《超声波传感器原理》课件.ppt

*************************************响应时间发射延迟从触发到发射的时间声波传播时间声波往返目标的时间信号处理时间接收到计算结果的时间3输出延迟结果生成到输出的时间响应时间是超声波传感器从开始测量到输出结果所需的时间，反映了传感器的测量速度。响应时间由多个部分组成，其中声波传播时间通常占主导，与测量距离成正比。例如，测量10米距离时，声波往返传播约需60毫秒。响应时间限制了传感器的最大测量频率和对快速移动目标的跟踪能力。对时间关键型应用，如机器人避障和工业自动化，响应时间是选型的重要考虑因素。减小响应时间的方法包括：优化信号处理算法、使用更快的处理器、减少信号过滤和平均次数等。但值得注意的是，过度减少信号处理时间可能降低测量准确性。某些应用场景下，可以通过多传感器轮询或并行处理提高整体测量频率。盲区换能器振铃发射后余振影响接收声学特性近场声波未充分形成3电路切换发射到接收的转换时间盲区是指超声波传感器前方无法进行有效测量的最小距离区域。在盲区内，传感器无法可靠检测目标物体。盲区的存在主要是由于换能器在发射超声波脉冲后需要一定时间才能停止振动（换能器振铃效应），在此期间无法有效接收回波信号。影响盲区大小的因素包括：超声波频率（频率越高，盲区越小）、换能器的Q值（Q值越低，振铃时间越短）、电路设计（发射与接收切换速度）以及机械结构（声学干扰和反射）。不同类型传感器的盲区大小差异很大，从几毫米到几十厘米不等。对于需要近距离测量的应用，可以采用特殊设计的低盲区传感器，或使用分离式发射和接收换能器的方案。第七章：超声波传感器的应用领域超声波传感器凭借其非接触、抗污染、价格适中的特点，已在各行各业得到广泛应用。随着超声波技术的不断发展和成熟，其应用领域还在持续扩展，从传统工业到新兴的智能家居和物联网，超声波传感器发挥着越来越重要的作用。工业自动化物位测量、距离检测、存在检测汽车领域倒车雷达、自动泊车、盲点监测医疗领域超声成像、结石碎裂、治疗应用机器人技术障碍物探测、导航定位、环境感知环境监测水位监测、风速测量、气象应用工业自动化物位测量超声波传感器广泛用于液体、粉末和颗粒物料的液位和物位测量。它们可以安装在容器顶部，通过测量到物料表面的距离计算物位高度。这种非接触式测量方法特别适合腐蚀性、高温或有毒液体的监测。主要应用包括：水箱和化学品储罐的液位监控、粮仓和矿石料仓的物位监测、污水处理厂的水位控制等。物体检测与分拣在自动化生产线上，超声波传感器常用于检测物体存在、计数和位置定位。与光电传感器相比，超声波不受目标颜色、透明度和表面反光性的影响，能够可靠检测各种材质的物体。典型应用包括：装配线上的零件存在检测、包装行业的产品计数、仓储系统的货物位置监测和分拣系统的高度检测等。尺寸与形状测量通过多个超声波传感器的协同工作，可以测量物体的尺寸、体积和形状。这一技术用于质量控制、尺寸分类和体积计算等场景。应用实例包括：木材行业的原木直径测量、物流行业的包裹体积计算、钢铁行业的板材厚度检测等。超声波阵列甚至可以用于简单的轮廓扫描，创建物体的二维或三维轮廓图。汽车领域倒车辅助系统最常见的超声波应用是倒车雷达系统，通常在车辆后保险杠安装4-8个超声波传感器，探测后方障碍物并通过声音或视觉反馈提醒驾驶员。该系统工作距离通常为0.3-2.5米，精度约±2.5厘米，能有效避免低速倒车碰撞事故。自动泊车系统高级辅助驾驶系统使用更多的超声波传感器，分布在车辆四周，实现360°环境感知。结合转向和制动控制，可实现自动泊车功能。系统能够自动识别合适的停车位，并控制车辆完成平行或垂直泊车，大幅降低泊车难度。盲点监测侧方超声波传感器用于监测驾驶员视野盲区，检测邻近车道的车辆。当盲区有车辆时，系统会通过指示灯或声音警告驾驶员，防止变道时发生碰撞。现代系统还集成了摄像头和毫米波雷达，提供更全面的盲区保护。医疗领域超声成像医学超声成像是超声波最广泛的医疗应用，通过发射高频超声波（2-15MHz）并分析反射波，创建人体内部组织的图像。不同于工业超声波传感器，医学超声使用更高频率，以获得更好的分辨率。B超（亮度模式超声）可实时显示二维断层图像，广泛用于产科（胎儿发育监测）、心脏科（心脏结构和功能评估）、腹部（肝、胆、脾、肾检查）等。多普勒超声则用于血流速度测量，评估心血管健康状况。治疗应用除诊断外，超声波也用于多种治疗应用。低强度超声可促进组织愈合和药物吸收；高强度聚焦超声（HIFU）则用于非侵入性手术，如肿瘤消融和结石碎裂。超声波碎石术是治疗肾结石、胆结石的有