一、超声波传感器工作原理
1、换能器与压电效应。
超声波传感器核心是换能器，常见压电陶瓷。发射时电信号加在压电片，产生高频机械振动，发出20kHz以上声波。接收时回波声压使压电片变形，产生微弱电信号。换能器分发射、接收或收发一体。频率常见40kHz、58kHz、200kHz等。频率越高，分辨率高，衰减大，量程短。换能器结构决定波束角和灵敏度。
2、飞行时间测距。
传感器发射脉冲，同时计时，声波遇目标反射，回波被接收，记录往返时间t。距离d=c×t/2，c为声速。空气中声速约343m/s（20℃），随温度变化，c≈331.4+0.6T。温度补偿可提高精度。测量受目标材质、角度和表面影响。软质、倾斜和小目标回波弱，测距困难。
3、盲区、波束角与频率。
盲区是传感器发射后不能立即接收回波的距离，因余振和恢复时间。盲区通常几厘米至几十厘米。波束角决定覆盖范围，角度小方向性好，角度大覆盖广。频率越高，波束角越小，分辨率高，但空气衰减大。选型需根据量程、精度和安装空间权衡。环境噪声、风、温湿度和障碍物也影响。
4、信号处理与典型应用。
常见模式有对射式、反射式和限距式。对射式发射与接收分离，可靠性高；反射式收发一体，靠回波。信号处理包括放大、滤波、比较、阈值检测和MCU计算。可输出开关量、模拟量、数字量。超声波适合非接触测距、液位、避障和物体检测。优点是受颜色和透明度影响小，缺点是声速受温度影响、响应较慢、怕风和强噪声。
二、超声波传感器工作电压范围
1、常见直流供电电压。
超声波传感器常见供电电压有DC 3.3V、5V、12V、24V。模块类多为5V，部分低功耗3.3V；工业传感器常用12V或24V，宽压型为DC 10-30V。汽车超声波传感器多由12V系统供电，经控制器稳压。供电电压必须与铭牌一致，过高会烧毁，过低会导致发射弱、测距不稳。选型先确认系统电源。
2、宽压与工业供电范围。
工业超声波传感器常采用宽压输入，如DC 10-30V、DC 12-24V，适应电压波动。宽压型内部有稳压和滤波，抗干扰好。有些两线制、三线制、四线制，供电和输出共线或分线。两线制需注意漏电流和最小工作电压。三线制、四线制输出有NPN、PNP、模拟和数字。宽压范围不是所有型号通用。
3、供电与输出信号区别。
工作电压指传感器供电电压，输出信号电压是另一回事。开关量输出可能等于供电电压或经内部晶体管拉低；模拟输出常见0-5V、0-10V、4-20mA；数字输出RS485、I2C、UART为低压。不能把输出信号电压当供电电压。给传感器供电前需确认电压、电流、极性和输出类型。接错可能损坏传感器或控制器。
4、电压影响与选型使用。
供电电压在允许范围内，传感器可正常发射和接收。电压偏低时发射功率下降，回波弱，量程缩短，抗干扰差；电压偏高可能损坏电路。电压波动和纹波会引起误触发和测量跳动。电池供电设备需考虑电压下降和低功耗模式。选型应核对供电电压、电流、输出方式、量程、频率、盲区、波束角、防护等级和工作温度，正确接线并定期清洁探头。
