一文详解：如何选择超声波传感器

随着技术的不断发展，超声波传感技术已经广泛应用于许多领域。超声波传感器可以通过发射和接收超声波来测量距离、检测障碍物和监测液位。当您需要选择适合您应用的超声波传感器时，您需要考虑许多因素。本文将介绍如何选择超声波传感器，让您能够选择最适合您需求和满足您要求的传感器。

超声波传感器是一种电子设备，它利用声波来检测物体的距离或存在。它发出高频率的声波，然后监听反射回来的回声。声波返回所需的时间有助于确定物体的距离。超声波传感器主要由两个组件组成：发射器（使用压电晶体发出声音）和接收器（在声音到达和从目标返回后接收声音）。

超声波传感器的工作原理：

 

1.超声波传感器的工作原理涉及高频声波的发射和其反射的检测。

2.传感器以超出人类听觉范围的频率发送声波。

3.这个声波通过空气传播，直到它碰到一个物体。

4.当声波碰到物体时，它会反射回超声波传感器。

5.传感器计算声波从传播到物体并返回所需的时间，并用此来确定物体的距离。

6.然后，将该距离转换为电信号，可用于各种应用，如物体检测、距离测量和液位控制。

超声波传感器关键应用

 

（1）距离测量

（2）机器人传感器

（3）智能汽车 - 特斯拉在其自动驾驶计划中使用超声波传感器！

（4）无人机/无人机

超声波传感器的优点

 

（1）不受物体颜色和透明度的影响，因为它通过声波来检测距离

（2）在低光条件下表现良好

（3）功耗低

（4）提供与微控制器或其他系统集成的各种接口选项

选择超声波传感器时需要考虑的因素:

 

1.测量距离：在选择超声波传感器时，应根据所需的测量距离选择适当的型号。通常，超声波传感器的测量距离范围从几厘米到几米不等。如果传感器离物体太近，可能无法准确测量距离。如果传感器离物体太远，可能根本无法检测到物体。选择用于距离测量应用的传感器必须正确评估预期的最小和最大测量距离。

（1）确定所需的有效工作范围时（即材料窗口），需要考虑的因素包括：材料状态：液体和固体在受到声波冲击时表现不同，与超声波传感器的相互作用也不同。液体测量需要具有至少比预期最大测量距离大25％的传感器范围，而干燥物测量需要具有至少比预期最大测量距离大50％的传感器范围。

（2）材料的大小、形状和方向也会影响测量精度，大而平坦的水面比弯曲或颗粒状的物体更容易在远处被检测到。

2.准确性：超声波传感器的测量准确性也是选择时要考虑的关键因素。通常，超声波传感器的测量准确性越高，价格越高。

3.工作频率：超声波传感器的工作频率也会影响其性能。通常，超声波传感器的工作频率越高，测量准确性越高。

4.工作环境：选择超声波传感器时，工作环境也是要考虑的因素。选择超声波传感器时要考虑的一些环境因素包括：

（1）温度：例如，温度可以影响声音的传播速度，从而影响传感器测量的距离准确性。

（2）天气：冰、雪、灰尘、泥浆和其他环境材料的积聚可以阻挡传感器面部，阻止超声波声波的传输或接收。此外，污染物（如水）的进入也会影响传感器的功能。

（3）压力/真空：超声波传感器不适用于高压或真空应用。

（4）超声噪声有时会干扰测量操作。例如，气嘴、气动阀和超声波焊接机等设备可能会产生此类噪声。

5.输出信号：选择超声波传感器时，还应考虑其输出信号类型和方法，以使其与控制系统兼容。

6.价格：超声波传感器的价格也是一个考虑因素，应根据实际需求和预算选择适当的型号。

超声波传感器的缺点

 

（1）有限的检测范围：传统超声波传感器的监测距离受到发射器和接收器之间距离的限制，通常范围从几米到几十米不等。这限制了传感器在某些情况下的应用。

（2）在特殊环境中的应用限制：传统超声波传感器在水等特殊环境中的应用受到限制，因为水中声音的传播速度与空气中的不同，这可能会影响传感器的准确性。

（3）工业应用的限制：超声波传感器在工业应用中常常面临挑战，包括灰尘、振动和温度变化等因素，这可能会影响传感器的性能。

（4）分辨率低且刷新率慢，不适合检测快速移动的目标。

（5）无法测量具有极端纹理/表面的物体的距离。

 

下面推荐的超声波传感器可以解决上述问题。

超长距离超声波距离传感器 - DFRobot URM12（189.00美元）

 

通过使用多个传感器并将它们定位在可以覆盖更大区域的位置，可以解决超声波传感器的有限检测范围问题。另一种方法是使用更高频率的超声波，可以增加检测范围。

DFRobot的URM12是一款设计用于距离测量或障碍物避让应用的超长距离超声波距离传感器。该传感器提供高达1500cm的检测距离，3Hz的测量频率和15°的检测角度。它采用RS485通信接口，并支持标准的Modbus-RTU通信协议，适用于液位测量、机器人避障等应用。

 

规格：

 

（1）电源电压：9-24VDC

（2）额定功率：4.8W

（3）工作温度范围：-10℃～＋70℃

（4）有效检测范围：70cm～1500cm

（5）分辨率：1cm

（6）准确度：1%

（7）IP等级：IP65

（8）方向角度：15°±2°（-6dB）

（9）测量频率：最大3Hz

防水超声波传感器 - DFRobot A02YYUW（15.90美元）

 

防水超声波传感器的出现主要是为了满足特殊环境下的需求，例如水下测量和检测。防水超声波传感器可以实现高防水等级，并可以在液体中进行测量和检测，具有良好的稳定性和可靠性。

DFRobot A02YYUW是一款易于使用的商业级高性能、高可靠性的超声波传感器模块，与其他类似传感器相比，它具有更小的盲区、更宽的感知角度和一定的穿透能力（烟雾、灰尘）。它采用封闭分离的探头，防水防尘，非常适合恶劣潮湿的测量环境。所有的信号处理单元都集成在模块内部，因此用户可以通过异步串行接口直接获得距离值。传感器以9600bit/s的波特率与上位机或其他MCU进行简单通信，大大缩短了用户的开发周期。

 

规格：

 

（1）准确度：±1cm

（2）工作电压：3.3~5V

（3）平均电流：<8mA

（4）盲区距离：3cm

（5）检测范围（平坦物体）：3-450cm

（6）输出：URAT

（7）响应时间：100ms

（8）工作温度：-15~60℃

（9）存储温度：-25~80

工业级超声波距离传感器，1mm精度 - DFRobot URM14（99.00美元）

 

工业超声波传感器的出现旨在满足工业生产中的非接触式测量需求。传统的物理接触式测量方法容易受到环境干扰的影响。然而，工业超声波传感器可以快速准确地进行测量，提高工业自动化生产的效率和准确性。同时，工业超声波传感器还具有防水、耐高温和耐腐蚀等特点。它们可以适应恶劣的工业环境，并具有长寿命。

DFRobot URM14是一款用于工业应用的高频率精密超声波距离传感器，具有1mm的精度（10~150cm，RS485）。传感器的测量和信号处理单元完全封装在M18金属外壳中，尾部设计有航空连接器插头。传感器采用符合标准Modbus-RTU通信协议的RS485接口，确保与PLC工业个人电脑的兼容性。此外，采用更高的超声波声频和更精密的信号处理电路，使得URM14传感器具有毫米级精度和长达1.5m的可靠测量范围。仅有12°的测量角度使得传感器能够呈现类似激光测距传感器的定向测量特性。

规格：

 

（1）工作电压：直流7-15V

（2）最大瞬时电流：350mA

（3）有效测量范围：100-1500mm

（4）距离分辨率：0.1mm

（5）测量精度：1mm

（6）距离误差：±0.1%

（7）温度分辨率：0.1℃

（8）测量频率：30HZ

（9）工作温度：-20℃～＋80℃

（10）传感器声频：200KHz±4%

在选择超声波传感器时，重要的是要考虑到您特定应用所需的范围和精度。在进行选择时，还应考虑频率、波束角度和功耗等因素。此外，选择与现有设备兼容并且足够耐用以适应使用环境的传感器也很重要。通过考虑这些因素并仔细评估您的选择，您可以选择最适合您特定需求的超声波传感器，并确保准确可靠的测量。

审核编辑 黄宇