超声波传感器 101：常见问题的解答

在工业环境中，传感器用于检测和测量有许多不同类型的技术，包括激光和雷达。与使用不同光谱部分的其他传感器不同，超声波传感器使用声音。每种技术都适用于不同的应用，因此让我们来探索一下超声波传感器的工作原理。

什么是超声波传感器？

超声波传感器是产生大于 20 kHz 的超高频声波的设备，超出了人类的听觉范围。它们使用电能和陶瓷换能器，既可以发射声波，也可以接收声波。声波本质上是穿过固体、液体和气体的压力波，可用于工业应用，以测量距离或检测目标的存在与否。

超声波传感器是如何工作的？

该传感器有一个陶瓷换能器，当施加电能时会振动。振动压缩和膨胀空气分子，形成从传感器表面传播到目标物体的波。超声波传感器通过发射声波来测量距离，然后“聆听"一段时间，允许声波在重新传输之前从目标上反弹的回波。

我什么时候会使用超声波传感器？

由于超声波传感器使用声音而不是光进行检测，因此它们适用于光电传感器可能无法实现的应用。目标颜色和/或反射率不会影响超声波传感器，使其能够在强眩光环境中可靠运行。超声波传感器也是透明物体检测和液位测量的解决方案。

什么时候应该使用工业超声波传感器代替光学传感器或雷达传感器？

超声波传感器在检测透明物体、液位或高反射率或金属表面时具有优势。超声波传感器在潮湿环境中也能很好地工作，而光束可能会折射掉水滴。然而，超声波传感器容易受到温度波动或风的影响，而这些因素不会影响雷达传感器。使用光学传感器，您还可以拥有小光斑尺寸、快速响应，在某些情况下，您可以在目标上投射可见光斑以帮助传感器对准。

超声波传感器如何处理噪声和干扰？

由于超声波传感器使用声波，因此与超声波传感器使用频率相同的任何声学噪声都可能干扰传感器的输出。这包括高音调的噪音，例如汽笛产生的噪音，以及安全阀、压缩空气或气动装置的嘶嘶声。通过将两个相同频率的超声波传感器靠近在一起，您还可能会遇到声学串扰。电磁设备产生交替的电子流，从而产生振动。这些振动可以被变压器等电气设备拾取，从而产生嗡嗡声，从而干扰超声波传感器。

哪些环境条件会影响工业超声波传感器？

温度波动会影响超声波传感器声波的速度。随着温度的升高，声波进出目标的速度更快。虽然目标可能没有移动，但传感器可能会将目标精确定位为更近。为了解决这一温度问题，邦纳的许多超声波传感器（包括 T30UX 系列和 QS18U 系列）都可补偿温度波动，从而在各种环境温度下提供高精度性能。气动设备或风扇引起的气流也可能偏转或扰乱超声波的路径。这可能导致传感器无法识别目标的正确位置。

为什么在操作超声波传感器之前需要让它预热？

当传感器通电时，各个组件会升温，并加热周围的空间和组件。这种从冷启动到工作温度的温度波动称为“预热漂移"。在所有组件达到正确的工作温度之前，测量的准确性可能会受到影响。

什么是死区？

盲区是指传感器面正前方传感器无法可靠地进行测量的区域。这是由于一种称为振铃的现象。振铃是发送声波或激励脉冲后换能器的持续振动。能量必须消散，换能器才能侦听回波。因此，目标应位于超声波传感器的死区之外。一些超声波传感器，包括邦纳的S18U系列，在逆音速模式下使用时具有最小的盲区和/或消除盲区的能力。超声波传感器比光电传感器慢吗？

简而言之，是的。声速比光速慢得多。因此，就其本质而言，超声波传感器将比光学传感器慢。

与超声波传感器一起使用的最佳目标类型是什么？

与超声波传感器一起使用的最佳目标是金属、陶瓷、玻璃或木材等材料的大而平坦的固体表面。它们应始终垂直于传感器放置。软或不规则的表面目标，如颗粒、锯末或泡沫，无法有效检测，其他类型的传感器可以更好地检测。

使用超声波传感器检测随机放置的物体的最佳方法是什么？

设置超声波传感器时，将传感器的“背景"告知您的良好状态。通过示教超声波反射背景表面作为良好条件，将检测到位于传感器和背景之间的任何物体，从而导致输出切换。