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更新時間：2024-06-14 
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超聲波傳感器是一種利用超聲波來測量到物體距離的裝置。
超聲波是人類聽不到的高頻聲音的總稱。人耳可以聽到20Hz到20,000Hz之間的頻率，但頻率更高的聲音稱為超聲波。
超聲波傳感器通過發射超聲波并感測反射的聲波來測量距離。近年來，它們變得更小、更輕、更便宜，因此被廣泛使用。
超聲波傳感器廣泛應用于從家庭到工業應用。
家用方面，充分利用非接觸式距離測量的優勢，應用于汽車測距儀、噴射毛巾等。由于強制碰撞緩解制動，車載測距儀迅速普及。
在工業用途中，它用作排水罐和化學品儲罐的液位計。它常用于高腐蝕性液體。
探魚器還使用超聲波傳感器。這就是長期以來一直使用的超聲波傳感器的應用。
超聲波傳感器通過發射超聲波并感測反射波來測量距離。
聲速由其傳播的大氣層決定，在大氣層中約為 340 m/s，在水中約為 1,500 m/s。一旦了解了傳播的大氣層，您就可以測量反射波到達接收元件所需的時間并將其轉換為距離。
超聲波傳感器的主要部件是壓電元件。壓電元件具有將電能轉化為壓力能的機制，當施加壓力時，它會轉化為電能。
因此，壓電元件同時具有發射和接收功能。它將輸入的電信號轉換為超聲波，檢測反射波，并輸出電信號。
原則上，超聲波傳感器的優點和缺點如下。
無需接觸即可檢測物體的距離
即使是玻璃等透明物體也能檢測到
即使在到達目標物體的途中有一些污垢或灰塵，也可以通過。
由于超聲波的速度很快，即使物體在移動也能被檢測到。
容易受溫度和風的影響而改變
無法檢測柔軟和不平坦的物體
另外，超聲波傳感器的最大特點是可以非接觸式測量距離。當需要非接觸式測量時最常使用它。
市售超聲波傳感器作為模擬電路發射器出售。輸出信號為4-20mA等既定標準的模擬信號，也可通過輸入輔助電源實現源輸出。
它還作為模塊出售，可以連接到 Raspberry Pi 和 PIC 等小型計算機。一旦使用簡單的緩沖放大器進行放大，就可以對波形進行整形并連接到 I/O。
發射端的功耗也最小，并且可以直接連接到輸出端（通過衰減器）。
需要一對傳感器，一個位于發送側，一個位于接收側。然而，在超聲波傳感器中，發射元件也充當接收元件，因此一個元件即可發射和接收，從而簡化了電路本身。
請注意，使用透明型時，發射元件和接收元件必須分開安裝。
超聲波傳感器發射元件的驅動電壓一般為幾V，因此可以直接連接到CPU的I/O端。
當在數字電路中使用接收到的信號時，使用緩沖放大器、檢波器和比較器將其轉換為數字信號，然后由CPU進行處理。
請注意，典型超聲波傳感器的諧振頻率為 40kHz。
超聲波傳感器的精度通常被認為是波長量級。當使用40kHz超聲波時，精度約為10mm。
這是因為返回到接收元件的超聲波脈沖的波形會導致測量值根據對象的形狀而變化。通過優化反射波脈沖的檢測點也可以提高精度。
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