什么是超聲波傳感器？超聲波傳感器的應用及原理

更新時間：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用于從家庭到工業(yè)應用。

家用方面，充分利用非接觸式距離測量的優(yōu)勢，應用于汽車測距儀、噴射毛巾等。由于強制碰撞緩解制動，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品儲罐的液位計。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接收元件所需的時間并將其轉換為距離。

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化為壓力能的機制，當施加壓力時，它會轉化為電能。

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

原則上，超聲波傳感器的優(yōu)點和缺點如下。

另外，超聲波傳感器的最大特點是可以非接觸式測量距離。當需要非接觸式測量時最常使用它。

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

它還作為模塊出售，可以連接到 Raspberry Pi 和 PIC 等小型計算機。一旦使用簡單的緩沖放大器進行放大，就可以對波形進行整形并連接到 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）。

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

請注意，使用透明型時，發(fā)射元件和接收元件必須分開安裝。

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

當在數(shù)字電路中使用接收到的信號時，使用緩沖放大器、檢波器和比較器將其轉換為數(shù)字信號，然后由CPU進行處理。

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為是波長量級。當使用40kHz超聲波時，精度約為10mm。

這是因為返回到接收元件的超聲波脈沖的波形會導致測量值根據(jù)對象的形狀而變化。通過優(yōu)化反射波脈沖的檢測點也可以提高精度。