超声波传感器已有几十年的历史，但由于其性能、灵活性和低成本，它们仍然占据着传感市场的很大一部分。随着越来越多的产品自动化，随着机器人、自动驾驶汽车和无人驾驶飞机的出现，需求进一步增加。了解超声波传感器是如何工作的，如何使用它，使用它的优缺点，以及它们的常见应用程序，将显示它们如何适用于第一次引入。
超声传感器是什么？
超声传感器通常在23千赫兹到40千赫兹之间唧唧喳喳，远高于20千赫兹的典型听觉范围，因此被称为超声波。利用这种唧唧喳喳，他们测量了声音被物体反弹所需的时间。这与蝙蝠寻找猎物回声定位的基本原理相同。在室温下，空气中声音的传播速度为每秒343米，因此时间可以很容易地转换为距离。记住，超声波的唧唧喳喳不仅传播到被感知的物体，也传播到被感知的物体。 距离(米) = (时间[秒] * 343[米/秒] 为了满足具体应用的需要，单位可以在这个方程中进行更改，但方程的简单性显示了操作超声波传感器相对简单。
超声传感器是如何工作的？
超声波传感器从理论到现实需要两部分，一个发射器和一个接收器。它们尽可能并排放置在最标准的配置中。当接收器靠近发射器时，声音从发射器返回到被检测对象，然后返回到接收器，在测量过程中产生较小的误差。还有超声波收发器，其中发射器和接收器的功能集成到一个单元中，尽可能减少错误的物理可能性，大大减少 PCB 足迹。
超声波发射器和接收器的基本操作
离开发射机的声波在形状上比离开离开手电筒的光，因此必须考虑扩散和光束角度。当声波从发射器传播到更远的地方时，探测区域从侧面和垂直方向增加。超声波传感器的覆盖范围要么是波束宽度，要么是波束角，要么是标准的检测区域。在制造商之间比较这个光束角度时，建议验证光束角度是否是光束的全角或传感器直线上的变化角。
理解光束角度对于确定探测区域至关重要
光束角度的次要影响是器件的范围。一般来说，窄波束产生更大的探测范围，因为超声波脉冲更集中，可以消散到不可用的水平。相反，较宽的光束将能量传播到较宽的弧形区域，从而降低了预期的探测范围。理想波束宽度的选择在很大程度上取决于应用。宽波束可以更好地覆盖更大的区域和一般检测，而更窄的波束可以通过限制检测区域来避免假阳性。 超声波传感器件时，超声波传感器可以作为单独的发射器和接收器获得，也可以作为两者的组合在单元中获得，称为超声波接收器。大多数模拟超声波传感器选项是通过发送触发信号到发射机和接收机发送回当回波检测驱动。设计师可根据需要定制脉冲长度和任何编码。该过程最终将触发器和回波之间的时间计算和解码工作留给主机控制器。有数字超声传感器模块，计算机载距离，然后通过通信总线传输到主机。虽然超声波发射器、接收器或收发信机通常是单独购买的，并由定制电路和固件组装，但有时可以作为单独的单元安装在标准测距配置和简单的逻辑板上 PCB 上。虽然使用相对简单，但设计师通过使用这些模块放弃了大量的灵活性和定制性。 超声波发射器、接收器和收发器的例子
超声传感器的优缺点
像任何技术一样，超声波传感器最好用于某些情况或超过其他应用。它们的一些优点包括：
- 超声波传感器不受检测物体的颜色影响，包括水或玻璃等半透明或透明物体。
- 它们的最小和最大范围非常灵活，大多数超声波传感器可以检测到几厘米到大约5米。特殊的模块甚至可以测量近20米。
- 经过几十年的使用，这种成熟的技术是非常可靠和易于理解的，产生了一致的结果。
- 通常1%的超声波传感器提供相对准确的测量 如有必要，它甚至更准确。
- 它们可以每秒多次测量，产生快速刷新率。
- 它们通常很便宜，因为它们不需要稀有的材料。
- 超声波传感器抵抗电噪声环境和大多数声学噪声，特别是在使用编码唧唧声模块时。 尽管超声波传感器是一种多用途技术，但在最终选择传感器之前，仍有一些局限性需要考虑：
- 环境条件可能会改变测量精度，因为声速取决于温度和湿度。
- 虽然探测区域是三维的，但超声波传感器只能检测到与探测器有一定距离的东西，不能反馈传感区域中物体的位置，也不能提供任何形状或颜色。
- 虽然它们的形状因素相对较小，可以毫无顾虑地集成到汽车或工业应用中，但超声波传感器可能对非常小的嵌入式项目太大。
- 和任何传感器一样，它们可能会变脏、变湿或冻结，导致它们不稳定或无法工作。
- 超声波传感器不能在真空中工作，因为它依赖于声音和某种介质。
超声传感器通常在哪里使用？
两种最常见的超声波传感器中的第一种是液位传感器，因为它们可以检测任何颜色或不透明的液体，但也不接触。第二种是一般的目标测试，因为它们成本低，易于使用。具体应用包括车辆防碰撞测试、人员测试、现场测试、盒分拣、叉车托盘测试、饮料灌装机瓶计数等。目标测试 超声波传感器可用于目标检测的自动吸尘器
超声波传感器更具创造性的例子之一是使用超声波发射器和接收器的单向功能。虽然超声波脉冲超出了人类的听力范围，但它们在各种动物的听力范围内。超声波发射器可以使用它的发射器吓跑动物，如鸟类，超声波接收器可以用于噪声检测。 摘要 超声波传感器是一项著名的技术，继续是许多极其相关的工业和消费应用。它们简单、成本低、结构坚固，使它们成为许多需要在场测试或距离测量的新产品的最佳选择。然而，改变硬件和软件配置的能力使它们在更严格的情况下非常灵活。
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