适用于室内距离测量应用的开放结构超声波传感器

声压强度影响检测距离

在室内的距离感测应用中，可以采用开放结构的超声波传感器，这种超声波传感器采用金属板与压电陶瓷贴合构造，振动片与谐振片结合的复合振动体弹性固定于底座上，并可收入外壳内。

谐振片可以将振动产生的超声波高效的发射到空气中，另外，为了使空气中的超声波集中到振荡的中心部位，便设计成了漏斗形，以利于声波的集中。

开放结构的超声波传感器，最重要的规格要求是声压，例如，用在测量距离时，声压越大，可测距离便越长。此外，也可以选择采用表面贴装型（Surface Mount device, SMD）的超声波传感器，其小型化设计可控制声压损失，因此测量距离属于中间范围。小型化的SMD型超声波传感器方便实现了最小的安装空间，提高了设计的灵活性。

缩短余振时间以提升传感器性能

由于发射接收兼用型超声波传感器可以进行发射也进行接收声波信号，因此即使停止输入信号，在传感器内发射声波的机构会由于惯性将继续振动一小段时间后完全停止。此时如果检测距离过近，发出的声波迅速从物体传回传感器，而传感器内发射声波的机构还未停止振动，在此振动停止之前也无法得到接收的声波，这里的振动时间叫做余振时间，余振时间太长则无法进行近距离检测。想要减少余振对传感器的影响，其固定方法便必须不妨碍传感器振动，将传感器嵌入外壳内使用时，可以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，并选择随温度变化而发生刚性变化较少的材料。

此外，在抑制余振时，需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，即使传感器的余振收敛后，外壳也会振动，使余振时间变长。

另外，为了不妨碍超声波的发射，必须将传感器斜面（顶部表面）上部和方向性范围作为开放空间，由于超声波传感器发出的声波会在空气中传播，如果在顶部或方向性范围内有外壳，则外壳便会反射声波，从而难以正确测量到物体的距离。因此可以通过将喇叭安装到传感器来控制方向性，其开口越宽，则方向性越窄，喇叭越长，则正面声压越高。

支持消费类应用的超声波传感器

在传感器开发上拥有多年经验的Murata，也推出多款超声波传感器，包括可以支持一般电子设备，可用于距离量测、物体检测、人体感知的开放结构超声波传感器MA40S4S/MA40S4R，其可以在空气中发射超声波后检测反射波，具有小型／轻型、高灵敏度的特性。

MA40S4S/MA40S4R是用于各种检测的超声波换能器，MA40S4S用于发射超声波，MA40S4R则用于接收超声波。MA40S4S/MA40S4R由压电陶瓷、金属板、谐振器和树脂壳体构成。谐振器具有漏斗般的形状，以便有效发射通过谐振器对空气的振动生成的超声波（或将空气中的超声波集中至谐振器中央）。声压级（S.P.L.）是超声波换能器最重要的特性，例如，在测量距离应用中，高声压级换能器能够检测更远的距离。不过由于MA40S4S/MA40S4R为开放结构，因此不能在户外应用。

MA40S4S/MA40S4R采用的中心频率为40kHz，其方向性为80度（典型），MA40S4R的典型灵敏度为-63dB（0dB=10V/Pa），MA40S4S的典型声压级为120dB（0dB=20μPa），在40kHz持续方波时的最大输入电压为20Vp-p，尺寸为Φ9.9x7.1 mm，工作温度范围为-40℃至+85℃。

适用于狭窄空间的SMD型超声波传感器

此外，Murata还推出SMD型的开放结构超声波传感器MA40H1S-R，采用SMD型式使其能够安装在狭窄的空间或通过其特性来改进设计，其尺寸仅有5.2mm x 5.2mm，厚度仅有1.15mm，虽然并不防水，但可以通过外壳组件来达到防水的要求。

MA40H1S-R的中心频率为40kHz，方向性为80度（典型），最小的灵敏度为-65dB（0dB=1V/Pa），最小的声压级为95dB（0dB=20uPa），工作温度范围为-20℃至60℃，在40kHz方波时的额定电压为6.6Vp-p，最大额定电压则为7.2Vp-p，同样为开放结构，因此不能应用在户外、汽车电子等领域，仅支持消费类应用。

结语

超声波传感器的种类相当多样，客户可以依据应用需求的差异，选择不同规格的产品。本文所介绍的Murata开放结构超声波传感器，具有优异的产品性能，适合应用于室内的距离量测、物体检测、人体感知等，是开发相关应用的理想选择。