超聲波傳感器 101：常見問題的解答

在工業(yè)環(huán)境中，傳感器用于檢測(cè)和測(cè)量有許多不同類型的技術(shù)，包括激光和雷達(dá)。與使用不同光譜部分的其他傳感器不同，超聲波傳感器使用聲音。每種技術(shù)都適用于不同的應(yīng)用，因此讓我們來探索一下超聲波傳感器的工作原理。

什么是超聲波傳感器？

超聲波傳感器是產(chǎn)生大于 20 kHz 的超高頻聲波的設(shè)備，超出了人類的聽覺范圍。它們使用電能和陶瓷換能器，既可以發(fā)射聲波，也可以接收聲波。聲波本質(zhì)上是穿過固體、液體和氣體的壓力波，可用于工業(yè)應(yīng)用，以測(cè)量距離或檢測(cè)目標(biāo)的存在與否。

超聲波傳感器是如何工作的？

該傳感器有一個(gè)陶瓷換能器，當(dāng)施加電能時(shí)會(huì)振動(dòng)。振動(dòng)壓縮和膨脹空氣分子，形成從傳感器表面?zhèn)鞑サ侥繕?biāo)物體的波。超聲波傳感器通過發(fā)射聲波來測(cè)量距離，然后“聆聽"一段時(shí)間，允許聲波在重新傳輸之前從目標(biāo)上反彈的回波。

我什么時(shí)候會(huì)使用超聲波傳感器？

由于超聲波傳感器使用聲音而不是光進(jìn)行檢測(cè)，因此它們適用于光電傳感器可能無法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。目標(biāo)顏色和/或反射率不會(huì)影響超聲波傳感器，使其能夠在強(qiáng)眩光環(huán)境中可靠運(yùn)行。超聲波傳感器也是透明物體檢測(cè)和液位測(cè)量的解決方案。

什么時(shí)候應(yīng)該使用工業(yè)超聲波傳感器代替光學(xué)傳感器或雷達(dá)傳感器？

超聲波傳感器在檢測(cè)透明物體、液位或高反射率或金屬表面時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。超聲波傳感器在潮濕環(huán)境中也能很好地工作，而光束可能會(huì)折射掉水滴。然而，超聲波傳感器容易受到溫度波動(dòng)或風(fēng)的影響，而這些因素不會(huì)影響雷達(dá)傳感器。使用光學(xué)傳感器，您還可以擁有小光斑尺寸、快速響應(yīng)，在某些情況下，您可以在目標(biāo)上投射可見光斑以幫助傳感器對(duì)準(zhǔn)。

超聲波傳感器如何處理噪聲和干擾？

由于超聲波傳感器使用聲波，因此與超聲波傳感器使用頻率相同的任何聲學(xué)噪聲都可能干擾傳感器的輸出。這包括高音調(diào)的噪音，例如汽笛產(chǎn)生的噪音，以及安全閥、壓縮空氣或氣動(dòng)裝置的嘶嘶聲。通過將兩個(gè)相同頻率的超聲波傳感器靠近在一起，您還可能會(huì)遇到聲學(xué)串?dāng)_。電磁設(shè)備產(chǎn)生交替的電子流，從而產(chǎn)生振動(dòng)。這些振動(dòng)可以被變壓器等電氣設(shè)備拾取，從而產(chǎn)生嗡嗡聲，從而干擾超聲波傳感器。

哪些環(huán)境條件會(huì)影響工業(yè)超聲波傳感器？

溫度波動(dòng)會(huì)影響超聲波傳感器聲波的速度。隨著溫度的升高，聲波進(jìn)出目標(biāo)的速度更快。雖然目標(biāo)可能沒有移動(dòng)，但傳感器可能會(huì)將目標(biāo)精確定位為更近。為了解決這一溫度問題，邦納的許多超聲波傳感器（包括 T30UX 系列和 QS18U 系列）都可補(bǔ)償溫度波動(dòng)，從而在各種環(huán)境溫度下提供高精度性能。氣動(dòng)設(shè)備或風(fēng)扇引起的氣流也可能偏轉(zhuǎn)或擾亂超聲波的路徑。這可能導(dǎo)致傳感器無法識(shí)別目標(biāo)的正確位置。

為什么在操作超聲波傳感器之前需要讓它預(yù)熱？

當(dāng)傳感器通電時(shí)，各個(gè)組件會(huì)升溫，并加熱周圍的空間和組件。這種從冷啟動(dòng)到工作溫度的溫度波動(dòng)稱為“預(yù)熱漂移"。在所有組件達(dá)到正確的工作溫度之前，測(cè)量的準(zhǔn)確性可能會(huì)受到影響。

什么是死區(qū)？

盲區(qū)是指?jìng)鞲衅髅嬲胺絺鞲衅鳠o法可靠地進(jìn)行測(cè)量的區(qū)域。這是由于一種稱為振鈴的現(xiàn)象。振鈴是發(fā)送聲波或激勵(lì)脈沖后換能器的持續(xù)振動(dòng)。能量必須消散，換能器才能偵聽回波。因此，目標(biāo)應(yīng)位于超聲波傳感器的死區(qū)之外。一些超聲波傳感器，包括邦納的S18U系列，在逆音速模式下使用時(shí)具有最小的盲區(qū)和/或消除盲區(qū)的能力。超聲波傳感器比光電傳感器慢嗎？

簡(jiǎn)而言之，是的。聲速比光速慢得多。因此，就其本質(zhì)而言，超聲波傳感器將比光學(xué)傳感器慢。

與超聲波傳感器一起使用的最佳目標(biāo)類型是什么？

與超聲波傳感器一起使用的最佳目標(biāo)是金屬、陶瓷、玻璃或木材等材料的大而平坦的固體表面。它們應(yīng)始終垂直于傳感器放置。軟或不規(guī)則的表面目標(biāo)，如顆粒、鋸末或泡沫，無法有效檢測(cè)，其他類型的傳感器可以更好地檢測(cè)。

使用超聲波傳感器檢測(cè)隨機(jī)放置的物體的最佳方法是什么？

設(shè)置超聲波傳感器時(shí)，將傳感器的“背景"告知您的良好狀態(tài)。通過示教超聲波反射背景表面作為良好條件，將檢測(cè)到位于傳感器和背景之間的任何物體，從而導(dǎo)致輸出切換。