超声波传感器SE-40A1

［1］机载超声波传感器

超声波传感器是使用超声波作为检测介质的非接触式传感器。它由一个发射器和一个接收器组成，发射器使用从电信号转换的超声波作为发射介质，而接收器将接收的超声波转换为电信号。
通常情况下，发射器向物体发射超声波，随后接收器接收反射波，从而确定物体的存在以及相隔距离。

空中超声波传感器

［2］工作原理

压电陶瓷能将机械能转换成电能（压电效应），也能将电能转换成机械能（逆压电效应）。压电效应和逆压电效应使发射和接收超声波成为可能。
向压电陶瓷施加电压时，它会沿厚度方向发生膨胀和收缩，并相应沿与厚度垂直的方向膨胀和收缩。

  • 在压电单晶片结构中，压电陶瓷固定在一块金属板上，其垂直方向上的膨胀和收缩所产生的的力可使整个单晶片弯曲。通过这种收缩动作便可发射超声波。此外，向换能器施加超声振动时，逆压电效应使换能器出现收缩动作，产生电信号。

  • 超声波传感器 工作原理
超声波传感器 压电陶瓷的伸缩

［3］结构及尺寸

结构

  • 元器件
    1 压电换能器
    2 盒子（塑料树脂）
    3 端子
    4 振动板（金属板）
    5 均衡器（金属）
    6 导线
    7 黏合剂
    8 涂料
  • Ultrasonic sensor 结构

Dimensions

Ultrasonic sensor 尺寸

［4］规格

项目 规格等
结构 开放型
用途 用于发射和接收
中心频率 38.5 kHz±2.5％
电容 2000 pF±20％
最大输入电压 30 Vpp
感应距离 0.2～4m
操作温度和湿度范围 -40～85℃ 85% RH或以下
储存温度和湿度范围 -40～85℃ 85％85% RH或以下（不得有凝结现象）
重量 约0.6g

［5］主要应用

[测距] 机器人、无人机、倒车雷达等
[传感/探测] 自动交通信号灯开关，入侵报警系统等
[超声波通信系统]

［6］环境测试

测试项目 条件 时间
高温环境 +85℃ 100 小时
高温和高湿度环境 +85℃ 85％RH 100 小时
低温环境 -40℃ 100 小时
温度冲击 -40°C（30 分钟）<=> +85°C（30 分钟）（端子 1 和 2 之间短路）    100 次循环
振动 最大振幅1.2 mm；频率：10 - 20 Hz 每个方向两个小时（三个方向）
室温操作 频率：40 kHz；块脉冲：30Vp-p 1000 小时

［7］工作电路 [示例]

测量物体距离（测量脉冲反射时间）
通过测量从超声波传感器向物体发射超声波到返回反射波所用的时间，测量与物体之间的距离。

・脉冲振荡器电路 [用于发射和接收]

超声波传感器 脉冲振荡电路

・发射波形

振荡频率/40 kHz，块脉冲（电压：10Vpp)
脉冲周期/10 ms
工作/4%

超声波传感器 发送波形

・测量方法

使用示波器测量发射和接收波形的电压。
测量位置：发射波形 - A 点，接收波形 - B 点

超声波传感器 测量方法
超声波在空气中的传播速度V [m/s]由以下等式表示。
V = 331.5 + 0.6071t（t：环境温度）

发射超声波与返回反射波之间的时间T [s]由以下等式表示，其中d [m]是超声波传感器到物体的距离。
T = 2d / V

由此便可测量超声波传感器到物体的距离。

［8］电路设计相关注意事项

  • 不要施加直流电压（偏压），因为这可能会导致性能降低。
  • 设计电路时必须谨慎，因为跌落冲击或温度冲击会造成浪涌电压。
  • 在基板上安装本产品时，需考虑发射端子的振动。
  • 如果出现混响时间增加等不良反应，请采取相应措施（如在传感器上添加吸声材料或缓冲材料）。
  • 使用本产品的设备必须满足相应的安全要求，确保在本产品性能下降或停止运行的情况下，设备依然安全。

［9］基板安装相关注意事项

  • 请勿清洗本产品。
  • 本产品不能进行浸流焊接或回流焊接。
  • 使用 300°C 及以下的烙铁焊接端子，焊接时长不得超过 3 秒。
  • 焊接端子时，请勿施力。

［10］使用相关注意事项

  • 本产品是机载传感器，不能在水中使用。
  • 由于本产品采用陶瓷制成，因此如果承受过度机械冲击或振动可能会导致故障。操作时务必小心谨慎。此外，请勿使用跌落过的产品。
  • 本产品的某些部件（导线、均衡器）为达到其特性，强度较低（不结实）。操作时务必小心谨慎。
  • 堆放、储存或搬运用于安装本产品的基板时必须小心，因为过大的压力或冲击可能会损坏基板。
  • 由于本产品具有定向性，其灵敏度取决于它在设备上的固定方式或安装位置。
  • 本产品的操作环境必须满足以下条件：环境温度范围为 -40 至 85°C；相对湿度为 85% 或以下；空气中无氯气、氯化氢气体、亚硫酸气体和硫化氢气体等有害气体。
  • 如果本产品使用期间出现凝结，则电极之间可能会因迁移发生短路。因此，请在无凝结的环境中使用本产品。
  • 请勿在灰尘过多或者会受潮的环境中存放或使用本产品。

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