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，研制、开发基于高性价比的超声波测距技术的车辆防撞系统具有重要的社会与经济价值。

车辆防撞系统具有自动探测前方障碍物、自动减速或刹车的功能，是未来高级小汽车和载重车辆必备的安全行驶辅助装置。日本、美国和欧洲等各大汽车公司都已投入了相当的人力、物力开发在高级汽车上使用的防撞与安全预警系统，包括毫米波雷达、ccd摄像机、gps和高档微机等。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3745欧元[1]。显然，就普通汽车而言，该自动电子刹车装置太昂贵。

超声测距传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰和有毒气体的影响，而且使用方便。然而，常见的超声测距仪的作用距离较短，一般均小于或等于10m，从而限制了它在汽车高速行驶时的使用性能。超声测距仪的作用距离不仅仅依赖于高性能的超声波探头，而且与超声波的发射与接收电路的机电能量转换效率有关。本文主要研究一种高效的超声换能器收发电路，以增大超声测距仪的作用距离，使之能够在未来的国产化汽车主动防撞系统中得到应用。

1 超声测距原理

谐振频率高于20khz的声波被称为超声波。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。

最常用的超声测距方法是回声探测法。其工作原理是：使换能器向介质发射声脉冲，声波遇到被测物体(目标)后必有反射回来的声波(回波)作用于换能器上。若已知介质的声速为c，第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差为t，那么即可按式s=ct／2计算换能器与目标之间的距离，如图1所示。考虑到传感器的成本与安装的方便性，采用收发兼用型超声波探头，即实际距离d=s。