초음파 거리 센서(Ultrasonic Distance Sensor)

초음파 거리 센서(Ultrasonic Distance Sensor)는 "사람의 귀에 들리지 않을 정도로 높은 주파수(약 20kHz 이상)의 소리인 초음파가 가지고 있는 특성을 이용한 센서."라고 네이버 지식백과에 명시되어 있습니다. 

초음파센서는 속도 측정, 거리 측정, 농도 및 점성도 측정 등 다양한 방면으로 사용되고 있습니다. 저도 글을 작성하면서 초음파 센서의 사용이 다양하다는 것을 깨달았습니다.

초음파를 얘기하면 떠오르는 동물이 있습니다. 바로 박쥐입니다. 박쥐는 초음파를 이용하는 대표적인 동물이죠. 박쥐의 시각은 거의 퇴화하여 시각적으로는 볼 수 없고, 초음파를 사용하여 주위를 볼(?) 수 있습니다. 박쥐는 초음파를 발생시켜 이 음파가 물체에 부딪혀 되돌아오는 반사파를 통해 방향을 잡고, 반사파가 돌아오는 시간을 이용하여 거리를 감지합니다. 박쥐의 거리 파악 방식과 초음파 거리 센서의 작동이 거의 같습니다.

그렇담 거리를 어떠한 식으로 구하는지 알아봅시다. 수식 1은 우리가 알고 있는 속도를 구하는 수식입니다. 

여기서 우리가 알고 있는 정보는 초음파의 속도와 초음파가 물체에 부딪혀 돌아오는 데 걸리는 시간이므로, 수식 2와 같이 정리할 수 있습니다.

초음파의 속도는 약 340m/s이고, 초음파가 반사파가 되어 걸리는 시간은 프로세서로 측정하여 수식 2에 대입하여 거리를 구할 수 있습니다. 이때 걸리는 시간에 0.5를 곱해주는 이유는 초음파가 갔다가 오는 것(왕복)이기 때문입니다.

이렇게 간단하게 거리를 구한다고 설명을 했지만, 실제로는 고가의 초음파 거리 센서의 경우 온도와 습도 등 주변 환경을 고려하여 거리를 구합니다.

온도에 따른 초음파 속도의 경우 수식 3을 이용하여 구할 수 있습니다.

간단하게 설명하려 노력했습니다만 도움이 되셨는지 모르겠네요. 작성 글과 관련해서 궁금하신 부분이나 이상한 부분이 있으면 댓글로 남겨주시면 피드백하겠습니다. 감사합니다.