超声波感测基础知识

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1 摘要

超声波传感器使用高于 20 kHz 范围的声波来检测邻近物体，类似于蝙蝠使用回声定位在不撞到障碍物的情况下进行穿梭。在汽车领域，超声波传感器普遍用于 ADAS（高级驾驶辅助系统）应用，特别是用于泊车辅助系统，其中 4-16 个传感器用于在停车时检测障碍物。在工业领域，超声波传感器用于机器人和其他需要可靠地感测物体是否存在、接近情况或位置的应用。本应用报告讨论了什么是超声波飞行时间感测，以及系统注意事项和影响超声波感测的其他因素。

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1 什么是超声波飞行时间感测？

本节讨论了声波的物理特性以及在各种应用中使用超声波传感器的优势。

1.1 超声波原理

超声波传感器可以在无需实际接触的情况下测量距离并检测物体的存在。它们通过生成和监测超声回波来实现这一点。根据传感器和物体的特性，空气中的有效距离在几厘米到几米之间。超声波传感器（或换能器）生成并发射超声波脉冲，而传感器视场内的物体会将这些脉冲反射回传感器。

图 1-1 超声波飞行时间测量

超声波传感器是一种压电式换能器，它能够将电信号转换为机械振动，以及将机械振动转换为电信号。因此，在单基地方法中，超声波传感器是一个收发器，在单一频率下同时作为扬声器和麦克风工作。

传感器能够捕获发射回波和接收回波之间的时间差。声速是一个已知变量，因此捕获的往返时间可用于计算传感器和物体之间的距离。Equation1 显示了超声波距离计算。

Equation1.

这种超声波感测方法基于声音传播时间进行飞行时间测量。请注意，通过空气的声速随温度而变化。在 20°C (68°F) 的干燥空气中，声速为 343 m/s 或 2.91 秒传播一千米。更多有关声速和温度之间关系的信息，请参阅Topic Link Label3.4。