一文詳解：如何選擇超聲波傳感器

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波傳感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。超聲波傳感器可以通過發(fā)射和接收超聲波來測量距離、檢測障礙物和監(jiān)測液位。當(dāng)您需要選擇適合您應(yīng)用的超聲波傳感器時(shí)，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(shè)備，它利用聲波來檢測物體的距離或存在。它發(fā)出高頻率的聲波，然后監(jiān)聽反射回來的回聲。聲波返回所需的時(shí)間有助于確定物體的距離。超聲波傳感器主要由兩個(gè)組件組成：發(fā)射器（使用壓電晶體發(fā)出聲音）和接收器（在聲音到達(dá)和從目標(biāo)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(fā)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(fā)送聲波。

3.這個(gè)聲波通過空氣傳播，直到它碰到一個(gè)物體。

4.當(dāng)聲波碰到物體時(shí)，它會反射回超聲波傳感器。

5.傳感器計(jì)算聲波從傳播到物體并返回所需的時(shí)間，并用此來確定物體的距離。

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

超聲波傳感器關(guān)鍵應(yīng)用

（1）距離測量

（2）機(jī)器人傳感器

（3）智能汽車 - 特斯拉在其自動駕駛計(jì)劃中使用超聲波傳感器！

（4）無人機(jī)/無人機(jī)

超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)

（1）不受物體顏色和透明度的影響，因?yàn)樗ㄟ^聲波來檢測距離

（2）在低光條件下表現(xiàn)良好

（3）功耗低

（4）提供與微控制器或其他系統(tǒng)集成的各種接口選項(xiàng)

選擇超聲波傳感器時(shí)需要考慮的因素:

1.測量距離：在選擇超聲波傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)所需的測量距離選擇適當(dāng)?shù)男吞枴Ｍǔ?，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(zhǔn)確測量距離。如果傳感器離物體太遠(yuǎn)，可能根本無法檢測到物體。選擇用于距離測量應(yīng)用的傳感器必須正確評估預(yù)期的最小和最大測量距離。

（1）確定所需的有效工作范圍時(shí)（即材料窗口），需要考慮的因素包括：材料狀態(tài)：液體和固體在受到聲波沖擊時(shí)表現(xiàn)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(yù)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(yù)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(yuǎn)處被檢測到。

2.準(zhǔn)確性：超聲波傳感器的測量準(zhǔn)確性也是選擇時(shí)要考慮的關(guān)鍵因素。通常，超聲波傳感器的測量準(zhǔn)確性越高，價(jià)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(zhǔn)確性越高。

4.工作環(huán)境：選擇超聲波傳感器時(shí)，工作環(huán)境也是要考慮的因素。選擇超聲波傳感器時(shí)要考慮的一些環(huán)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(zhǔn)確性。

（2）天氣：冰、雪、灰塵、泥漿和其他環(huán)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(jìn)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(yīng)用。

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

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

6.價(jià)格：超聲波傳感器的價(jià)格也是一個(gè)考慮因素，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求和預(yù)算選擇適當(dāng)?shù)男吞枴?/p>

超聲波傳感器的缺點(diǎn)

（1）有限的檢測范圍：傳統(tǒng)超聲波傳感器的監(jiān)測距離受到發(fā)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(yīng)用。

（2）在特殊環(huán)境中的應(yīng)用限制：傳統(tǒng)超聲波傳感器在水等特殊環(huán)境中的應(yīng)用受到限制，因?yàn)樗新曇舻膫鞑ニ俣扰c空氣中的不同，這可能會影響傳感器的準(zhǔn)確性。

（3）工業(yè)應(yīng)用的限制：超聲波傳感器在工業(yè)應(yīng)用中常常面臨挑戰(zhàn)，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(biāo)。

（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(gè)傳感器并將它們定位在可以覆蓋更大區(qū)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(shè)計(jì)用于距離測量或障礙物避讓應(yīng)用的超長距離超聲波距離傳感器。該傳感器提供高達(dá)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(biāo)準(zhǔn)的Modbus-RTU通信協(xié)議，適用于液位測量、機(jī)器人避障等應(yīng)用。

DFRobot URM12超長距離超聲波距離傳感器

規(guī)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(zhǔn)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(xiàn)主要是為了滿足特殊環(huán)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(shí)現(xiàn)高防水等級，并可以在液體中進(jìn)行測量和檢測，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

DFRobot A02YYUW是一款易于使用的商業(yè)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(qū)、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(huán)境。所有的信號處理單元都集成在模塊內(nèi)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(jī)或其他MCU進(jìn)行簡單通信，大大縮短了用戶的開發(fā)周期。

DFRobot A02YYUW防水超聲波傳感器

規(guī)格：

（1）準(zhǔn)確度：±1cm

（2）工作電壓：3.3~5V

（3）平均電流：<8mA

（4）盲區(qū)距離：3cm

（5）檢測范圍（平坦物體）：3-450cm

（6）輸出：URAT

（7）響應(yīng)時(shí)間：100ms

（8）工作溫度：-15~60℃

（9）存儲溫度：-25~80

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

工業(yè)超聲波傳感器的出現(xiàn)旨在滿足工業(yè)生產(chǎn)中的非接觸式測量需求。傳統(tǒng)的物理接觸式測量方法容易受到環(huán)境干擾的影響。然而，工業(yè)超聲波傳感器可以快速準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，提高工業(yè)自動化生產(chǎn)的效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，工業(yè)超聲波傳感器還具有防水、耐高溫和耐腐蝕等特點(diǎn)。它們可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，并具有長壽命。

DFRobot URM14是一款用于工業(yè)應(yīng)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(shè)計(jì)有航空連接器插頭。傳感器采用符合標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU通信協(xié)議的RS485接口，確保與PLC工業(yè)個(gè)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(dá)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(xiàn)類似激光測距傳感器的定向測量特性。

DFRobot URM14工業(yè)級超聲波距離傳感器

規(guī)格：

（1）工作電壓：直流7-15V

（2）最大瞬時(shí)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(shí)，重要的是要考慮到您特定應(yīng)用所需的范圍和精度。在進(jìn)行選擇時(shí)，還應(yīng)考慮頻率、波束角度和功耗等因素。此外，選擇與現(xiàn)有設(shè)備兼容并且足夠耐用以適應(yīng)使用環(huán)境的傳感器也很重要。通過考慮這些因素并仔細(xì)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(zhǔn)確可靠的測量。