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超声波传感器的工作原理有哪些

发布时间:2022-09-26 02:05:14 来源:欧宝娱乐平台网页版登录 作者:欧宝娱乐登录入口

【概要描述】

超声波传感器的工作原理有哪些

【概要描述】超声波传感器的工作原理有哪些

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  超声波传感器(或换能器)的工作原理与雷达系统相同。超声波传感器可以将电能转换为声波,反之亦然。声波信号是以18kHz以上的频率传播的超声波。著名的HCSR04超声波传感器产生40kHz频率的超声波。

  通常,微控制器用于与超声传感器通信。为了开始测量距离,微控制器将触发信号发送到超声传感器。对于HC-SR04超声波传感器,此触发信号的占空比为10µS。触发后,超声传感器会产生八个声波(超声波),并启动一个计时器。一旦接收到反射(回波)信号,计时器就会停止。超声波传感器的输出是高脉冲,其持续时间与所发射的超声波脉冲和所接收的回波信号之间的时间差相同。

  从理论上讲,可以使用TRD(时间/速率/距离)测量公式来计算距离。由于计算出的距离是从超声换能器到物体然后再回到换能器的距离,因此它是双向行程。通过将该距离除以2,可以确定从换能器到物体的实际距离。超声波以声速传播(在20°C时为343m/s)。物体与传感器之间的距离是声波传播距离的一半。以下等式计算到放置在超声波传感器前面的物体的距离:

  多个工程领域都使用超声波传感器。“无接触”距离测量在自动化,机器人技术和仪器仪表中非常有用。下面,我们研究超声波传感器的应用:

  气象站通常使用风速计,因为它们可以有效地检测风速和风向。2D风速仪只能测量风速和风向的水平分量,而3D风速仪也只能测量风的垂直分量。

  除了测量风速和风向以外,超声波风速仪还可以测量温度,因为超声波的速度受温度变化的影响,同时又不受压力变化的影响。通过测量超声波的速度变化来计算温度。

  与杯形风速计和叶片式风速计相比,超声波风速计更耐用,因为它没有活动部件,并且使用超声波操作。

  潮汐计用于监测海平面。它还可以检测潮汐,风暴潮,海啸,海浪和其他沿海过程。潮汐计可以使用超声波传感器来检测实时水位。该仪表通常链接到维护记录的在线数据库,并且在有风险的情况下,系统可以触发警报。

  地球表面的太阳光由约52-55%的红外光组成。如果红外传感器使用红外光检测到物体,则该过程会由于太阳光中存在的红外光的干扰而受到干扰。但是,超声波传感器不受阳光中存在的红外光谱的影响。

  网络引导系统定位扁平材料(例如报纸,塑料薄膜)并广泛使用超声传感器。根据Maxcess的说法,“1939年,欧文·法夫(IrwinFife)发明了第一个网络指南,解决了在高速报纸印刷机中保持纸张对齐的挑战。”网络引导系统使用非接触式传感器在多个阶段检测和跟踪对象。目的是确保正确放置材料。如果物料不对齐,则系统会将其机械地放回到机器的加工路径上。超声波传感器适用于网络引导系统,因为该过程需要非接触,高速且高效的功能。

  无人机(UAV)(或无人驾驶飞机)通常使用超声波传感器监视无人机路径中的任何物体以及与地面的距离。

  检测安全距离的自主功能使飞机能够避免坠毁。随着路径飞行的瞬时变化,对距离的超声波检测可以防止无人机坠毁。

  诸如HC-SR04之类的超声波传感器可以有效地测量长达400厘米的距离,并具有3毫米的微小公差。但是,如果将目标对象定位为使超声波信号偏转而不是反射回超声波传感器,则计算出的距离可能不正确。在某些情况下,目标物体太小,以至于反射的超声波信号不足以进行检测,并且距离无法正确测量。

  此外,诸如织物和地毯之类的物体可以吸收声音信号。如果信号在目标物体的末端被吸收,它将无法反射回传感器,因此无法测量距离。

  超声波传感器的高灵敏度使它们高效,但是这种灵敏度也会引起问题。超声波传感器可以检测到例如来自空调系统干扰的电波的虚假信号和来自吊扇的脉冲。

  超声波传感器可以检测放置在其范围内的物体,但无法区分不同的形状和大小。但是,可以通过使用两个传感器而不是仅一个传感器来克服此限制。可以将两个传感器安装在彼此相距一定距离的地方,也可以相邻安装。通过观察重叠的阴影区域,可以更好地了解目标对象的形状和大小。

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