Ein Ultraschallsensor ist ein Gerät, das hochfrequente Töne verwendet, um die Entfernung zu messen. Diese Sensoren werden auch als Transceiver bezeichnet und funktionieren ähnlich wie Sonar. Während Sonar hauptsächlich unter Wasser verwendet wird, können Ultraschall-Transceiver in der Luft verwendet werden. Sensoren, die Ultraschallwellen verwenden, sind in industriellen und medizinischen Anwendungen weit verbreitet.
Diese Art von Sensor besteht normalerweise aus einer einzigen Transceiver-Einheit, die in der Lage ist, Geräusche sowohl auszusenden als auch zu erkennen. Dieses Gerät erzeugt einen Schallimpuls, der außerhalb des Hörbereichs des menschlichen Ohrs liegt. Die meisten festen Objekte reflektieren Schallwellen. Der Transceiver verwendet einen Timer, um genau zu bestimmen, wie lange ein Ultraschallimpuls benötigt, um von einem Objekt „abzuprallen“ und an das Gerät zurückgegeben zu werden.
Eine Schallwelle breitet sich normalerweise mit einer bekannten Geschwindigkeit aus. Bei Luft mit Raumtemperatur beträgt diese Geschwindigkeit ungefähr 1,126 Meter pro Sekunde. Wenn sowohl die Geschwindigkeit als auch die Zeit der Ultraschallimpulse bekannt sind, kann die Entfernung eines reflektierenden Objekts mithilfe grundlegender mathematischer Berechnungen geschätzt werden. Sendet ein Ultraschallsensor beispielsweise einen Impuls und empfängt das reflektierte Signal eine Zehntelsekunde später, ist das Objekt etwa 343 Meter entfernt.
Ein Ultraschallsensor ist jedoch nicht immer genau. Mehrere Faktoren können die Fähigkeit eines Sensors zur genauen Entfernungsmessung beeinträchtigen. Die Schallgeschwindigkeit ist nicht konstant, sondern kann je nach Temperatur und Luftfeuchtigkeit variieren. Dies bedeutet, dass sehr warme oder sehr kalte Bedingungen einen Ultraschallsensor unwirksam machen können.
Objekte reflektieren Schallwellen auf unterschiedliche Weise. Einige Materialien, wie zum Beispiel Metall, reflektieren den Schall sehr gut. Weiche Materialien wie Plüschstoffe absorbieren oft Schallwellen. Die Genauigkeit dieses Sensortyps kann durch die Art des erfassten Objekts beeinflusst werden.
Ultraschallsensoren haben viele Anwendungen. Industriemaschinen verwenden diese Sensoren häufig, um das Vorhandensein eines Objekts in einer automatisierten Fabrik zu erkennen. Eine Maschine zum Anbringen von Etiketten auf Flaschen kann beispielsweise Ultraschallverfahren verwenden, um festzustellen, wann ein Produkt an seinem Platz und bereit zum Stempeln ist. Sicherheitsinstallationen verwenden auch Schallsensoren, um die Anwesenheit einer nicht autorisierten Person zu erkennen. Diese Sensoren können verwendet werden, um einen „virtuellen Zaun“ um einen sicheren Bereich zu erstellen.
Medizinische Einrichtungen verwenden oft Ultraschallsensoren. Die in der Medizin verwendeten Sensoren sind präziser als die meisten Industriegeräte, funktionieren aber nach dem gleichen Prinzip. Die Ultraschallbildgebung verwendet Hochfrequenzpulse, um sowohl feste Objekte als auch offene Räume zu erkennen. Ein an einen Computer angeschlossener Transceiver ist in der Lage, ein Bild zu erstellen, das diese verschiedenen Bereiche zeigt, und kann von Medizinern verwendet werden, um Bereiche innerhalb des menschlichen Körpers zu visualisieren.