超声换能器驱动电路及回波接收电路的设计

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1、科技论坛:www.tech-domain.com科技论坛自动化与仪器仪表超声换能器驱动电路及回波接收电路的设计湖南长沙国防科技大学机电工程与自动化学院!)!..(5"简盈王跃科潘仲明摘要!介绍了采用脉冲回波法进行超声测距的原理!设计了一种高效率的超声换能器驱动电路!使换能器和功放的阻抗匹配得到改善"另外还设计了一种单电源回波接收电路"本系统主要用于车辆防碰撞等领域"从实验结果来看!发射效率和接收灵敏度均较高!回波效果良好!大大提高了超声波探头的作用距离"关键词!超声测距脉冲变压器阻抗匹配推挽放大器随着我国汽车工业和高速公路事业的飞速发展!研最常用的超声测距方法是回声探测法#其工作原理制"开发

2、基于高性价比的超声波测距技术的车辆防撞系是)使换能器向介质发射声脉冲!声波遇到被测物体&目统具有重要的社会与经济价值#标’后必有反射回来的声波&回波’作用于换能器上#若车辆防撞系统具有自动探测前方障碍物"自动减速或已知介质的声速为!!第一个回波到达的时刻与发射脉刹车的功能!是未来高级小汽车和载重车辆必备的安全行冲时刻的时间差为"!那么即可按式#$!"40计算换能器驶辅助装置$日本%美国和欧洲等各大汽车公司都已投入与目标之间的距离!如图!所示#考虑到传感器的成本了相当的人力"物力开发在高级汽车上使用的防撞与安全与安装的方便性!采用收发兼用型超声波探头!即实际预警系统!包括毫米波雷达"""#摄像

3、机"$%&和高档微机距离%$&#等$据海外媒体报道!戴姆勒!克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车&尤指卡车’使用的电子刹车系统!它利用车载前视雷达感应器探测前方景物!由车载控制器处理这一感知信息而形成虚拟景象!由此来判断当前路况是否需要启动自动刹车装置$这种新型刹车系统在未来的两%三年内即可面市!预期价格为’()*欧元+,-$显然!就普通汽车图!超声测距原理图而言!该自动电子刹车装置太昂贵$声波的速度’与温度(有关+0-#如果环境温度变化超声测距传感器价格低廉!其性能几乎不受光线%显著!则必须考虑温度补偿问题#空气中声速与温度的粉尘%烟雾%电磁干扰和有毒气体的影响!而且使用方关系可表示为)便$

4、然而!常见的超声测距仪的作用距离较短www.tech-domain.com!一般均小(78(56,9!!55!6)*!55,6)7.69(:/4;<:,<于或等于!./!从而限制了它在汽车高速行驶时的使用"8(56,9性能$超声测距仪的作用距离不仅仅依赖于高性能的超"驱动电路的设计声波探头!而且与超声波的发射与接收电路的机电能量图0所示的超声频驱动电源用于激励超声换能器转换效率有关$本文主要研究一种高效的超声换能器收使之向外发送超声波!超声频电源与超声换能器仪器构发电路!以增大超声测距仪的作用距离!使之能够在未成超声发生器#来的国产化汽车主动防撞系统中得到应用$"#!场效应管功率放大电路的设

5、计!超声测距原理在此采用在超声波发生器上应用较多的乙类推挽谐振频率高于0.123的声波被称为超声波$超声波放大电路#其特点是无激励信号时!两个功率管=>?,8.为直线传播方式!频率越高!绕射能力越弱!但反射能力的静态电流为零(而有激励信号时!两个功率管交替工越强$利用超声波的这种性能就可制成超声传感器!或作!各输出半波信号!合起来形成一个完整的波形#称为超声换能器!它是一种既可以把电能转化为声能%&@(*(58是双通道与非门AAB4CD&专用接口器件!又可以把声能转化为电能的器件或装置$换能器在电脉其中!管脚8是两个与非门公用的使能输入端&高电平冲激励下可将电能转换为机械能!向外发送超声波(

6、反有效’!管脚,4(%管脚’49分别是两个与非门的输入4输之!当换能器处在接收状态时!它可将声能&机械能’转出端(管脚)是数字地(管脚E接*F直流电源!管脚*换为电能#接直流电源)**#利用该接口电路就可以直接用AAB电5!科技论坛:www.tech-domain.com科技论坛自动化与仪器仪表%&&的影响"因而在此代替功率晶体管作功率放大器件&!"!变压器的设计!"脉冲变压器是超声换能器驱动电路中最重要的器件"它的用信号!""#!!""#!途是升高脉冲电压信号"并使功!"选通!"#!率放大器的输出阻抗与换能器的负载阻抗匹配&一般脉冲变压器以变压器的功率’原副边电压信号的幅值确定变压器的尺寸

7、和变!#!比;3<#而超声换能器驱动用变压器则主要以功率和原副边电感及阻图$超声换能器驱动电路抗匹配确定变压器的尺寸和变比!平来驱动’()*+,功率管!只要适当选取电阻!!就可!"!"#变压器工作频率及输入电压脉宽的确定以确定’()*+,功率管-.*!$"的栅源电压#/)"进而确脉冲变压器的工作频率取决于超声换能器的工作定功率管导通时的漏极电流"$#!用于限制漏极电流"$频率!在此选用0193"#5=的换能器