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超声波传感器原理

发布时间:2024-02-17 来源:欣仰邦

超声波传感器是一种利用超声波来测量到物体距离的装置。超声波是人类听不到的高频声音的总称。人耳可以听到20Hz到20,000Hz之间的频率，但频率更高的声音称为超声波。超声波传感器通过发射超声波并感测反射的声波来测量距离。近年来，它们变得更小、更轻、更便宜，因此被广泛使用。

超声波传感器的应用

超声波传感器广泛应用于从家庭到工业应用。

对于家庭用途，它利用其非接触式测量距离的能力，用于汽车测距仪、喷射毛巾等。由于强制碰撞缓解制动，车载测距仪迅速普及。

在工业用途中，它用作排水罐和化学品储罐的液位计。它常用于高腐蚀性液体。

探鱼器还使用超声波传感器。这就是长期以来一直使用的超声波传感器的应用。

超声波传感器原理

超声波传感器通过发射超声波并感测反射波来测量距离。

声速由其传播的大气层决定，在大气层中约为 340 m/s，在水中约为 1,500 m/s。一旦了解了传播的大气层，您就可以测量反射波到达接收元件所需的时间并将其转换为距离。

超声波传感器的主要部件是压电元件。压电元件具有将电能转化为压力能的机制，当施加压力时，它会转化为电能。

因此，压电元件同时具有发射和接收功能。它将输入的电信号转换为超声波，检测反射波，并输出电信号。

原则上，超声波传感器的优点和缺点如下。

超声波传感器的优点

无需接触即可检测物体的距离

即使是玻璃等透明物体也能检测到

即使在到达目标物体的途中有一些污垢或灰尘，也可以通过。

由于超声波的速度很快，即使物体在移动也能被检测到。

超声波传感器的缺点

容易受温度和风的影响而改变

无法检测柔软和不平坦的物体

另外，超声波传感器的最大特点是可以非接触式测量距离。当需要非接触式测量时最常使用它。

有关超声波传感器的其他信息

1.超声波传感器的使用方法

市售超声波传感器作为模拟电路发射器出售。输出信号为4-20mA等既定标准的模拟信号，也可通过输入辅助电源实现源输出。

它还作为模块出售，可以连接到 Raspberry Pi 和 PIC 等小型计算机。一旦使用简单的缓冲放大器进行放大，就可以对波形进行整形并连接到 I/O。

发射端的功耗也最小，并且可以直接连接到输出端（通过衰减器）。

需要一对传感器，一个位于发送侧，一个位于接收侧。然而，在超声波传感器中，发射元件也充当接收元件，因此一个元件可以发射和接收，这简化了电路本身。

请注意，使用透明型时，发射元件和接收元件必须分开安装。

2. 使用超声波传感器的电路

超声波传感器发射元件的驱动电压一般为几V，因此可以直接连接到CPU的I/O端子。

当在数字电路中使用接收到的信号时，使用缓冲放大器、检波器和比较器将其转换为数字信号，然后由CPU进行处理。

请注意，典型超声波传感器的谐振频率为 40kHz。

3、超声波传感器精度

超声波传感器的精度通常被认为是波长量级。当使用40kHz超声波时，精度约为10mm。

这是因为返回到接收元件的超声波脉冲的波形会导致测量值根据对象的形状而变化。通过优化反射波脉冲的检测点也可以提高精度。

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