超声测距传感器价格低廉，性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰和有毒气体的影响，且使用方便，故在倒车雷达等领域得到了广泛应用。倒车雷达所采用的超声传感器一般采用大波束角设计，旨在扩大探测范围，但同时也产生了干扰信号，增加了虚警概率。随着超声测距传感器波束角的减小，超声波的定向传播能力增强，系统探测准确度和抗干扰能力也随之大大提高。因此，研制小波束角超声测距仪具有深远的现实意义和应用价值。
笔者研制的小波束角超声测距仪由超声传感器，发射/接收电路、单片机处理电路及PC构成，系统总体结构如图2所示。超声传感器用来实现电能与声能的相互转换；发射电路用于产生一定频率的交变电压作为传感器工作电源，驱动传感器向外发射超声信号；接收电路部分对回波信号进行放大、滤波，单片机处理电路则用于产生选通信号并对回波信号进行处理，测量结果在PCIV界面中实时显示。本系统的核心是小波束角超声传感器的研制。
超声传感器一般采用波束宽度良
超声测距的指向性与超声传感器的谐振频率及传感器的辐射面积有直接关系。对于单一的超声传感器，波束宽度良
对于多元线阵传感器，如图3所示。N个阵元均匀线阵的波束宽度
其中：N为阵元数，d为阵元之间的间距。
由上式知，当传感器谐振频率一定时，采用多元线阵的组合形式可得到较小的波束宽度。文献提出传感器辐射面积越小，换能器的谐振频率就越高。文献指出换能器阵列指向性的形成是由于其各部分发射的声波在自由场
远场区中干涉叠加的结果。综合考虑制造工艺及实际应用等因素。小波束角超声测距仪采用的传感器阵列为3阵元线阵，阵元采用小尺寸设计，相邻阵元间距d=0.03 m。
为检验设计效果。采用如下步骤对超声传感器谐振频率进行实际测试：连线方式如图4所示，电位器初始值为1千欧，调节信号发生器频率，至信号幅值出现最小值时，该频率即接近于传感器的工作频率。随后断开传感器接线端，将电位器的阻值调到0(短路)，记录信号幅值。重新将传感器接到测试电路中，调节电位器阻值至信号幅值为开路时的一半。取出电位器．测量电位器阻值。传感器的谐振阻抗值即为信号发生器内阻与电位器阻值之和。测得3元线性阵的谐振频为82.7 kHz，谐振阻抗为443 Ω。经计算可知
小波束角超声测距仪的研制，很好地改善了超声波测距的指向性，而且提高了抗干扰能力。此装置在实际测距中也满足了自动倒车系统的性能指标。且该系统结构紧凑，易于安装，抗干扰性强。具有重要的应用前景。
