超声波传感器使用声音进行测量。首先，在了解超声波传感器如何执行距离测量之前，了解什么是声音很重要。如果一个物体（或者在我们的例子中是一个超声波传感器）产生声音，空气分子就会相互挤压，导致气压发生变化，并且能量通过空气粒子移动。这会导致以波浪运动在空气中移动的振动。这些波浪运动的长度或持续时间称为频率，以赫兹(Hz)表示；每秒声波的数量。人耳能够感知20 Hz和20,000 Hz(20 kHz)的声音频率。从20 kHz到800 MHz（8亿赫兹）的所有频率都称为超声波，人耳无法感知。

　　1、什么是声速？

　　声音的再现速度取决于介质。声波通过空气（我们的超声波传感器用于测量的介质）的速度比通过液体或固体的声速慢。在下面的图表中是一些示例，其中值以米/秒为单位显示。在20°C的温度下，声音在空气中的传播速度为每秒344米。

　　2、超声波传感器如何工作？

　　我们现在知道什么是声音，以及它在空气中传播的方式和速度。超声波传感器如何使用它？

　　超声波传感器发出超声波范围内的声脉冲。这种声音脉冲以声速在空气中传播（大约每秒344米），直到声音脉冲遇到物体。声音脉冲从物体上反弹并反向返回到接收“回声”的传感器。通过测量声脉冲从传感器传播到物体并返回传感器所需的时间。可以非常准确地计算到物体的距离。这种测量原理也称为“飞行时间”，或传输时间测量。

　　3、温度与声速

　　如果我们使用超声波传感器来检测物体或执行水平或距离测量。理想情况下，它可以非常准确地完成。为此，必须考虑可能影响超声波传感器运行的变量，例如：温度、声音通过空气的速度、湿度、气压和声音阻尼。温度对声速的影响最大。温度和声速之间的关系几乎是线性的。在20度的温度下，声音以每秒344米的速度在空气中传播。当天气变暖时，声速会增加。为了对此进行补偿，大多数微声超声波传感器具有内部温度补偿。这意味着这些超声波传感器测量当前温度并补偿测量值。这提高了测量的准确性。

　　4、频率与最大可测量距离

　　声音的频率部分决定了声音可以传播的距离。频率越低，距离越大。想想音乐节，音乐的低音在很远的地方仍然可以听到，而高音消失得更快......

　　对于超声波传感器应用，当使用40 kHz的声脉冲时，可以覆盖大约10米的距离。当超声波传感器使用400 kHz的脉冲时，最大距离仅为65厘米左右。使用超声波传感器，可实现高达设定测量范围1%的精度。这意味着可以在10厘米的距离内以1毫米的精度检测物体。为了使超声波传感器可靠工作，声音以固定频率发出。以下适用：传感器的此频率越低，传感器的范围越大。

　　5、物体反射率

　　必须检测的物体的特性决定了发出的声音被反射回传感器的程度。为了良好的检测，高度的声音反射是必要的。

　　（1）良好的声音反射材料

　　在图像中的示例中，通过空气（介质）传播的声音会反射到木材（物体）上。99.9%的发出声音返回到传感器。高反射材料的例子有：木头、石头、玻璃、塑料。液体、钢、不锈钢、胶水、混凝土、橡胶和油漆。

　　（2）较少的声音反射材料

　　还有一些材料可以吸收声音或让声音通过。这些物体对于超声波传感器来说具有较差的反射特性。在图像的示例中，一块地毯被应用到木头上。这使得少于10%的发射声脉冲反射回传感器。因此90%被地毯吸收。声音反射较差的材料的例子有：地毯、具有开放结构的编织材料、泡沫、棉花、充满大量空气的粉末等。

　　6、入射角等于反射角

　　必须被检测的物体需要是反射性的。这允许发出的声音被反射。以下规则适用于此：入射角等于反射角。传感器必须垂直于物体放置，以便接收反射声脉冲，从而进行良好的检测。安装传感器的经验法则是：相对于物体的最大角度为3°。当物体表面不平整时，入射角可以更大。这是因为声音发散并偏转到多个方向。这些材料的例子是粗材料，如沙子、砂纸、土豆等。为了使超声波传感器在特定应用中工作，建议始终保持：测试。

　　7、盲区

　　盲区对于超声波传感器的功能很重要。该区域是第一个区域，位于传感器传感器的正前方。在该区域内无法进行测量。传感器盲区的大小取决于多种因素。这些是：声音脉冲的持续时间；声音在空气（或其他介质）中传播的频率。

　　这两个因素的结合使得无法在传感器正前方的第一个区域进行可靠的测量。这是因为超声波传感器发出声音并且必须切换才能接收这些声音。发射和接收不能同时进行，因此在测量中形成了盲区。当物体处于盲区时，它不会被检测到。根据经验，可以说盲区位于传感器最大测量范围的5%到10%之间：检测范围越短，盲区越小。