超声波测距原理(超声波传感器测距方法详解)

在日常生产生活中，超声波测距传感器主要应用于汽车倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工现场以及一些工业现场，如液位、井深、管道长度等需要自动非接触测距的场合。目前常用的超声波测距方案有两种。一种是基于单片机或嵌入式设备的超声波测距系统，另一种是基于CPLD(复杂可编程逻辑器件)的超声波测距系统。要了解超声波测距传感器的应用设计，首先要了解超声波测距传感器的工作原理。

超声波测距的工作原理


(相关资料图)

超声波测距的工作原理

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是指在弹性介质中产生的机械冲击波，频率大于20 kHz。它具有指向性强、耗能慢、传播距离相对远的特点，所以常用于非接触测距。因为超声波对液体和固体都有很大的穿透力，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波接触杂质或界面时会产生显著的反射，形成回波，接触运动物体时会产生多普勒效应。因此，超声波测距对环境有很好的适应性，另外，超声波测量可以在实时性、准确性和价格上取得很好的折中。

目前超声波测距的方法很多，有往返时间检测法、相位检测法、声幅检测法等。原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，通过空空气介质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，反射回来的脉冲被超声波接收器接收。经过的时间就是往返时间，往返时间与超声波传播的距离有关。测试传输时间以获得距离，例如:

假设s是被测物体与测距仪之间的距离，测量时间为t/s，超声波传播速度为v/m·s-1，则存在关系式(1)

s=vt/2 (1)

在精度较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，根据公式(2)对超声波传播速度进行修正，以减小误差。

v=331.4+0.607T (2)

式中t为实际的℃度日，v为超声波在介质中的传播速度，单位为米/秒..

超声波测距传感器的工作原理

超声波测距传感器的工作原理

超声波测距的原理是通过超声波发射器向一定方向发射超声波，在发射时间的同时开始计时。超声波在空气体中传播时，遇到障碍物会立即回来，超声波接收器收到反射波后会立即停止计时。超声波测距传感器采用超声波回波测距原理，利用精确时差测量技术检测传感器与目标的距离，采用小角度、小盲区的超声波传感器，具有测量精确、非接触、防水、防腐、成本低等优点。超声波测距传感器常见的方式是一个发射器对应一个接收器，多个发射器对应一个接收器。基于超声波测距简单、易操作、无损伤的特点，通过测量超声波的往返时间来获得距离。这就是超声波测距传感器的工作原理。

对于超声波测距工作者，推荐一款韩国Hagisonic超声波测距传感器模块——HG-C40U。

超声波测距传感器模块

超声波距离传感器模块有两种可选的传输模式，即自由运行模式:当有电源时，传感器本身发出触发和突发信号(针对基本应用)；外部触发模式:外部系统(控制器或处理器电路)控制高级应用的触发信号。这两种模式适用于各种应用。此外，传感器还涉及两种输入电源:一种是处理器电路的低压(5V)，一种是控制器的高压(12V)。到障碍物的距离可测量为3.5m(5V时)和5m(12V时)，数据可通过UART通信发送，分辨率在5mm以内。另一方面，用户可以根据自身环境选择不同的设置模式，如自由运行/UART触发/外部触发设置等。同时，它们还可以根据UART通信的波特率设置来决定是否设置或使用环形缓冲区。输出信号具有高性能ASIC芯片的特点，保证了稳定的传输和灵敏的接收。因此，传感器和PC之间的通信使用“接口板”(RS232，功率调节器的数据显示)，使用PC上的监控程序(可用超级终端)，实际接收的超声波可以实时放大。UART的输出距离(ASCII，mm)可以根据实时转换成TTL电平的矩形信号(方波)。

关键词： 超声波