超聲波傳感器是如何工作的？

超聲波指的是高于人類聽力范圍（>20 kHz）的信號。其工作原理是超聲波傳感器是通過送波器將超聲波（振蕩頻率大于20KHz以上的聲波）向?qū)ο笪锇l(fā)送，受波器接收這種反射波，從接收反射波的有無、多少或從發(fā)送超聲波到接收反射波所需的時間與超聲波聲速的關(guān)系，來檢測對象物的有無或傳感器與對象物之間的距離。超聲波傳感器又可分為一下幾類：工業(yè)超聲波傳感器通過空氣測量，傳輸頻率通常為30 KHz - 500 KHz。隨著超聲頻率的增加，衰減率增大。因此，低頻傳感器（30–80kHz）對長距離更有效，而高頻傳感器則對短距離更有效。高頻傳感器（80–500 kHz）也可減少振鈴衰減，從而擁有更短的最小檢測范圍。

 

用于檢測目的的大多數(shù)超聲波傳感器，例如用于無損測試（NDT）的傳感器，在更高的頻率下傳輸，通常在1 MHz到10 MHz之間。用于醫(yī)學(xué)超聲應(yīng)用的超聲傳感器也在更高頻率下傳輸，通常在1 MHz–20 MHz范圍內(nèi)用于成像目的，低于2 MHz用于治療目的。

 

工業(yè)超聲波傳感器通過空氣在30 KHz ~300 KHz的范圍內(nèi)傳輸，被用于任何非接觸式距離測量的地方。這種類型的超聲波傳感器（有時稱為超聲換能器）通過向目標(biāo)發(fā)送超過人類聽覺范圍（超聲波）的聲音脈沖，然后測量聲音回波返回所需的時間，來測量到目標(biāo)物體的距離或目標(biāo)物體的存在。在已知聲速的情況下，傳感器會確定目標(biāo)的距離，并相應(yīng)地設(shè)置其輸出。如果溫度發(fā)生變化或波動，一些超聲波傳感器可以自動應(yīng)用偏移縮放以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。應(yīng)用分為三大類：

 

液位

儲罐液位 – 開式和閉式儲罐中的液體和固體

水監(jiān)測 – 節(jié)約、效率和安全管理

水管理– 溪流、運(yùn)河、渠道和池塘的水位

液體流量– 測量水槽、堰和渠道中的液體高度，以計(jì)算水和洗脫液的體積流量

洪水&海嘯警報– 溪流和水體的水位，以警告社區(qū)

燃料監(jiān)控– 燃料清點(diǎn)，使用，盜竊

 

距離測量 &尺寸

輥徑– 紙張、薄膜或箔，以確定紙卷張力，卷上的數(shù)量

回路控制– 當(dāng)物料從一臺機(jī)器移動到另一臺機(jī)器時，測量物料的自由回路，以防止破損

高度&尺寸– 例如盒子容器等物件

定位反饋 – 可在閉環(huán)系統(tǒng)中使用物體定位來保持或控制位置。

 

物體檢測或距離檢測

物體檢測可用于安全、計(jì)數(shù)、清點(diǎn)或機(jī)器人避障。可檢測到信息亭的人，或確定此人是否正在接近或離開。可以在整個傳感器范圍內(nèi)監(jiān)控，或在用戶定義的距離范圍內(nèi)限定該目標(biāo)。

用于物體或材料的檢測，存在與否、避障等遠(yuǎn)距離應(yīng)用。例如：MaxBotix 超聲波避障傳感器 - MB1043、MaxBotix 行人檢測超聲波傳感器 - MB1010、MaxBotix 高性能超聲波接近傳感器 - MB1444。

工業(yè)超聲波傳感器大小目標(biāo)皆可檢測，包括液體、固體和顆粒材料。目標(biāo)的尺寸、形狀和方向都會影響它可檢測到目標(biāo)的最大距離，但傳感器并不受顏色、反射率、透明度或不透明性等光學(xué)特性的影響。

 

如何使用超聲波傳感器？

想要知道罐內(nèi)有多少柴油，橋下水位有多高或雞飼料是否足量以養(yǎng)活小雞？想要確保農(nóng)作物的水灌溉是否足量，監(jiān)控小偷或水流溢出儲罐？是否要啟動泵以重新填滿水槽，或在液位達(dá)到某一點(diǎn)時啟動發(fā)動機(jī)，或引發(fā)警報？例如美國SENIX 超聲波液位傳感器 - ToughSonic-30和美國SENIX ToughSonic-50 超聲波液位傳感器 - TSPC-21S/21SRM/25P等等。超聲波傳感器甚至可用于這些甚至更多的應(yīng)用。

 

超聲波傳感器大小目標(biāo)皆可檢測，包括液體、固體和顆粒材料。它被用于包括發(fā)動機(jī)驅(qū)動和其他電氣及電化學(xué)控制的電氣噪音機(jī)械。非接觸性超聲波傳感器在腐蝕性、結(jié)垢、涂層或臟污的物料可能負(fù)面影響接觸式傳感器的性能和維護(hù)成本的挑戰(zhàn)性環(huán)境中有著明顯優(yōu)勢。非接觸式超聲波傳感器也可用于無法被測量設(shè)備接觸腐蝕的測量物料。例如：美國SENIX 抗腐蝕液位傳感器 - ToughSonic CHEM 10。

溫度可影響工業(yè)超聲波傳感器，但可使用合適的傳感器來進(jìn)行補(bǔ)償。濕度變化通常不是一個較大的因素（0.036% / 10% RH變化）。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力變化或容器內(nèi)較小的壓力變化也不會影響超聲波傳感器的工作。