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一文看懂超聲波傳感器的原理及應(yīng)用
閱讀：2028 發(fā)布時(shí)間：2021-7-5
超聲波是指超出人類(lèi)聽(tīng)力范圍(>20kHz)的信號(hào)，通常在40至70kHz范圍內(nèi)。這些信號(hào)像雷達(dá)一樣使用，它們會(huì)向目標(biāo)輻射并反射回源。它們價(jià)格低廉，靈活，并且特別適用于短距離應(yīng)用，尤其是汽車(chē)，家庭和工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)。
超聲波傳感器有時(shí)與微波/毫米波雷達(dá)和攝像機(jī)結(jié)合使用，以在汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中提供不同但互補(bǔ)的周?chē)h(huán)境視圖。如果您正在尋找一種傳感器，它不僅可以檢測(cè)目標(biāo)的存在，還可以告訴您目標(biāo)有多遠(yuǎn)，則超聲波可能是您的理想選擇。
超聲波傳感器測(cè)距的原理：超聲波信號(hào)是指人類(lèi)聽(tīng)力范圍以上的信號(hào)，大約為30到480kHz.對(duì)于超聲波感應(yīng)，*泛使用的范圍是40到70kHz.頻率決定范圍和分辨率；較低的頻率產(chǎn)生最大的感應(yīng)范圍。常用頻率為58kHz,測(cè)量分辨率為1厘米(cm)，范圍最大為11米。在300kHz時(shí)，分辨率可能低至1毫米。但是，此頻率范圍的最大距離約為30cm.
超聲波收發(fā)器通過(guò)壓電換能器輻射信號(hào)。當(dāng)該信號(hào)撞擊目標(biāo)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)。該信號(hào)在收發(fā)器處接收，收發(fā)器測(cè)量發(fā)送和返回的時(shí)間。然后，使用空氣中的聲速計(jì)算距離D.
自由空間中的聲音速度(以英尺/秒為單位)為1120.該值隨溫度和其他周?chē)蛩囟兓?，但是它是用于范圍?jì)算的良好平均值。
D是超聲信號(hào)的總往返行程，T是發(fā)送和接收的時(shí)間(以秒為單位)。那么往返距離為：
D=1120(T)
收發(fā)器與遠(yuǎn)程目標(biāo)之間的實(shí)際距離是D的一半。
超聲波應(yīng)用：超聲波技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，最大的領(lǐng)域可能是接近檢測(cè)和距離測(cè)量。其他包括儲(chǔ)罐，流量測(cè)量系統(tǒng)和成像產(chǎn)品中的液位檢測(cè)。大多數(shù)較新的應(yīng)用都針對(duì)消費(fèi)電子，汽車(chē)和工業(yè)/機(jī)器人領(lǐng)域。
?、?、消費(fèi)電子：如今，房主希望使他們的房屋自動(dòng)化。受歡迎的是恒溫器和照明控件，但其他便利包括吊扇，視頻門(mén)鈴，車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)啟器和安全警報(bào)器。所有這些可能都可以通過(guò)添加某種形式的鄰近檢測(cè)來(lái)改善。這樣可以根據(jù)占用情況和安全警報(bào)自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉照明燈，調(diào)節(jié)暖氣和空調(diào)。
另一個(gè)潛在的應(yīng)用是針對(duì)流行的語(yǔ)音激活/響應(yīng)集線器(如AmazonAlexa,GoogleHome,AppleHomePod等)的接近檢測(cè)。如果附近沒(méi)有人，這些設(shè)備可以睡眠并節(jié)省電能，但是如果檢測(cè)到存在，則可以喚醒。
當(dāng)前流行的應(yīng)用是自動(dòng)吸塵器，即自動(dòng)吸塵地板的機(jī)器。大多數(shù)使用超聲波在超聲波換能器成功檢測(cè)到的物體周?chē)鷮?dǎo)航。多個(gè)換能器使這些設(shè)備具有完整的360度視野，即使在最復(fù)雜的房間中也可以輕松導(dǎo)航。
對(duì)于不需要在家中達(dá)到高速的機(jī)器人，超聲感應(yīng)是雷達(dá)的一種低成本，低速替代品。超聲波感應(yīng)比避開(kāi)障礙物的光學(xué)飛行時(shí)間更可靠，因?yàn)槌暡ǜ袘?yīng)不受障礙物反射的可用光量的影響。一些應(yīng)用程序還表明，超聲波優(yōu)于被動(dòng)紅外(PIR)傳感器，后者甚至可能被動(dòng)物甚至昆蟲(chóng)所欺騙。
?、?、汽車(chē)行業(yè)：超聲波是某些汽車(chē)應(yīng)用的理想選擇。現(xiàn)在，它已用于現(xiàn)代*的駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)中的盲點(diǎn)檢測(cè)和自動(dòng)泊車(chē)。它已在許多新SUV流行的后備箱打開(kāi)式行李箱/尾門(mén)功能中找到了位置。這些傳感器足夠小，價(jià)格適中，是新用戶(hù)的不錯(cuò)選擇。
?、邸⒐I(yè)制造：在制造和其他工業(yè)應(yīng)用中，機(jī)器人的自動(dòng)化是日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)。他們?cè)诠S車(chē)間四處移動(dòng)物料。他們?cè)谘b配操作中根據(jù)需要拾取并放置對(duì)象。一個(gè)重要的問(wèn)題是機(jī)器人之間或機(jī)器人與人之間的碰撞。這就是接近檢測(cè)可以防止此類(lèi)事故發(fā)生的地方-——超聲波傳感器非常適合處理此任務(wù)。他們?yōu)闄C(jī)器人提供了更高的智能水平，可幫助他們完成材料處理工作而不會(huì)發(fā)生意外。