一文詳解：如何選擇超聲波傳感器

隨著技術的不斷發展，超聲波傳感技術已經廣泛應用于許多領域。超聲波傳感器可以通過發射和接收超聲波來測量距離、檢測障礙物和監測液位。當您需要選擇適合您應用的超聲波傳感器時，您需要考慮許多因素。本文將介紹如何選擇超聲波傳感器，讓您能夠選擇最適合您需求和滿足您要求的傳感器。

超聲波傳感器是一種電子設備，它利用聲波來檢測物體的距離或存在。它發出高頻率的聲波，然后監聽反射回來的回聲。聲波返回所需的時間有助于確定物體的距離。超聲波傳感器主要由兩個組件組成：發射器（使用壓電晶體發出聲音）和接收器（在聲音到達和從目標返回后接收聲音）。

超聲波傳感器的工作原理：

1.超聲波傳感器的工作原理涉及高頻聲波的發射和其反射的檢測。

2.傳感器以超出人類聽覺范圍的頻率發送聲波。

3.這個聲波通過空氣傳播，直到它碰到一個物體。

4.當聲波碰到物體時，它會反射回超聲波傳感器。

5.傳感器計算聲波從傳播到物體并返回所需的時間，并用此來確定物體的距離。

6.然后，將該距離轉換為電信號，可用于各種應用，如物體檢測、距離測量和液位控制。

超聲波傳感器關鍵應用

（1）距離測量

（2）機器人傳感器

（3）智能汽車 - 特斯拉在其自動駕駛計劃中使用超聲波傳感器！

（4）無人機/無人機

超聲波傳感器的優點

（1）不受物體顏色和透明度的影響，因為它通過聲波來檢測距離

（2）在低光條件下表現良好

（3）功耗低

（4）提供與微控制器或其他系統集成的各種接口選項

選擇超聲波傳感器時需要考慮的因素:

1.測量距離：在選擇超聲波傳感器時，應根據所需的測量距離選擇適當的型號。通常，超聲波傳感器的測量距離范圍從幾厘米到幾米不等。如果傳感器離物體太近，可能無法準確測量距離。如果傳感器離物體太遠，可能根本無法檢測到物體。選擇用于距離測量應用的傳感器必須正確評估預期的最小和最大測量距離。

（1）確定所需的有效工作范圍時（即材料窗口），需要考慮的因素包括：材料狀態：液體和固體在受到聲波沖擊時表現不同，與超聲波傳感器的相互作用也不同。液體測量需要具有至少比預期最大測量距離大25％的傳感器范圍，而干燥物測量需要具有至少比預期最大測量距離大50％的傳感器范圍。

（2）材料的大小、形狀和方向也會影響測量精度，大而平坦的水面比彎曲或顆粒狀的物體更容易在遠處被檢測到。

2.準確性：超聲波傳感器的測量準確性也是選擇時要考慮的關鍵因素。通常，超聲波傳感器的測量準確性越高，價格越高。

3.工作頻率：超聲波傳感器的工作頻率也會影響其性能。通常，超聲波傳感器的工作頻率越高，測量準確性越高。

4.工作環境：選擇超聲波傳感器時，工作環境也是要考慮的因素。選擇超聲波傳感器時要考慮的一些環境因素包括：

（1）溫度：例如，溫度可以影響聲音的傳播速度，從而影響傳感器測量的距離準確性。

（2）天氣：冰、雪、灰塵、泥漿和其他環境材料的積聚可以阻擋傳感器面部，阻止超聲波聲波的傳輸或接收。此外，污染物（如水）的進入也會影響傳感器的功能。

（3）壓力/真空：超聲波傳感器不適用于高壓或真空應用。

（4）超聲噪聲有時會干擾測量操作。例如，氣嘴、氣動閥和超聲波焊接機等設備可能會產生此類噪聲。

5.輸出信號：選擇超聲波傳感器時，還應考慮其輸出信號類型和方法，以使其與控制系統兼容。

6.價格：超聲波傳感器的價格也是一個考慮因素，應根據實際需求和預算選擇適當的型號。

超聲波傳感器的缺點

（1）有限的檢測范圍：傳統超聲波傳感器的監測距離受到發射器和接收器之間距離的限制，通常范圍從幾米到幾十米不等。這限制了傳感器在某些情況下的應用。

（2）在特殊環境中的應用限制：傳統超聲波傳感器在水等特殊環境中的應用受到限制，因為水中聲音的傳播速度與空氣中的不同，這可能會影響傳感器的準確性。

（3）工業應用的限制：超聲波傳感器在工業應用中常常面臨挑戰，包括灰塵、振動和溫度變化等因素，這可能會影響傳感器的性能。

（4）分辨率低且刷新率慢，不適合檢測快速移動的目標。

（5）無法測量具有極端紋理/表面的物體的距離。

下面推薦的超聲波傳感器可以解決上述問題。

超長距離超聲波距離傳感器 - DFRobot URM12（189.00美元）

通過使用多個傳感器并將它們定位在可以覆蓋更大區域的位置，可以解決超聲波傳感器的有限檢測范圍問題。另一種方法是使用更高頻率的超聲波，可以增加檢測范圍。

DFRobot的URM12是一款設計用于距離測量或障礙物避讓應用的超長距離超聲波距離傳感器。該傳感器提供高達1500cm的檢測距離，3Hz的測量頻率和15°的檢測角度。它采用RS485通信接口，并支持標準的Modbus-RTU通信協議，適用于液位測量、機器人避障等應用。

規格：

（1）電源電壓：9-24VDC

（2）額定功率：4.8W

（3）工作溫度范圍：-10℃～＋70℃

（4）有效檢測范圍：70cm～1500cm

（5）分辨率：1cm

（6）準確度：1%

（7）IP等級：IP65

（8）方向角度：15°±2°（-6dB）

（9）測量頻率：最大3Hz

防水超聲波傳感器 - DFRobot A02YYUW（15.90美元）

防水超聲波傳感器的出現主要是為了滿足特殊環境下的需求，例如水下測量和檢測。防水超聲波傳感器可以實現高防水等級，并可以在液體中進行測量和檢測，具有良好的穩定性和可靠性。

DFRobot A02YYUW是一款易于使用的商業級高性能、高可靠性的超聲波傳感器模塊，與其他類似傳感器相比，它具有更小的盲區、更寬的感知角度和一定的穿透能力（煙霧、灰塵）。它采用封閉分離的探頭，防水防塵，非常適合惡劣潮濕的測量環境。所有的信號處理單元都集成在模塊內部，因此用戶可以通過異步串行接口直接獲得距離值。傳感器以9600bit/s的波特率與上位機或其他MCU進行簡單通信，大大縮短了用戶的開發周期。

規格：

（1）準確度：±1cm

（2）工作電壓：3.3~5V

（3）平均電流：<8mA

（4）盲區距離：3cm

（5）檢測范圍（平坦物體）：3-450cm

（6）輸出：URAT

（7）響應時間：100ms

（8）工作溫度：-15~60℃

（9）存儲溫度：-25~80

工業級超聲波距離傳感器，1mm精度 - DFRobot URM14（99.00美元）

工業超聲波傳感器的出現旨在滿足工業生產中的非接觸式測量需求。傳統的物理接觸式測量方法容易受到環境干擾的影響。然而，工業超聲波傳感器可以快速準確地進行測量，提高工業自動化生產的效率和準確性。同時，工業超聲波傳感器還具有防水、耐高溫和耐腐蝕等特點。它們可以適應惡劣的工業環境，并具有長壽命。

DFRobot URM14是一款用于工業應用的高頻率精密超聲波距離傳感器，具有1mm的精度（10~150cm，RS485）。傳感器的測量和信號處理單元完全封裝在M18金屬外殼中，尾部設計有航空連接器插頭。傳感器采用符合標準Modbus-RTU通信協議的RS485接口，確保與PLC工業個人電腦的兼容性。此外，采用更高的超聲波聲頻和更精密的信號處理電路，使得URM14傳感器具有毫米級精度和長達1.5m的可靠測量范圍。僅有12°的測量角度使得傳感器能夠呈現類似激光測距傳感器的定向測量特性。

規格：

（1）工作電壓：直流7-15V

（2）最大瞬時電流：350mA

（3）有效測量范圍：100-1500mm

（4）距離分辨率：0.1mm

（5）測量精度：1mm

（6）距離誤差：±0.1%

（7）溫度分辨率：0.1℃

（8）測量頻率：30HZ

（9）工作溫度：-20℃～＋80℃

（10）傳感器聲頻：200KHz±4%

在選擇超聲波傳感器時，重要的是要考慮到您特定應用所需的范圍和精度。在進行選擇時，還應考慮頻率、波束角度和功耗等因素。此外，選擇與現有設備兼容并且足夠耐用以適應使用環境的傳感器也很重要。通過考慮這些因素并仔細評估您的選擇，您可以選擇最適合您特定需求的超聲波傳感器，并確保準確可靠的測量。

審核編輯 黃宇