超聲波傳感器工作原理簡介

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超聲波傳感器工作原理簡介

周碧俊 發表於 2018-07-18 16:22:00

隨著全球範圍內工業自動化水平的提高，各種複雜的應用也越來越多，這對傳感器的功能也提出了越來越多、越來越高的要求。在這種背景下，不同類型、不同原理的傳感器也應運而生，超聲波傳感器就是其中一種。

首先要解釋的是什麼是超聲波：我們都知道聲音是由振動產生的，它是一種波，其在空氣或其他介質中是以震動的方式向其他方向傳播的，我們平時聽到的聲音就是頻率在20Hz到20kHz之間的聲波，超過20kHz的聲波人耳朵是識別不到的。所以我們把振動頻率高於20kHz的聲波稱之為超聲波。它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠定向傳播等特點，超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波的特點。超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器。

從原理上來講超聲波傳感器可以分為超聲波測傳感器、超聲波接近傳感器、反射板式超聲波傳感器、對射式超聲波傳感器四類。這四類產品中，反射板式超聲波、對射式超聲波與光電傳感器中的鏡反射和對射式光電原理一樣，非常簡單，無需多做介紹。

超聲波測距傳感器、超聲波接近傳感器這兩種最典型、使用的也最多，其工作原理相同，只是輸出一個是開關量一個是模擬量，原理如下：

超聲波傳感器工作分為兩個步驟：

超聲波傳感器換能器頭——最重要的部分

發射模式：

1, 在電子振蕩器的作用下傳感器產生一批聲波/脈衝，然後這些聲波被發送到周圍空氣 。

2, 聲波從傳感器傳送到目標物。

3, 傳感器轉換成接受模式。

接收模式：

4,部分被物體反射的回聲返回到傳感器中去 。

5,傳感器的微處理器計算發射接收所用的時間t。（如果聲速在介質中傳播速度為v，傳感器距離目標物的距離則為：S=v*t/2)

6,微處理器驅動一個顯示距離或開關量的輸出信號.

這樣的話就完成了一個完整的工作過程，原理也是非常簡單吧。

接下來就是應用的問題了，超聲波傳感器與光電傳感器雖然在某些應用的時候可以互相替代，但大部分時候它們其實是互補型的關係。（因為今天主要介紹超聲波傳感器，那麼就說一下超聲波傳感器的優勢吧） 。

超聲波傳感器相對於光電傳感器的優勢：

可以繞過細小的障礙物（比如粉塵）（這種環境中光電是完全不可以的）。

可以測量液體位置。（如用於液位監測）

可以測量透明物體。（比如玻璃的有無或者位移信息）

不受物體表面顏色的影響。（極暗或極亮的物體表面）

超聲波傳感器可以用於油汙環境中。（即使有油汙濺到感應面上傳感器仍可以正常工作，但如果油汙濺到光電傳感器的發射接收面上，光電就不能工作了）

當然，超聲波傳感器也不是萬能的，有些因素會對超聲波的使用產生很大的影響。因為超聲波傳感器判斷距離的根本原理是利用聲波在空氣中傳播的速度及時間來判斷的，而聲波在空氣中傳播的速度受到以下因素影響比較大：

溫度——溫度過高或過低都會使測量結果出現很大偏差。（比如測量熱金屬時……）

壓力——當聲波所處環境中壓強與大氣壓不同時，結果影響也很大。（比如在壓力容器中測量液位或物位時……）

空氣流動——當空氣流動較強時，有些聲波會被「吹走」( 比如我們處於上風口和下風口兩種不同位置聽人講話時感覺清晰度明顯不同……）

超聲波工作時發射出的其實是一個聲波的波面，（從立體角度上來說是一個錐體，所以不能測量細小的物體。（這個時候只能求助於光斑較小的雷射傳感器了）

還要注意的一方面是：因為超聲波傳感器受到的影響因素比較多，所以其精度普遍不高，如果對測量精度要求非常高的場合，就不用考慮超聲波了。

以上就是對超聲波傳感器的一些總結，希望對各位設計選型的時候有所幫助。感謝您的閱讀。

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