Question 1

超音波感測器的運作原理

Accepted Answer

超音波感測器的功能圖

轉換器
振盪器（刺激轉換器）
放大器
放大器
比較器（訊號數位化）
時鐘脈衝產生器

在運作中的狀態，電壓會顯示在聲能轉換器上。由於壓電效應，轉換器會被激發振盪並產生聲波。這時，時鐘脈衝產生器會將感測器切換為接收模式，並開始測量時間。當聲波脈衝撞擊到目標，回聲會反射回到轉換器。由於壓電效應，聲波脈衝的回聲會使轉換器震動，並停止時間測量。基於測量到的時間以及音速，可以確定與目標物的距離。

至目標物的距離會用以下公式，以時間測量計算：

d = c * t / 2
而 d = 距離 (m)
c = 音速 [m/s]
t = 時間 (s)

Question 2

超音波轉換器的結構

Accepted Answer

壓電元件發送並接收聲波(40…300 kHz 範圍)
以整體發泡方式安裝，讓壓電元件可以自由震動
固定具
調適層符合空氣與壓電元件間的聲阻抗
聲波

Question 3

何時該使用漫反射式的超音波感測器？

Accepted Answer

所有線性方向的移動(x,y,z)都可操作。在使用時避免對目標為角度超過4°。

漫反射式感測器會透過時間測量來評估由物品反射的聲波，以確定物品的距離。此圖說明感測器的偵測範圍及切換行為。轉換器同時作為發射器及接受器，這需要時間切換而產生一個稱為盲區的最小距離，在該盲區中無法評估訊號。

Question 4

何時該使用鏡面反射模式的超音波感測器？

Accepted Answer

有了鏡面反射感測器，發射的聲波會由指定的反射器反射，例如牆面或是金屬板。當物品干擾反射訊號時即會被偵測到。鏡面反射模式超音波感測器用於聲波反射能力差的物品上，如泡沫、鋸齒狀表面及彎曲形狀。由於它們僅評估是否接收到回聲，因此這些感測器沒有盲區。

Question 5

響應曲線提供了甚麼有關超音波感測器的資訊？

Accepted Answer

響應曲線幫助使用者判斷特定超音波感測器是否適用於解決特定應用。這些曲線顯示在產品資料表上。詳細的說明可以在產品頁「下載」區塊所提供的「安裝及操作一般資訊」文件中找到。

距離：X軸為感應範圍。Y軸為聲束的寬度
偵測區域：如果一半的標準目標是在偵測區域中。
開關曲線：曲線說明了當標準目標的邊緣橫向靠近時的開關點。
目標：目標尺寸根據感測器最大感應範圍而不同。請參見資料表。
50%的標準目標是在偵測區域中
開關點

對於目標以軸向接近感測器（例如水槽液位測量的應用場合上），感測器會在目標達到開關曲線時偵測到目標。

若應用的聲波曲線太大，考慮使用聲管以集中聲音。

可能需要在特定應用上測試，以確認功能正常。

Question 6

甚麼因素會影響超音波感測器的性能？

Accepted Answer

超音波感測器不會受到空氣溫度（其內建溫度補償）、空氣壓力及濕度變化影響。然而，其他因素可能會影響其性能。

空中擾流 – 強大的空中擾流可能會對於聲音傳播有負面影響，進而影響測量。空中擾流的來源包含風、壓縮空氣及冷卻風扇。這些影響可以透過實體屏蔽感測器或從擾流到測量距離，而被最小化。
目標材質及表面特性 – 吸音材質或會將聲音從感測器偏轉的材料，很難使用擴散模式的超音波感測器進行感應。鏡面反射模式超音波感測器會是較妥當的解決方案。
目標速度 – 漫反射式超音波感測器通常有10Hz或以下的切換頻率，並不適用於高速應用。
目標尺寸 – 目標必須要達到最低尺寸要求才能確保被偵測。目標越小，超音波感測器可以確保偵測的感應範圍就越短。
目標方向 – 對於漫反射式超音波應用，感測器的正面應該與目標平行。在光滑的表面上可以容許達 4° 的偏差。
表面髒污 – 少量的髒污或濕氣能由轉換器震動散落，但累積大量則會降低性能。
串擾 – 兩個超音波感測器若安裝距離太近，則會容易產生串擾。請參見操作說明中規定的安裝距離。

	超音波	電感式	光電性
遠距離的物品
不受顏色/透明度影響			¹
不受材質影響
溫度波動
感測器上的沉積物	²	³
外部光線抗擾性
周圍高濕度

更多優勢、更少限制：超音波技術如何運作

比較超音波感測器與其他位置偵測產品

超音波感測器的運作原理