https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/748143/faq-ultrasonic-sensors
主题中讨论的其他器件：PGA460、 TUSS4470、 MSP430FR6047、 TUSS4440、 BOOSTXL-PGA460、 BOOSTXL-TUSS4470、 EVM430-FR6047、 BOOSTXL-TUSS4440、 TDC1000、 TDC1011超声波传感使用的传播声波频率高于人类听觉范围(>20kHz)、可穿过各种介质(空气、液体或固体)来检测物体、测量距离或跟踪干扰。 超声波传感器可用于检测各种材料、无论其形状、透明度或颜色如何。
有关超声波传感基础知识的概述、TI 建议您首先阅读 超声波传感基础 知识应用手册、然后观看 TI 高精度实验室超声波传感视频系列。
TI 提供各种超声波感应 IC。 本常见问题解答旨在根据应用用例和系统要求、帮助推荐特定的 TI 超声波感应器件。
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超声波感应应用 |
测量距离和接近度 |
测量液体或固体的液位或高度 |
测量液体、气体或热量的流速和方向 |
测量浓度 和材料识别 |
对象跟踪和映射 |
材料厚度和缺陷检测 |
监视对环境的更改 |
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说明 |
使用单个传感器生成和捕获往返飞行时间回波、以测量传感器与目标物体之间的距离。 |
使用单个传感器生成和捕获往返飞行时间回波、以测量传感器与目标物体之间的距离。 |
使用两个传感器来捕获在流动方向中传播的传输时间差、并将其与流动方向相反的传播时间差作为独立的上行和下行测量。 |
使用单个传感器生成和捕获往返飞行时间回波、以根据固定已知距离测量声速的变化。 |
至少使用两个换能器、它们之间的已知距离是固定的。 必须始终使用一个传感器来生成和捕获往返飞行时间回波、而另一个传感器只能捕获往返飞行时间回波。 通过三角测量来比较产生的飞行时间差。 |
使用单个传感器生成和捕获往返飞行时间、以测量实体的厚度、并确定实体内是否存在空隙。 换能器表面必须与固体材料类型耦合、以便直接换能器与固体接触。 |
使用两个换能器、一个连续生成超声波回波、另一个连续捕获回波过零频率(多普勒频移)的差异。 |
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TI 热门器件选择 |
PGA460 |
TUSS4470 |
MSP430FR6047 |
TUSS4470 |
TUSS4470 |
TUSS4440 |
TUSS4470 |
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为什么是首选 |
PGA460专为使用超声波飞行时间测量距离而设计。 集成的驱动器、接收器、ADC 和数字信号处理逻辑简化了捕获此飞行时间数据所需的步骤。 |
TUSS4470支持40kHz 至1MHz 的宽传感器频率范围、以测量从顶部通过空气向下的高度、或从底部通过液体向上的高度。 |
德州仪器(TI) MSP430FR604x 和 MSP430FR603x 系列超声波感应和测量 SoC 是针对水表和热量计进行了优化的功能强大、高度集成的微控制器(MCU)。 |
TUSS4470支持40kHz 至1MHz 的宽传感器频率范围、以便正确耦合传感器、并支持在几乎所有气体、液体或固体中进行此测量。 |
多个 TUSS4470器件可轻松同步，因为无论驱动器块的状态如何，该器件都能够独立启用接收器路径。 这意味着脉冲生成的开始可用作所有器件的唯一飞行时间原点基准。 |
要通过实体传播声波、必须使用变压器驱动器产生大量声压。 TUSS4440能够生成数百伏的电压来激励传感器、同时无论缺陷尺寸如何、都能使飞行时间回波响应标准化。 |
TUSS4470的内置过零功能允许接收器持续监控传入的回波频率。 如果物体靠近传感器、过零点频率将增大、而物体离开将导致过零点频率降低。 |
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推荐的评估工具 |
BOOSTXL-PGA460 |
BOOSTXL-TUSS4470 |
EVM430-FR6047 |
BOOSTXL-TUSS4470 |
BOOSTXL-TUSS4470 |
BOOSTXL-TUSS4440 |
BOOSTXL-TUSS4470 |
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注释 |
使用双静态传感器对来实现接近0mm 的检测、该传感器对用于单独的传感器以生成回波、并使用另一个传感器来捕获往返飞行时间。 |
对于自上而下的液位感应、请使用频率较低的传感器。 对于自下而上的液位感应、请使用频率更高的传感器。 |
由于已知的器件 STOP 脉冲生成的稳定性和精度问题，TI 不再建议将 TDC1000用于流速应用。 |
通过使用两个静态传感器对彼此对进行单向测量、以使单独的传感器生成回波、并使用另一个传感器捕获单向飞行时间 |
随着传感器添加到接收器阵列、要跟踪或映射的对象的精度和附加详细信息也会增加。 |
使用与测量厚度的固体相匹配的触点声学传感器非常重要。 传感器表面类型不正确或安装不良会导致结果无效。 |
监测回波的多普勒频移是寻求环境变化的一种方法。 通过将最新记录周期与前一记录周期进行比较、在每次飞行时间测量过程中捕获回波包络是监测环境变化的另一种方法。 |
TI 超声波感应 IC 器件比较：
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器件类型 |
模拟前端 |
模拟前端 |
模拟前端+数字信号处理器(集成) |
模拟前端+数字信号处理器(集成) |
模拟前端 |
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支持的传感器频率 |
40kHz–1MHz 40–440 kHz (预驱动) |
40–500 kHz |
30–80 kHz 和180– 480 kHz |
50kHz–2.5MHz |
31.25kHz–4MHz |
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通道数 |
1通道 |
1通道 |
1通道 |
2通道 |
TDC1011：单通道 TDC1000：双通道 |
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驱动器拓扑 |
-直接驱动(最大36V) －预驱动 |
变压器驱动 |
-变压器驱动 －直接驱动，已添加 FET |
直接驱动(最大3.3V) |
直接驱动(最大5V) |
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增益级 |
86dB 对数放大器 |
86dB 对数放大器 |
6点时变增益 (32至90dB) |
固定增益(6.5至30.8dB) |
固定增益(20dB 至41dB) |
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输出 |
-模拟回波包络 -过零 －信封阈值检测 |
-模拟回波包络 -过零 －信封阈值检测 |
- DSP 处理的输出(飞行时间、振幅、宽度) -回波数据转储(下采样回波包络) -原始数字数据路径(ADC、带通滤波器、整流器、低通滤波器) |
－流速 - DSP 处理的输出(飞行时间) |
-过零 -回波启动和停止脉冲 |
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温度传感器 |
否 |
否 |
片上温度传感器 |
片上温度传感器 |
连接 RTD |
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诊断 |
SPI 诊断 |
SPI 诊断 |
-系统诊断(频率、衰减、激励电压) －电源诊断 (过压) |
可编程 |
无 |
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通过汽车认证的器件 |
不适用 |
不适用 |
不适用 |
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输出接口 |
-用于编程的 SPI -模拟输出 |
-用于编程的 SPI -模拟输出 |
- USART (UART + SPI) －OTU TCI |
- UART - I2C - SPI |
SPI |
在正式发布到产品页面之前、E2E 上将提供以下配套资料：
TUSS44x0 E2E 内容：
- BOOST-TUSS44x0 EVM-GUI 概述和快速入门视频： e2e.ti.com/.../BOOST_2D00_TUSS44x0-EVM_2D00_GUI-Overview-and-Quick-Start-Video-_2800_Low-Quality_2900_.mp4
超声波常见问题解答存档：
- PGA460： https://e2e.ti.com/support/sensors/f/1023/t/640810
- TDC1000： https://e2e.ti.com/support/sensors/f/1023/t/724028
- 不再建议使用 TDC1000进行精确的流量计量。
- 对于所有超声波应用、请考虑使用 TUSS4470作为 TDC1000的替代产品。
