超声波传感器的原理及应用

超声波是指超出人类听力范围（> 20 kHz）的信号，通常在40至70 kHz范围内。这些信号像雷达一样使用，它们会向目标辐射并反射回源。它们价格低廉，灵活，并且特别适用于短距离应用，尤其是汽车，家庭和工业机器人设计。

 

超声波传感器有时与微波/毫米波雷达和摄像机结合使用，以在汽车和工业应用中提供不同但互补的周围环境视图。如果您正在寻找一种传感器，它不仅可以检测目标的存在，还可以告诉您目标有多远，则超声波可能是您的理想选择。

 

超声波信号是指人类听力范围以上的信号，大约为30到480 kHz.对于超声波感应，最广泛使用的范围是40到70 kHz.频率决定范围和分辨率；较低的频率产生最大的感应范围。常用频率为58 kHz,测量分辨率为1厘米（cm），范围最大为11米。在300 kHz时，分辨率可能低至1毫米。但是，此频率范围的最大距离约为30 cm。

超声波收发器通过压电换能器辐射信号。当该信号撞击目标时，会产生反射信号。该信号在收发器处接收，收发器测量发送和返回的时间。然后，使用空气中的声速计算距离D。

自由空间中的声音速度（以英尺/秒为单位）为1120.该值随温度和其他周围因素而变化，但是它是用于范围计算的良好平均值。

D是超声信号的总往返行程，T是发送和接收的时间（以秒为单位）。那么往返距离为：D = 1120（T）

收发器与远程目标之间的实际距离是D的一半。
 

超声波技术已经进入了广泛的应用领域，最大的领域可能是接近检测和距离测量。其他包括储罐，流量测量系统和成像产品中的液位检测。大多数较新的应用都针对消费电子，汽车和工业/机器人领域。

如今，房主希望使他们的房屋自动化。最受欢迎的是恒温器和照明控件，但其他便利包括吊扇，视频门铃，车库门开启器和安全警报器。所有这些可能都可以通过添加某种形式的邻近检测来改善。这样可以根据占用情况和安全警报自动打开或关闭照明灯，调节暖气和空调。

另一个潜在的应用是针对流行的语音激活/响应集线器（如Amazon Alexa,Google Home,Apple HomePod等）的接近检测。如果附近没有人，这些设备可以睡眠并节省电能，但是如果检测到存在，则可以唤醒。

当前流行的应用是自动吸尘器，即自动吸尘地板的机器。大多数使用超声波在超声波换能器成功检测到的物体周围导航。多个换能器使这些设备具有完整的360度视野，即使在最复杂的房间中也可以轻松导航。

对于不需要在家中达到高速的机器人，超声感应是雷达的一种低成本，低速替代品。超声波感应比避开障碍物的光学飞行时间更可靠，因为超声波感应不受障碍物反射的可用光量的影响。一些应用程序还表明，超声波优于被动红外（PIR）传感器，后者甚至可能被动物甚至昆虫所欺骗。

超声波是某些汽车应用的理想选择。现在，它已用于现代先进的驾驶员辅助系统（ADAS）中的盲点检测和自动泊车。它已在许多新SUV流行的后备箱打开式行李箱/尾门功能中找到了位置。这些传感器足够小，价格适中，是新用户的不错选择。

在制造和其他工业应用中，机器人的自动化是日益增长的趋势。他们在工厂车间四处移动物料。他们在装配操作中根据需要拾取并放置对象。一个重要的问题是机器人之间或机器人与人之间的碰撞。这就是接近检测可以防止此类事故发生的地方-——超声波传感器非常适合处理此任务。他们为机器人提供了更高的智能水平，可帮助他们完成材料处理工作而不会发生意外。