超声波传感器广泛应用于各种应用领域

超声波传感器具有灵活性和低成本的优势

超声波传感器已经在商业领域应用了几十年。由于其性能、灵活性以及低成本，它们将继续在传感市场中占据非常大的份额。超声波传感器发射的声波通常在23 kHz至40 kHz之间，远高于人类听觉范围的典型可听频率20 kHz。因此，这些声波被称为超声波。只要发射器发出超声波，通过测量声波碰撞物体并反弹所需的时间，即可计算出发射器与目标物体之间的距离。   超声波传感器需要两个部分：发射器和接收器。在最标准的配置中，它们被尽可能地并排放置。当接收器靠近发射器时，声音从发射器传到检测目标物体再返回到接收器的传播路径会更加直线，从而减少测量误差。此外，还有整合了发射器和接收器功能的超声波收发器，这种设计将两个功能集成到一个单元中，最大限度地减少了物理误差，并显著地减少了PCB的占用空间。

从发射器发出的声波在形状上更类似于手电筒发出的光，而不是激光，因此需要考虑扩散和波束角。当声波远离发射器时，检测区域会在横向和纵向上扩展。区域的变化是因为超声波传感器的覆盖规格是用波束宽度或波束角来表示，而不是标准的检测区域。在比较不同制造商的波束角时，建议核实波束角是整个波束的全角度，还是从换能器直线起始的偏移角度。

光束角对于确定检测区域非常重要

超声波束角也会影响设备的检测范围。通常情况下，较窄的束角会产生更大的检测范围，因为超声波脉冲的能量更集中，能够在衰减到不可用水平之前传递得更远。相反，较宽的束角会将能量分散到更广的弧度内，因此会减少预期的检测范围。选择理想的束角宽度在很大程度上取决于具体应用。宽束角更加适合覆盖较大的区域和一般性检测，而较窄的束角则可以通过限制检测区域来避免误报。   在寻找单个组件时，超声波传感器可以作为独立的发射器和接收器购得，或者作为由上述讨论过的发射和接收功能组合而成的单一设备，即超声波收发器。大多数模拟超声波传感器的选项是通过发送触发信号至发射器启动的，当回波被检测到时，接收器会返回一个信号。设计师可以根据需要定制脉冲的长度以及任何编码。这一过程最终将触发与回波之间的时间计算以及解码过程交由主控制器处理。   板载数字超声波传感器模块会计算距离，然后通过通信总线向主机传输距离信息。虽然超声波发射器、接收器或收发器通常是单独购买的，并与定制的电路和固件一起组装，但它们有时也能作为单一设备提供，预装在一个带有标准测距配置和简单逻辑板的PCB上使用。虽然这种模式使用起来更加简便，但设计师使用这些模块时会牺牲掉大量的灵活性和定制能力。

超声波传感器的优点和缺点

与任何技术一样，超声波传感器在某些情况或应用中最为适用，但并非在所有情况下都适合使用。超声波传感器的优势包括不受检测对象颜色的影响，即使是半透明或透明的物体，例如水或玻璃也不受影响。此外，它们的最小和最大检测范围非常灵活，大多数超声波传感器能够检测近至几厘米，远至大约五米。经过特殊配置的模块甚至能够测量接近20米的范围。   经过几十年的使用，这项成熟技术非常可靠且易于理解，能够产生一致的结果。超声波传感器提供相对精确的测量，其误差通常在1%以内，如果需要还可以实现更高精度。它们每秒可进行多次测量，提供较快的刷新率。此外，由于不需要稀有材料，超声波传感器通常成本较低。而且，超声波传感器能够抵抗电气噪声环境和大多数声学噪声，特别是使用配备编码声波的模块时。   尽管超声波传感器是一种性能多样化的技术，但在最终选定传感器前仍需考虑一些局限性。由于声音的速度取决于温度和湿度，环境条件可能会影响测量的精度。虽然检测区域是三维的，但超声波传感器只能检测到距离探测器某一定距离处存在物体，却无法反馈物体在感应区域中的具体位置或形状、颜色等特征。虽然超声波传感器体积相对较小，且可以轻松集成到汽车或工业应用中，但对于特别小型的嵌入式项目，它们可能过于庞大。此外，像任何传感器一样，超声波传感器可能会因变脏、受潮或结冰而工作不稳定甚至无法工作。由于它们依赖声音，而声音又需要一定的介质，因此超声波传感器无法在真空中工作。

超声波传感器提供精确性和可靠性

超声波传感器可用于检测物体的距离和接近程度。它采用非接触式方法，能够提供简单的“有/无”逻辑，或者精确测量物体的确切距离，因此非常适合用于扫地机器人和其他应用中的距离检测传感器。

针对不同的应用需求，Same Sky推出了一系列具有不同规格的超声传感器，其额定距离为0.2-18米，并提供一系列具有模拟输出的发射器、接收器和收发器作为选项。这些超声传感器安装在紧凑的铝或塑料外壳中，支持穿孔安装选项，具有75度或80度的波束角。额定频率为23-40 kHz，额定电压为80-180 Vdc，这些超声传感器能够在各种检测、距离和接近应用中提供准确测量。   超声接收器用于将超声波转换为电信号。Same Sky的超声接收器具有75度或80度的波束角，最高额定距离可达18米，额定频率为39 kHz。Same Sky的超声发射器用于将电信号转换为超声波，额定距离为18米，额定频率为23-40 kHz，波束角为75度或80度。Same Sky的超声收发器将发射和接收功能集成到一个封装中，为用户提供简化的解决方案，用于距离测量、物体检测和接近感应。

结论

尽管超声波传感器是一项广为人知的技术，但它们在许多工业和消费者应用中仍然非常重要。其简单性、低成本以及坚固的结构，使其成为许多需要存在检测或距离测量的新产品在各种应用中的出色选择。