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一文看懂超聲波傳感器的原理及應(yīng)用
閱讀：2227 發(fā)布時間：2021-7-5
超聲波是指超出人類聽力范圍(>20kHz)的信號，通常在40至70kHz范圍內(nèi)。這些信號像雷達(dá)一樣使用，它們會向目標(biāo)輻射并反射回源。它們價格低廉，靈活，并且特別適用于短距離應(yīng)用，尤其是汽車，家庭和工業(yè)機(jī)器人設(shè)計。
超聲波傳感器有時與微波/毫米波雷達(dá)和攝像機(jī)結(jié)合使用，以在汽車和工業(yè)應(yīng)用中提供不同但互補(bǔ)的周圍環(huán)境視圖。如果您正在尋找一種傳感器，它不僅可以檢測目標(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。
超聲波傳感器測距的原理：超聲波信號是指人類聽力范圍以上的信號，大約為30到480kHz.對于超聲波感應(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,測量分辨率為1厘米(cm)，范圍最大為11米。在300kHz時，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)器通過壓電換能器輻射信號。當(dāng)該信號撞擊目標(biāo)時，會產(chǎn)生反射信號。該信號在收發(fā)器處接收，收發(fā)器測量發(fā)送和返回的時間。然后，使用空氣中的聲速計算距離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圍因素而變化，但是它是用于范圍計算的良好平均值。
D是超聲信號的總往返行程，T是發(fā)送和接收的時間(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)域可能是接近檢測和距離測量。其他包括儲罐，流量測量系統(tǒng)和成像產(chǎn)品中的液位檢測。大多數(shù)較新的應(yīng)用都針對消費電子，汽車和工業(yè)/機(jī)器人領(lǐng)域。
①、消費電子：如今，房主希望使他們的房屋自動化。受歡迎的是恒溫器和照明控件，但其他便利包括吊扇，視頻門鈴，車庫門開啟器和安全警報器。所有這些可能都可以通過添加某種形式的鄰近檢測來改善。這樣可以根據(jù)占用情況和安全警報自動打開或關(guān)閉照明燈，調(diào)節(jié)暖氣和空調(diào)。
另一個潛在的應(yīng)用是針對流行的語音激活/響應(yīng)集線器(如AmazonAlexa,GoogleHome,AppleHomePod等)的接近檢測。如果附近沒有人，這些設(shè)備可以睡眠并節(jié)省電能，但是如果檢測到存在，則可以喚醒。
當(dāng)前流行的應(yīng)用是自動吸塵器，即自動吸塵地板的機(jī)器。大多數(shù)使用超聲波在超聲波換能器成功檢測到的物體周圍導(dǎo)航。多個換能器使這些設(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)比避開障礙物的光學(xué)飛行時間更可靠，因為超聲波感應(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)于被動紅外(PIR)傳感器，后者甚至可能被動物甚至昆蟲所欺騙。
②、汽車行業(yè)：超聲波是某些汽車應(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)中的盲點檢測和自動泊車。它已在許多新SUV流行的后備箱打開式行李箱/尾門功能中找到了位置。這些傳感器足夠小，價格適中，是新用戶的不錯選擇。
③、工業(yè)制造：在制造和其他工業(yè)應(yīng)用中，機(jī)器人的自動化是日益增長的趨勢。他們在工廠車間四處移動物料。他們在裝配操作中根據(jù)需要拾取并放置對象。一個重要的問題是機(jī)器人之間或機(jī)器人與人之間的碰撞。這就是接近檢測可以防止此類事故發(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發(fā)生意外。