广泛用于距离测量应用的超声波传感器 -凯发app官网登录

超声波传感器具备灵活性和低成本优势

超声波传感器已经面世了几十年，但由于其功能、灵活性和低成本，它们继续占据很大的传感市场。超声波传感器发出的声波通常在23 khz到40 khz之间，远高于人类听觉在20 khz时的典型可听范围，因此被称为超声波。只要发射器发出超声波，再来测量声音从物体反弹所需的时间，便能够计算出发射端与对象之间的距离。

超声波传感器需要发射器和接收器两个部分，在最标准的配置中，它们尽可能靠近地并排放置。当接收器靠近发射器时，声音从发射器到被检测物体并返回到接收器将以更直线的方式传播，从而产生更小的测量误差。它也是一种超声波收发器，其将发射器和接收器功能集成到一个单元中，尽可能减少物理上的错误，同时显着减少pcb占用空间。

超声波发射器与接收器配对的基本运作方式（来源：cui devices）

离开发射器的声波在形状上更类似于离开手电筒的光而不是激光，因此必须考虑传播和光束角。随着声波远离发射器，检测区域会横向和纵向扩大，这种不断变化的区域是超声波传感器以波束宽度或波束角度，而不是标准检测区域给出其覆盖规范的原因。在制造商之间比较此波束角时，建议验证波束角是波束的全角，还是与换能器直线的变化角。

了解光束角对于建立检测区域至关重要（来源：cui devices）

光束角对于建立检测区域至关重要

超声波的光束角的次要影响是器件的检测范围，一般来说，窄波束会产生更大的检测范围，因为超声波脉冲的能量更集中，并且在消散到无法使用的水平之前可以走得更远。相反的，更宽的光束会将能量传播到更宽的弧中，从而降低预期的检测范围。选择理想的光束宽度在很大程度上取决于应用，宽光束更适合覆盖更大的区域和一般检测，而更窄的光束则通过限制检测区域来避免误报。

在搜索单个组件时，超声波传感器可以作为独立的发射器和接收器或作为单个单元中的两者的组合来获得，这便是上述所讨论的超声波收发器。大多数模拟超声波传感器选项是通过向发射器发送触发信号，而接收器在检测到回声时发送回信号来启动的。设计者可以根据需要定制脉冲的长度和任何一种编码，该过程最终将触发和回声之间的时间计算，以及将解码留给主机控制器。

板载数字超声波传感器模块会计算距离，然后通过通信总线将距离传输到主机。尽管超声波发射器、接收器或收发器通常单独购买，并与定制电路和固件组装在一起，但它们有时也可以作为单个单元提供，以标准测距配置和简单的逻辑板预安装在pcb上。虽然使用起来更简单，但设计人员通过使用这些模块确实放弃了很大的灵活性和定制性。

超声波传感器的优缺点

与任何技术一样，超声波传感器最适合在某些情况或应用中使用，而不是在所有的其他情况下都适用。超声波传感器的优势包括不受被检测物体颜色的影响，像是水或玻璃等半透明或透明物体都可进行距离检测，且它们的最小和最大范围非常灵活，大多数超声波传感器能够检测到几厘米到大约五米的距离，专门配置的模块甚至可以测量近20米。

经过数十年的使用，这种成熟的技术非常可靠且易于理解，并可产生具一致性的结果。超声波传感器提供相对精确的测量，通常误差在1%以内，如果需要，甚至可以更精确，且它们每秒可以进行多次测量，从而产生快速的刷新率，加上由于不需要稀有材料，它们通常相当便宜。此外，超声波传感器可以抵抗电噪声环境以及大多数的声学噪声，尤其是在使用配备有编码声波的模块时。

虽然超声波传感器是一种通用技术，但在做出最终传感器选择之前仍需要考虑几个限制，由于声速取决于温度和湿度，因此环境条件可能会改变测量的精度。虽然检测区域是三维的，但超声波传感器只能检测到距离检测器一定距离的物体，不能提供物体在感应区域中的位置的反馈，也不能提供任何形状或颜色等特征。虽然超声波传感器的外形尺寸相对较小，并且可以轻松地集成到汽车或工业应用中，但超声波传感器对于非常小的嵌入式项目来说还是可能太大了。此外，与任何传感器一样，它们可能会变脏、变湿或冻结，从而导致它们不稳定或无法正常工作，由于它们依赖于声音，而声音又依赖于某种介质，因此超声波传感器不能在真空中工作。

超声波传感器提供准确性和可靠性

超声波传感器可以用于检测物体的距离以及是否接近，是一种以非接触式方法提供简单的“存在／不存在”逻辑，或精确测量与物体的确切距离的方法，因此相当适用于扫地机器人等应用的距离侦测传感器。

超声波发射器、接收器和收发器的示例（来源：cui devices）

针对不同的应用需求，cui devices推出多种规格的超声波传感器系列，具有0.2至18米的额定距离，提供一系列具有模拟输出的发射器、接收器和收发器选项。超声波传感器安装在紧凑的铝制或塑料外壳中，具有通孔安装方式和75度或80度波束角。这些超声波传感器的额定频率为23至40 khz，额定电压为80至180 vdc，可在各种检测、距离和接近应用中提供精确测量。

超声波接收器用于将超声波转换为电信号，cui devices的超声波接收器具有75度或80度的波束角、高达18米的额定距离和39 khz的额定频率。cui devices的超声波发射器用于将电信号转换为超声波，其额定距离可达18米，额定频率为23至40 khz，波束角为75或80度。cui devices的超声波收发器则是将发射和接收功能集成到一个封装中，为用户提供了用于距离测量、物体检测和接近感应的简化凯发app官网登录的解决方案。

结语

虽然超声波传感器是一项相当普遍的技术，但在许多工业和消费应用中仍然非常重要，它们的简单性、低成本和坚固的构造，使其成为许多需要存在检测或距离测量等测距应用新产品的绝佳选择之一。