1. 什么是超声波传感器？
超声波传感器是可以利用超声波来检测到物体的距离、检测物体是否存在以及检测物体移动的传感器。
将电信号施加到超声波换能器（发射器）以发射超声波，并由接收器接收后转换为电信号。
各种检测方法在“超声波传感器能做什么”中进行说明。
2. 什么是超声波？
通常是指频率超过低频和可听范围（0 Hz至20 kHz）的声波。人类听不到。
v:音速(Sound speed) 346m/s （@25℃）
f:频率(Frequency)
λ:波长
3. 超声波的发声原理
说明将电信号转换为超声波、将超声波转换为电信号的发声原理。
压电陶瓷具有根据电压方向
＜= 陶瓷膨胀 =＞
=＞ 陶瓷收缩 ＜=
的特征。
通过反复膨胀收缩让空气振动并发出超声波。
声波的特性
声波的传播速度因介质而异。此外，声波还具有通过介质的声阻抗来反射和透射的特性。
■音速随着弹性模量的增加而增加。
○液体和固体中的音速比气体更快
音速＝弹性模量/密度
■空气中的音速受温度的影响。
○C = 331.5 + 0.6T [m/s]
C：空气中的音速、T：气温(℃)
■当介质的声阻抗差较大时，反射增加，当声阻抗差较小时，发生透射。
○声阻抗＝ρ･Ｃ
ρ：介质密度、Ｃ：介质中的音速
介质中的音速、声阻抗
物体都有其固有的声阻抗。声阻抗是表示声音传播容易程度的数值。它可以通过公式“介质密度x介质中的音速”来计算。
Zo=ρc
超声波在声阻抗差大时反射，在声阻抗差小时透射。
本公司的超声波传感器在空气中传播。由于与水的声阻抗差为106，相差很大，因此会在边界处反射。
各种介质中的音速和声阻抗
Zo: Acoustic impedance
ρ: Density
c: sound speed
方向性、分辨率、频率
在此介绍超声波的方向性、分辨率和频率衰减。
■方向性
超声波传感器具有从顶部表面开始的圆锥形方向性，将方向性定义为从正面声压到-6dB。与光学传感器相比，方向性更宽，但是具有频率越高则方向性越尖锐的特征。
■分辨率
频率越高则分辨率越高。
■衰减
频率越高则衰减越大，到达距离越短。
检测距离
距离可以通过测量超声波反射时间来计算。由于不受颜色的影响，因此透明玻璃和亚克力也可以作为反射勿进行识别。
测量从发射开始到接收到反射波为止的时间。
时间 × 音速（大约340m/s）=到物体的距离（往返）
检测是否存在物体
通过是否有反射波可以检测物体是否存在。因此，可以用无接触方式检测物体是否存在。可以在方向性范围内大范围检测是否存在物体。
通过超声波检测物体是否存在。
检测状态
通过超声波的波动可以检测运动物体。此外，尽管无法检测物体的移动量，但可以检测到接近物体的距离
- 通过反射波＋直达波的合成信号中产生的波动来检测场的状态（声场的变化）。
- 无法检测移动量
- 仅在发射和接收分别使用不同的传感器时才能实现
本文说明为了让超声波传感器有效地接收和发射而使用的外壳和安装注意事项。
注意事项
①不妨碍传感器振动
将传感器嵌入外壳内使用时，请在传感器周围用橡胶或海绵等不影响传感器振动的弹性材料覆盖。请选择随温度变化而发生的刚性变化较少的材料。
②抑制余响
请确保传感器的振动不会传递到基板或外壳上。如果振动传递到基板或外壳，即使传感器的余响收敛后，外壳也会振动，使余响时间变长。
③不妨碍超声波的发射
请将传感器斜面（顶部表面）上部和方向性范围作为开放空间。
超声波传感器在空气中传播。如果在顶部或方向性范围内有外壳，则外壳会反射，从而难以正确测量到物体的距离。
好的例子和坏的例子
下图显示了发射接收分离型的好例子和坏例子。
（也适用于发射接收兼用型。）
配置在同一基板上
配置在不同基板上
什么是超声波传感器（结构开放型）的电路构成？
介绍超声波传感器（结构开放型）距离检测的基本电路。距离检测电路被称为脉冲反射方式，用于测量从超声波的发射脉冲到接收脉冲的反射时间。到物体的距离L与反射时间T之间的关系由下式表示。
L = C×1/2×T C：音速（TOF =Time of flight）
也就是说，可以通过测量到物体的反射时间来测量到物体的距离。
下图作为参考信息显示了基本电路构成
超声波传感器（结构开放型）的开发环境
由Texas Instruments公司介绍超声波AFE等用于超声波传感器（结构开放型）动作的IC。请用于测试及实际动作电路设计。
在IoT中，帮助充分利用收集的传感器信号的软件非常重要。关于接收超声波信号后的动作（例如，〜m的距离以内有人接近就发出警报等），使用以下编程工具构建软件的情况越来越多。
Arduino公司生产的微控制器
由Arduino基板和Arduino IDE（程序）构成的系统。
搭载了Raspberry Pi公司生产的ARM处理器的单板机
搭载以700Mhz动作的ARM处理器的小型计算机。
发射接收兼用型 MA40H1S-R（SMD型）电路示例
发射接收分别专用型 MA40S4R/MA40S4S电路示例
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