超声波传感器在物联网中找到新应用

超声波传感器的工作原理是发出超声波“啁啾”或声波，频率范围为 23 kHz 至 40 kHz，远高于人类可听范围 20 kHz。这些“超声波”鸣叫声从附近的物体反弹并返回传感器。通过测量发送和接收过程发生所需的时间，可以计算出物体距传感器的距离。

超声波传感器具有多种优点，包括非常准确的物体检测。而且，由于它们基于声波而不是电磁波，因此被检测物体的颜色和/或透明度对读数没有影响，也称为材料效应。这意味着除了一般物体检测之外，它们还可以用于液位传感或检测玻璃。

超声波传感器也不产生或不需要光来操作，这使得它们非常适合在可变光照条件下的应用。与光电、激光和感应传感器等其他技术相比，超声波传感器具有高刷新率（每秒数百次）、相对较小的占地面积和较低的成本，因此很容易理解为什么超声波传感器如此成熟。

考虑到这些基本原则和优点，我们现在将了解一些超声波传感器在智能办公、工业和医疗保健市场中的应用示例。

智能 办公应用

一个典型的例子是暖通空调和照明控制。超声波传感器已被用来全天检测办公室内有人居住的房间。可以使用这些数据对 HVAC 系统进行编程，以加热或冷却正在使用的房间，或者在夜间关闭系统并在首次到达时重新打开。

以类似的方式，当人们进入和离开办公室的某些房间或区域时，超声波传感器可以控制自动运动照明。虽然本质上很简单，但在为大型办公楼供电时，减少闲置办公空间的暖通空调和照明所节省的能源可以显着节省成本。要感测如此大区域的物体，超声波收发器是理想的选择，因为它的检测范围可达 15 米，波束角可达 80°。

其他一些值得一提的智能办公应用是非接触式建筑入口和卫生设备。超声波传感器长期以来一直用于自动门禁以及非接触式卫生产品，例如皂液器、水龙头、纸巾分配器和垃圾桶盖。由于 Covid-19 大流行，随着公共卫生和安全对当地企业和办公室变得至关重要，这些普遍认可的应用程序的需求不断增加。

工业物联网应用

随着企业寻求增强制造和自动化，工业 4.0 及其对实时分析的需求导致工业物联网 (IIoT) 市场急剧增长。利用工业物联网的主要目标之一是更快地解决效率低下和问题，以节省时间和金钱并支持商业智能。

在本地网络和云之间传输数据的边缘设备正在进一步集成到工业环境中，以优化流程和输出。其中包括优化的质量控制、可持续性、资产跟踪、提高效率和预测性维护。

超声波传感器可用于制造过程中的自动化过程控制。通过检测通过生产线的物体，超声波传感器可以触发制造过程的某些部分。由于其高刷新率，高速计数和盒子分类是超声波传感器的其他潜在用例。

在需要和近距离检测的这些类型的应用中，具有近距离检测范围、铝制外壳和 IP68 等级的超声波收发器可以应对工业系统通常较为恶劣的环境条件，是一个不错的选择。

正如前面提到的，虽然超声波传感器常被认为用于一般物体检测，但它们准确检测水等半透明物体的能力使其非常适合液位传感应用。在这种情况下，超声波传感器安装在化学品储存罐的顶部来监测液位。当超声波传感器发出鸣叫声时，它可以通过测量鸣叫声返回所需的时间来检测储罐的液位。

随着液位降低，啁啾返回传感器所需的时间越长，反之亦然，它为操作员提供用于监控和的储罐液位的实时数据。同样，具有 IP 等级的超声波传感器是此类应用的重要考虑因素。

医疗保健应用中的物联网

医疗物联网是指通过许多不同的平台和设备收集、分析、警报和保存医疗信息的技术，旨在简化患者的健康状况，并为医生和其他医疗保健提供者提供更多的机会来共享和监控患者的护理。根据Market Research Future 的数据，物联网医疗保健市场预计在未来五年内将达到 3200 亿美元以上。

在提供医疗程序和患者监护的设施中，办公室内通信非常重要。超声波传感器已与可穿戴通信设备配合使用，以在进入房间时打开通信线路。其工作原理与运动激活灯类似，只是在这种情况下，超声波传感器检测到运动并触发通信系统。

当然，当人们在医学领域听到“超声波”一词时，很容易想到通过超声波机器进行超声波成像。超声波机通过使用超声波的回波时间和反射声音的多普勒频移来创建图像，以确定到目标内脏器官的距离及其运动。

虽然大多数超声波传感器通常工作频率在 23 至 40 kHz 之间，但该应用受益于工作频率为 100 kHz 及以上的高频超声波传感器。尽管高频型号的可检测范围较短，但它们也具有较小的“盲区”，即接近超声波传感器的区域。

例如，CUI Devices 的CUSA-TR07-008-500-TH67的检测范围低至 3 厘米，非常适合设备与要检测的物体非常接近的超声波机器。

终设计考虑因素

在寻找超声波传感器时，可以将它们作为独立的发射器和接收器或将两者组合在一个单元中（称为超声波收发器）来获取。设计人员还需要在模拟或数字输出以及光束角度之间做出决定。

决定适当的光束角度终取决于终端系统的预期用途。较宽的光束角非常适合一般的物体检测，因为一般的物体检测可能需要较低的精度，而窄的光束角可以避免在较长距离上检测到误报。其他考虑因素包括是否选择更标准或高频的传感器，以及预期的操作环境是否可以受益于具有 IP 等级的传感器。

超声波传感器应用的多样性可归因于其简单的工作原理、可靠性和一系列设计的成本效益。随着物联网、自动化、机器人等新市场不断涌现，当物体检测和监控发挥作用时，超声波传感器仍将是解决方案。