超聲波傳感器的工作原理是通過發(fā)送和接收聲音來工作？
超聲波傳感器使用聲音進(jìn)行測(cè)量。首先，在了解超聲波傳感器如何執(zhí)行距離測(cè)量之前，了解什么是聲音很重要。如果一個(gè)物體（或者在我們的例子中是一個(gè)超聲波傳感器）產(chǎn)生聲音，空氣分子就會(huì)相互擠壓，導(dǎo)致氣壓發(fā)生變化，并且能量通過空氣粒子移動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致以波浪運(yùn)動(dòng)在空氣中移動(dòng)的振動(dòng)。這些波浪運(yùn)動(dòng)的長度或持續(xù)時(shí)間稱為頻率，以赫茲(Hz)表示；每秒聲波的數(shù)量。人耳能夠感知20 Hz和20,000 Hz(20 kHz)的聲音頻率。從20 kHz到800 MHz（8億赫茲）的所有頻率都稱為超聲波，人耳無法感知。
1、什么是聲速？
聲音的再現(xiàn)速度取決于介質(zhì)。聲波通過空氣（我們的超聲波傳感器用于測(cè)量的介質(zhì)）的速度比通過液體或固體的聲速慢。在下面的圖表中是一些示例，其中值以米/秒為單位顯示。在20°C的溫度下，聲音在空氣中的傳播速度為每秒344米。
2、超聲波傳感器如何工作？
我們現(xiàn)在知道什么是聲音，以及它在空氣中傳播的方式和速度。超聲波傳感器如何使用它？
超聲波傳感器發(fā)出超聲波范圍內(nèi)的聲脈沖。這種聲音脈沖以聲速在空氣中傳播（大約每秒344米），直到聲音脈沖遇到物體。聲音脈沖從物體上反彈并反向返回到接收“回聲”的傳感器。通過測(cè)量聲脈沖從傳感器傳播到物體并返回傳感器所需的時(shí)間?？梢苑浅?zhǔn)確地計(jì)算到物體的距離。這種測(cè)量原理也稱為“飛行時(shí)間”，或傳輸時(shí)間測(cè)量。
3、溫度與聲速
如果我們使用超聲波傳感器來檢測(cè)物體或執(zhí)行水平或距離測(cè)量。理想情況下，它可以非常準(zhǔn)確地完成。為此，必須考慮可能影響超聲波傳感器運(yùn)行的變量，例如：溫度、聲音通過空氣的速度、濕度、氣壓和聲音阻尼。溫度對(duì)聲速的影響最大。溫度和聲速之間的關(guān)系幾乎是線性的。在20度的溫度下，聲音以每秒344米的速度在空氣中傳播。當(dāng)天氣變暖時(shí)，聲速會(huì)增加。為了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，大多數(shù)微聲超聲波傳感器具有內(nèi)部溫度補(bǔ)償。這意味著這些超聲波傳感器測(cè)量當(dāng)前溫度并補(bǔ)償測(cè)量值。這提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
4、頻率與最大可測(cè)量距離
聲音的頻率部分決定了聲音可以傳播的距離。頻率越低，距離越大。想想音樂節(jié)，音樂的低音在很遠(yuǎn)的地方仍然可以聽到，而高音消失得更快......
對(duì)于超聲波傳感器應(yīng)用，當(dāng)使用40 kHz的聲脈沖時(shí)，可以覆蓋大約10米的距離。當(dāng)超聲波傳感器使用400 kHz的脈沖時(shí)，最大距離僅為65厘米左右。使用超聲波傳感器，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)設(shè)定測(cè)量范圍1%的精度。這意味著可以在10厘米的距離內(nèi)以1毫米的精度檢測(cè)物體。為了使超聲波傳感器可靠工作，聲音以固定頻率發(fā)出。以下適用：傳感器的此頻率越低，傳感器的范圍越大。
5、物體反射率
必須檢測(cè)的物體的特性決定了發(fā)出的聲音被反射回傳感器的程度。為了良好的檢測(cè)，高度的聲音反射是必要的。
?。?）良好的聲音反射材料
在圖像中的示例中，通過空氣（介質(zhì)）傳播的聲音會(huì)反射到木材（物體）上。99.9%的發(fā)出聲音返回到傳感器。高反射材料的例子有：木頭、石頭、玻璃、塑料。液體、鋼、不銹鋼、膠水、混凝土、橡膠和油漆。
?。?）較少的聲音反射材料
還有一些材料可以吸收聲音或讓聲音通過。這些物體對(duì)于超聲波傳感器來說具有較差的反射特性。在圖像的示例中，一塊地毯被應(yīng)用到木頭上。這使得少于10%的發(fā)射聲脈沖反射回傳感器。因此90%被地毯吸收。聲音反射較差的材料的例子有：地毯、具有開放結(jié)構(gòu)的編織材料、泡沫、棉花、充滿大量空氣的粉末等。
6、入射角等于反射角
必須被檢測(cè)的物體需要是反射性的。這允許發(fā)出的聲音被反射。以下規(guī)則適用于此：入射角等于反射角。傳感器必須垂直于物體放置，以便接收反射聲脈沖，從而進(jìn)行良好的檢測(cè)。安裝傳感器的經(jīng)驗(yàn)法則是：相對(duì)于物體的最大角度為3°。當(dāng)物體表面不平整時(shí)，入射角可以更大。這是因?yàn)槁曇舭l(fā)散并偏轉(zhuǎn)到多個(gè)方向。這些材料的例子是粗材料，如沙子、砂紙、土豆等。為了使超聲波傳感器在特定應(yīng)用中工作，建議始終保持：測(cè)試。
7、盲區(qū)
盲區(qū)對(duì)于超聲波傳感器的功能很重要。該區(qū)域是第一個(gè)區(qū)域，位于傳感器傳感器的正前方。在該區(qū)域內(nèi)無法進(jìn)行測(cè)量。傳感器盲區(qū)的大小取決于多種因素。這些是：聲音脈沖的持續(xù)時(shí)間；聲音在空氣（或其他介質(zhì)）中傳播的頻率。
這兩個(gè)因素的結(jié)合使得無法在傳感器正前方的第一個(gè)區(qū)域進(jìn)行可靠的測(cè)量。這是因?yàn)槌暡▊鞲衅靼l(fā)出聲音并且必須切換才能接收這些聲音。發(fā)射和接收不能同時(shí)進(jìn)行，因此在測(cè)量中形成了盲區(qū)。當(dāng)物體處于盲區(qū)時(shí)，它不會(huì)被檢測(cè)到。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以說盲區(qū)位于傳感器最大測(cè)量范圍的5%到10%之間：檢測(cè)范圍越短，盲區(qū)越小。
