什么是超聲波傳感器？超聲波傳感器的應(yīng)用及原理

更新時(shí)間：2024-06-14

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什么是超聲波傳感器？

超聲波傳感器

超聲波傳感器是一種利用超聲波來測量到物體距離的裝置。

超聲波是人類聽不到的高頻聲音的總稱。人耳可以聽到20Hz到20,000Hz之間的頻率，但頻率更高的聲音稱為超聲波。

超聲波傳感器通過發(fā)射超聲波并感測反射的聲波來測量距離。近年來，它們變得更小、更輕、更便宜，因此被廣泛使用。

超聲波傳感器廣泛應(yīng)用于從家庭到工業(yè)應(yīng)用。

家用方面，充分利用非接觸式距離測量的優(yōu)勢，應(yīng)用于汽車測距儀、噴射毛巾等。由于強(qiáng)制碰撞緩解制動(dòng)，車載測距儀迅速普及。

在工業(yè)用途中，它用作排水罐和化學(xué)品儲(chǔ)罐的液位計(jì)。它常用于高腐蝕性液體。

探魚器還使用超聲波傳感器。這就是長期以來一直使用的超聲波傳感器的應(yīng)用。

超聲波傳感器通過發(fā)射超聲波并感測反射波來測量距離。

聲速由其傳播的大氣層決定，在大氣層中約為 340 m/s，在水中約為 1,500 m/s。一旦了解了傳播的大氣層，您就可以測量反射波到達(dá)接收元件所需的時(shí)間并將其轉(zhuǎn)換為距離。

超聲波傳感器的主要部件是壓電元件。壓電元件具有將電能轉(zhuǎn)化為壓力能的機(jī)制，當(dāng)施加壓力時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)化為電能。

因此，壓電元件同時(shí)具有發(fā)射和接收功能。它將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波，檢測反射波，并輸出電信號(hào)。

原則上，超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如下。

另外，超聲波傳感器的最大特點(diǎn)是可以非接觸式測量距離。當(dāng)需要非接觸式測量時(shí)最常使用它。

市售超聲波傳感器作為模擬電路發(fā)射器出售。輸出信號(hào)為4-20mA等既定標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，也可通過輸入輔助電源實(shí)現(xiàn)源輸出。

它還作為模塊出售，可以連接到 Raspberry Pi 和 PIC 等小型計(jì)算機(jī)。一旦使用簡單的緩沖放大器進(jìn)行放大，就可以對(duì)波形進(jìn)行整形并連接到 I/O。

發(fā)射端的功耗也最小，并且可以直接連接到輸出端（通過衰減器）。

需要一對(duì)傳感器，一個(gè)位于發(fā)送側(cè)，一個(gè)位于接收側(cè)。然而，在超聲波傳感器中，發(fā)射元件也充當(dāng)接收元件，因此一個(gè)元件即可發(fā)射和接收，從而簡化了電路本身。

請注意，使用透明型時(shí)，發(fā)射元件和接收元件必須分開安裝。

超聲波傳感器發(fā)射元件的驅(qū)動(dòng)電壓一般為幾V，因此可以直接連接到CPU的I/O端。

當(dāng)在數(shù)字電路中使用接收到的信號(hào)時(shí)，使用緩沖放大器、檢波器和比較器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由CPU進(jìn)行處理。

請注意，典型超聲波傳感器的諧振頻率為 40kHz。

超聲波傳感器的精度通常被認(rèn)為是波長量級(jí)。當(dāng)使用40kHz超聲波時(shí)，精度約為10mm。

這是因?yàn)榉祷氐浇邮赵某暡}沖的波形會(huì)導(dǎo)致測量值根據(jù)對(duì)象的形狀而變化。通過優(yōu)化反射波脈沖的檢測點(diǎn)也可以提高精度。