超聲波傳感器是使用換能器發送和接收超聲波脈沖，該超聲波脈沖中繼有關物體接近度的信息，經反射返回傳感器，系統通過測量回波返回傳感器的時間，并利用聲波在介質中的傳播速度計算超聲波測量到物體距離的儀器。

?

因其特性超聲波傳感器被廣泛用于各種非接觸場景如接近或距離測量中，然而目前市場上的各種超聲波傳感器在安裝配置、環境密封、電子特征等方面各不相同。特別是在聲學上，根據操作頻率和輻射模式不同，不難選擇最符合特定應用環境和機械要求的傳感器，也不難評估不同型號產品電子性能。聲學對超聲波傳感器操作和測量產生了深遠影響。本文工采網小編通過介紹超聲波傳感器的特性和影響因素來解答如何選擇適用于接近或距離測量的超聲波傳感器。

影響超聲波傳感器操作的一些基本聲學參數

1、聲速隨溫度和傳輸介質 (通常是空氣) 的組成變化而變化，測量的精度和分辨率有何影響？

重點：抓住空氣中，聲速與溫度的關系

在回波測距系統中, 測量了超聲脈沖發射與返回接收機之間的運行時間。然后使用傳輸介質 (通常是空氣) 中的聲速計算到目標的距離。測得的目標距離的精度與計算中使用的聲速精度成正比。聲波的實際速度是聲音傳播的介質組成和溫度的函數，如圖1。

空氣中的聲速隨溫度的變化由關系 [5]: ?，c(T)：空氣中聲速與溫度函數，單位：英寸/秒；T：大氣溫度，單位：℃。不同氣體介質中的聲速與空氣組成的關系，同時受化學成分和溫度的影響。下表是10°C 的各種氣體的聲速。

2、聲波波長隨聲速和頻率而變化，分辨率、精度、最小目標尺寸以及最小和最大目標距離的影響規律。

重點：聲波波長與聲速和頻率的關系

聲波波長隨聲速和頻率的變化而變化，λ = c/f。λ ：波長；c：聲速；f：頻率

3、聲波衰減隨著頻率和濕度而改變，對超聲波傳感器在空氣中的最大目標距離的影響。

重點：聲波衰減與頻率和濕度的關系

隨著聲波的傳播，由于傳輸介質中的摩擦損失，聲壓的振幅降低。了解這種吸收損耗或衰減的值對于確定傳感器的最大范圍至關重要。空氣中聲波的衰減隨頻率的增加而增加；在給定頻率下，衰減隨濕度的變化而變化。產生最大衰減的濕度值對于所有頻率都不一樣。例如，超過 125 kHz，最大衰減發生在 100% RH；在40kHz時，最大衰減發生在 50% RH。

由于超聲波傳感器通常需要在所有可能的濕度下工作，目標范圍計算應使用最大的衰減值。在室溫下，所有濕度下，頻率高達 50 kHz 的空氣中的最大衰減是通過以下方式得出的：α(f) = 0.01 f；f聲波頻率，單位kHz；在50kHz和300kHz之間，在全濕度范圍內最大衰減是：α(f) = 0.022 f-0.6。

4、背景噪聲振幅隨頻率而變化，如何對最大目標距離和最小目標尺寸產生影響

背景超聲噪聲的水平隨著頻率的增加而降低。原因是，在較高頻率的環境中產生的噪音較少，并且在空氣中傳播時會大大減弱。

5、超聲波換能器和整個傳感器系統的聲輻射模式 (光束角度) 的變化，如何影響最大目標距離和幫助消除無關目標。

重點：頻率、距離和傳輸介質

因傳感器類型不同產生的聲壓大小也不同。在聲學中，聲壓單位是帕斯卡，但它們的動態范圍很大。為了便于應用，人們便根據人耳對聲音強弱變化響應的特性，引出一個對數量來表示聲音的大小，這就是聲壓級，以符號SPL表示。SPL(R0) = 20 log(p)；SPL(R0)：在距傳感器R0處的聲壓級，單位：dB；p：在R0處的聲壓，單位：μPa。 當聲波通過介質時, 由于吸收 (衰減) 和擴散損耗，聲壓的大小都會降低。與傳感器距離R的SPL函數：SPL(R) = SPL(R0)- 20 log (R/R0) - α(f) R。

6、回波振幅隨目標距離、幾何形狀、表面和大小而變化如何影響超聲波傳感器可達到的最大目標距離

重點：不同頻率的平面反射回波水平

如果聲波脈沖從一個大的平面反射，則整個光束將被反射 (參見圖 5)。這種總波束反射相當于距離兩倍的虛擬源。因此，從大平面反射的聲波的傳播損耗等于 20 log (2R），吸收損耗等于2αR。為了保持這一點，重要的是反射表面都要大于整個聲束，以確保總反射，并垂直于聲束。

?

SPL(R) = SPL(R0) -20 log (R/R0) -α(f) R可用于計算在與傳感器距離不同的平面反射器所產生的回波上改變聲頻的相對影響。在圖6中, 假定每個傳感器在1英尺的范圍內產生相同的 SPL。

?

通過上文對于聲學事項的相關介紹相信不少朋友已經基本掌握了超聲波傳感器的選擇應用下面工采網推薦幾款適用于接近或距離測量的超聲波傳感器：

MaxBotix 高性能超聲波接近傳感器 - MB1444擁有USB接口，便于安裝和與電腦相連同時USB微型接頭與當前大部分智能手機接口匹配一旦接通或上電，即獲悉周圍環境零距離對象探測，其中接近探測范圍可從1mm至設置觸發距離簡單的True/False輸出和可選范圍輸出，45KHz的傳感器工作頻率，6英寸至125英寸的距離信息。當自由模式運行時，會持續測量和輸出接近信息持續可變增益用于控制和旁瓣抑制約2.5秒的對象距離采集時間，約1.5秒的對象距離恢復時間經篩選的距離輸出允許測距和多傳感器操作。可廣泛應用于受保護的室內環境、安全和HIPPA符合性應用、中自動鎖電腦助手、傳感器格網、信息亭和貨攤、自動演示&廣告、安全系統、接近區域探測、機器人測距傳感器、人檢測、自動導航、多傳感器矩陣等多個領域。

韓國Hagisonic 超聲波測距傳感器模塊 - HG-C40U是一款尺寸為50x22x25(mm)、Φ16傳感器的模塊，可測量到障礙物的最大距離為3.5m (at 5V)、5m (at 12V)，分辨率在5mm以內。另一方面HG-C40U 還具備兩個輸入電壓：5V 和 12V。出廠默認設為 12V。如果用戶想要更改，可以短接（焊接）JP1 變為 5V。具體應用可參考《超聲波測距傳感器模塊HG-C40U的使用方法》一文。

MaxBotix 人體測距傳感器 超聲波傳感器 - MB1014專為行人和對象檢測而設計，且在同一環境 中允許多個傳感器同時運行。供電2.5V~5.5V，MB1014以其極小的外形條件提供特定距離對象的接近檢測。此外人體測距傳感器MB1014允許用戶將多個傳感器集成到單個系統中，并且很少或幾乎不會受到其他超聲波傳感器經 常發生的相互干擾影響。MB1014的主要特性是具備易于使用的邏輯（高/低）輸出、RS232格式串行輸出。

MaxBotix 高性能聲吶測距儀 超聲波傳感器 - MB7040工業室外I2CXL-MaxSonar-WR傳感器有一個堅固的PVC外殼，用于滿足IP67的水入侵。這些傳感器提供短到長的距離探測和范圍狹窄的波束角。I2CXL-MaxSonar-WR戶外超聲波傳感器具有高功率輸出、噪聲抑制、自動校準。除了標準的I2CXL-MaxSonar-WR外，還開發了在一些危險的化學環境中需要額外保護的F選項。極具腐蝕性的氣體或液體會降低或損害傳感裝置的運行。因此，我們提供了一種化學惰性的密封，使我們的傳感器能夠在所有的化學環境中操作。除了化學電阻外，傳感器在潮濕或塵埃環境中性能也有所提高。