超声波传感器的工作原理及优缺点分析

超声波传感器的原理是什么？为什么选择使用超声波传感器？其优缺点都有哪些？超声波传感器和反射型光电传感器有何区别？这篇文章告诉你。

　　超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。在日常生产生活中，超声波测距传感器主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场，如：液位、井深、管道长度等需要自动进行非接触测距的场合。

　　超声波传感器如何工作？

资料图

　　如上图所示，传感器发射超声波脉冲，当遇到被测物时该超声波脉冲会被反射，传感器接收到反射波通过计算该脉冲波的传播时间可以计算出传感器和被测物之间的距离。

　　为什么选择使用超声波传感器？

　　抗环境干扰强：在任何照明环境中都可以使用，室内或室外、复杂环境光等各种光线条件下都是可靠的，对光、烟、灰尘、颜色、材料等均可进行非接触检测……所以某些应用超声波传感器优于红外线传感器，因为它们不受烟尘或黑色物质的影响。

　　应用广泛：水位检测，无人机应用、自动避障应用、距离检测应用等等均可使用超声波传感器。

　　多种用途：有/无检测、水平检测、位置检测、距离检测，等等非接触式检测需求大部分都可满足。

　　超声波传感器的优点：

　　1.不受对象颜色或透明度的影响

　　超声波传感器将声音反射出物体，因此颜色或透明度不会影响传感器的读数。

　　2.可在黑暗环境中使用

　　与使用光或照相机的接近传感器不同，黑暗环境不会影响超声传感器的检测能力。

　　3.不受灰尘，污垢或高湿环境的高度影响

　　尽管很多传感器在这些环境下工作良好，但仍有部分传感器会产生不正确的读数，尤其是在极端条件下，其中会积聚大量的灰尘或水。

　　4.某些应用精度更高

　　在测量厚度和到平行表面的距离时，超声波传感器具有更高的精度。

　　5.具有穿透性

　　高灵敏度和穿透力使超声波传感器更容易于检测外部，更可以检测深层物体。

超声波传感器和反射型光电传感器的区别，资料图

　　不过，超声波传感器也有它的一些缺点，比如：

　　1.无法在真空中工作

　　由于超声波传感器使用声音进行操作，因此在真空中它们完全无法工作，因为没有空气可以传播声音。

　　2.不适用于水下

　　3.感测精度受软质材料影响

　　覆盖在非常柔软的织物中的物体会吸收更多的声波，从而使传感器很难看到目标。

　　4.温度变化5-10度或以上会影响感应精度

　　不过，现在很多厂家产品提供温度补偿，这些传感器可在启动时，或在每个量程读数前，根据温度，电压等的任何变化进行校准。

　　5.细小的被测物难以反射声波

　　物体可能太小，而无法将足够多的声波反射回要检测的传感器。

　　6.某些特定形状难以捕捉反射波

　　某些物体的形状或位置使声波从物体上反弹，但偏离了超声波传感器。

　　上述这些环境和应用场景，是在选择超声波传感器时，一定要多加注意的。最后，总的来说，距离测量、密闭容器内液位检测、障碍物检测、透明物体检测、汽车防撞系统、医疗影像技术等等领域，都是超声波传感器大施拳脚的场景。

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传感器行业分析师，主要从事传感器应用，市场分析等领域，现为传感器专家网专栏编辑。

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