超声波传感器常见问题解答

邦纳 20240827

传感器在工业环境中使用多种不同类型的技术来检测和测量，包括激光和雷达。与其他使用不同光谱部分的传感器不同，超声波传感器使用声音。每种技术都适用于不同的应用，所以让我们来探索超声波传感器的工作原理。

什么是超声波传感器？

超声波传感器是一种能产生超过 20 kHz 的超高频声波的设备，超出了人类的听觉范围。它们使用电能和陶瓷换能器，既能发送又能接收声波。声波本质上是穿过固体、液体和气体的压力波，可用于工业应用中测量距离或检测目标的存在与否。

超声波传感器如何工作？

传感器有一个陶瓷换能器，当电能施加到它上面时，它就会振动。振动会压缩和膨胀空气分子，使波从传感器表面传播到目标物体。超声波传感器通过发射声波，然后在规定的时间内“监听”，让声波从目标反弹回来，然后再重新发射，从而测量距离。

何时应使用超声波传感器？

由于超声波传感器使用声音而非光进行检测，因此它们可以在光电传感器无法实现的应用中发挥作用。目标颜色和/或反射率不会影响超声波传感器，从而使其能够在强光环境下可靠运行。超声波传感器也是清晰物体检测和液位测量的绝佳解决方案。

何时应使用工业超声波传感器代替光学传感器或雷达传感器？

超声波传感器在感应透明物体、液位或高反射或金属表面时具有优势。超声波传感器在潮湿环境中也能很好地工作，而光束可能会被水滴折射。然而，超声波传感器容易受到温度波动或风的影响，而这些因素不会影响雷达传感器。使用光学传感器，您还可以获得较小的光斑尺寸、快速响应，在某些情况下，您可以在目标上投射可见光斑以帮助传感器对准。

超声波传感器如何处理噪声和干扰？

由于超声波传感器使用声波，因此任何与超声波传感器使用频率相同的声学噪声都可能干扰传感器的输出。这包括高音调噪声，例如哨子产生的噪声以及泄压阀、压缩空气或气动装置的嘶嘶声。将两个频率相同的超声波传感器放在一起也可能会遇到声学串扰。电磁设备会产生交替的电子流，从而产生振动。变压器等电气设备可以拾取这些振动，从而产生可能干扰超声波传感器的嗡嗡声。

哪些环境条件会影响工业超声波传感器？

温度波动会影响超声波传感器声波的速度。随着温度升高，声波往返目标的速度会更快。虽然目标可能没有移动，但传感器可能会将目标定位为更近。为了解决这个温度问题，Banner 的许多超声波传感器（包括T30UX 系列和QS18U 系列）都会补偿温度波动，从而在各种环境温度范围内提供高精度性能。气动设备或风扇引起的气流也可能使超声波的路径偏转或干扰。这可能导致传感器无法识别目标的正确位置。

为什么操作超声波传感器之前需要先让它预热？

传感器首次通电时，各个组件会发热，同时加热周围的空间和组件。从冷启动到工作温度的这种温度波动称为“预热漂移”。在所有组件达到正确的工作温度之前，测量的准确性可能会受到影响。

什么是死区？

死区是指传感器无法可靠测量的传感器表面正前方的区域。这是由于一种称为振铃的现象造成的。振铃是传感器在发出声波或激励脉冲后持续振动。能量必须消散后传感器才能听到回声。因此，目标应位于超声波传感器指定死区之外。一些超声波传感器（包括 Banner 的S18U 系列）具有最小的死区和/或能够在逆声模式下消除死区。

超声波传感器比光电传感器慢吗？

简而言之，是的。声音的速度比光速慢得多。因此，超声波传感器本质上会比光学传感器慢。

最适合与超声波传感器配合使用的目标类型有哪些？

超声波传感器最适合用于大而平整的固体表面，例如金属、陶瓷、玻璃或木材。它们应始终垂直于传感器放置。软或不规则表面的目标（例如颗粒、锯末或泡沫）无法有效检测，因此其他类型的传感器更适合。

使用超声波传感器检测随机放置的物体的最佳方法是什么？

设置超声波传感器时，将“背景”设定为传感器的良好条件。通过将超声波反射背景表面设定为良好条件，位于传感器和背景之间的任何物体都将被检测到，从而导致输出切换。

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