戴姆勒!克萊斯勒公司日前成功開(kāi)發(fā)出供商用車(chē)&尤指卡車(chē)’使用的電子剎車(chē)系統(tǒng)!它利用車(chē)載前視雷達(dá)感應(yīng)器探測(cè)前方景物!由車(chē)載控制器處理這一感知信息而形成虛擬景象!由此來(lái)判斷當(dāng)前路況是否需要啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)裝置$這種新型剎車(chē)系統(tǒng)在未來(lái)的兩%三年內(nèi)即可面市!預(yù)期價(jià)格為’()*歐元+,-$顯然!就普通汽車(chē)圖!超聲測(cè)距原理圖而言!該自動(dòng)電子剎車(chē)裝置太昂貴$聲波的速度’與溫度(有關(guān)+0-#如果環(huán)境溫度變化超聲測(cè)距傳感器價(jià)格低廉!其性能幾乎不受光線(xiàn)%顯著!則必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題#空氣中聲速與溫度的粉塵%煙霧%電磁干擾和有毒氣體的影響!而且使用方關(guān)系可表示為)便$

4、然而!常見(jiàn)的超聲測(cè)距儀的作用距離較短www.tech-domain.com!一般均小(78(56,9!!55!6)*!55,6)7.69(:/4;<:,<于或等于!./!從而限制了它在汽車(chē)高速行駛時(shí)的使用"8(56,9性能$超聲測(cè)距儀的作用距離不僅僅依賴(lài)于高性能的超"驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)聲波探頭!而且與超聲波的發(fā)射與接收電路的機(jī)電能量圖0所示的超聲頻驅(qū)動(dòng)電源用于激勵(lì)超聲換能器轉(zhuǎn)換效率有關(guān)$本文主要研究一種高效的超聲換能器收使之向外發(fā)送超聲波!超聲頻電源與超聲換能器儀器構(gòu)發(fā)電路!以增大超聲測(cè)距儀的作用距離!使之能夠在未成超聲發(fā)生器#來(lái)的國(guó)產(chǎn)化汽車(chē)主動(dòng)防撞系統(tǒng)中得到應(yīng)用$"#!場(chǎng)效應(yīng)管功率放大電路的設(shè)

5、計(jì)!超聲測(cè)距原理在此采用在超聲波發(fā)生器上應(yīng)用較多的乙類(lèi)推挽諧振頻率高于0.123的聲波被稱(chēng)為超聲波$超聲波放大電路#其特點(diǎn)是無(wú)激勵(lì)信號(hào)時(shí)!兩個(gè)功率管=>?,8.為直線(xiàn)傳播方式!頻率越高!繞射能力越弱!但反射能力的靜態(tài)電流為零(而有激勵(lì)信號(hào)時(shí)!兩個(gè)功率管交替工越強(qiáng)$利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器!或作!各輸出半波信號(hào)!合起來(lái)形成一個(gè)完整的波形#稱(chēng)為超聲換能器!它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為聲能%&@(*(58是雙通道與非門(mén)AAB4CD&專(zhuān)用接口器件!又可以把聲能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置$換能器在電脈其中!管腳8是兩個(gè)與非門(mén)公用的使能輸入端&高電平?jīng)_激勵(lì)下可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能!向外發(fā)送超聲波(

6、反有效’!管腳,4(%管腳’49分別是兩個(gè)與非門(mén)的輸入4輸之!當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時(shí)!它可將聲能&機(jī)械能’轉(zhuǎn)出端(管腳)是數(shù)字地(管腳E接*F直流電源!管腳*換為電能#接直流電源)**#利用該接口電路就可以直接用AAB電5!科技論壇:www.tech-domain.com科技論壇自動(dòng)化與儀器儀表%&&的影響"因而在此代替功率晶體管作功率放大器件&!"!變壓器的設(shè)計(jì)!"脈沖變壓器是超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路中最重要的器件"它的用信號(hào)!""#!!""#!途是升高脈沖電壓信號(hào)"并使功!"選通!"#!率放大器的輸出阻抗與換能器的負(fù)載阻抗匹配&一般脈沖變壓器以變壓器的功率’原副邊電壓信號(hào)的幅值確定變壓器的尺寸

7、和變!#!比;3<#而超聲換能器驅(qū)動(dòng)用變壓器則主要以功率和原副邊電感及阻圖$超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路抗匹配確定變壓器的尺寸和變比!平來(lái)驅(qū)動(dòng)’()*+,功率管!只要適當(dāng)選取電阻!!就可!"!"#變壓器工作頻率及輸入電壓脈寬的確定以確定’()*+,功率管-.*!$"的柵源電壓#/)"進(jìn)而確脈沖變壓器的工作頻率取決于超聲換能器的工作定功率管導(dǎo)通時(shí)的漏極電流"$#!用于限制漏極電流"$頻率!在此選用0193"#5=的換能器