음속

공기 중 음속 "C"는 C ≈ 331.5 + 0.61 θ (m/s)이며, 여기서 θ는 기온(°C)입니다. 음속은 기온 변화에 따라 변하며, 이로 인해 온도 기반 거리 측정 오차가 발생합니다.

반사와 투과

초음파는 균일한 매질 내에서 직진하며, 서로 다른 매질의 경계면에서 반사되고 투과됩니다. 이러한 현상은 매질의 종류와 모양에 따라 영향을 받습니다. 공기 중의 인체는 상당한 반사를 일으켜 쉽게 감지할 수 있습니다.

다중 반사

이는 감지 대상에서 이미 반사된 초음파가 센서 헤드 표면, 주변 벽 또는 천장에서 다시 감지 대상으로 반사된 후, 다시 센서로 돌아오는 현상을 말합니다.
예를 들어, 이중 반사의 경우, 동일한 초음파가 두 배의 거리에서 단일 반사로 수신됩니다.

제한 구역(반사 모델)

최대 감지 거리뿐만 아니라 최소 감지 거리도 최대 거리와 연계하여 또는 독립적으로 조정할 수 있습니다. 이 감지 범위를 한계 구역(zone limit)이라고 합니다.

비민감 구역 및 불확실성 구역(반사 모델)

비감지 영역은 센서 헤드 표면과 감지 거리 조정으로 인한 최소 감지 거리 사이의 간격입니다. 불확실 영역은 센서 헤드 구성 및 잔향으로 인해 감지가 불가능한 센서 근처 영역입니다.
센서와 물체 사이의 다중 반사로 인해 불확실 영역에서 감지가 발생할 수 있습니다.

방향 특성

지향성 방사기의 출력(지정된 음향 에너지를 대상 물체에 전달하는 데 필요한 출력)과 지향성 방사기의 출력의 비율을 지향성 이득이라고 합니다.
주파수와 진동 면적이 증가함에 따라 지향성은 더욱 날카로워지고 음파는 더욱 효율적으로 방출됩니다.
초음파 스위치로 사용되는 센서 유닛의 지향성은 8°~30°(음압 반각)입니다.
지향성은 센서 혼의 형상과 트랜스듀서의 진동 모드에도 크게 영향을 받으므로, 원하는 작동 범위를 제공하기 위해 센서 유닛의 형상, 작동 주파수, 그리고 트랜스듀서 유형을 선택해야 합니다.

음압 반각

지향성 지수입니다. 반각은 음압 레벨(음압 세기)이 최대가 되는 변환기 중심에서 음압 레벨이 최대값의 절반이 되는 지점까지의 각도입니다(음압 감소는 대칭적이므로 실제로는 위 각도의 두 배입니다).

측엽

지향성은 음압 레벨(음압 세기)이 최대가 되는 트랜스듀서 중심 각도에서 각도가 멀어질수록 중심에서 멀어질수록 음압 레벨을 나타내는 그래프를 통해 표시됩니다. 중심에서 각도가 증가함에 따라 지향성은 감소하고, 특정 지점을 지나면 지향성이 증가합니다.
이를 사이드 로브(side lobe)라고 하며, 주변 물체에서 반사되는 음압 레벨이 검출 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

변환기

이는 전기 에너지를 사용하여 초음파를 생성하고, 초음파 진동 에너지를 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 압전 효과를 이용하는 티탄산바륨 변환기는 일반적으로 초음파 스위치에 사용됩니다. 모양은 원반형이나 관형일 수 있습니다.

뿔

초음파를 특정 방향으로 집중시켜 방출하고, 동시에 수신하는 반사판입니다. 혼의 모양과 치수는 센서의 지향성 특성을 결정합니다.

전송된 파동

탐촉자가 발진기에 연결되었을 때 지정된 방향으로 방출되는 초음파. 일반적으로 탐촉자에 인가되는 전압이나 음압으로 표현됩니다.

수신된 파동

트랜스듀서에서 수신된 송신 초음파로, 직접 또는 물체에서 반사됩니다. 일반적으로 변환된 전압 또는 음압으로 표현됩니다.

반향

초음파 센서에 공진 주파수에 가까운 주파수의 펄스 형태의 전기 신호를 인가하면, 전기 신호가 멈춘 후에도 초음파 진동은 짧은 시간 동안 기계적으로 지속됩니다. 이를 잔향이라고 합니다. 반사형 센서에서 잔향이 장시간 지속되면 감지가 불가능해집니다.

검출물체의 종류 및 형상(반사형)

탐지된 물체는 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
(A) 액체, 상자, 플라스틱 시트, 종이, 유리와 같은 평평한 표면 물체.
(B) 캔, 병, 인체와 같은 원통형 물체.
(C) 광물, 암석, 석탄, 코크스, 플라스틱과 같은 분말 및 덩어리 형태의 물체.

반사 효율은 물체의 모양에 따라 달라집니다. (A)의 경우 반사파가 가장 많이 돌아오지만, 이는 물체의 기울기에 크게 영향을 받습니다. (B)와 (C)의 경우, 흩어진 반사파가 발생하고 반사광이 균일하지 않지만, 기울기의 영향은 미미합니다.