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超聲波傳感器原理簡單、方便、成本低廉。然而,目前的超聲波傳感器存在反射、噪聲、交叉等問題。
1.反射問題
如果被探測物體始終在合適的角度,那超聲波傳感器將會獲得正確的角度。但是不幸的是,在實(shí)際使用中,很少被探測物體是能被正確的檢測的。
其中可能會出現(xiàn)幾種誤差:
2.三角誤差
當(dāng)被測物體與傳感器成一定角度的時(shí)候,所探測的距離和實(shí)際距離有個(gè)三角誤差。
3.鏡面反射
這個(gè)問題和高中物理中所學(xué)的光的反射是一樣的。在特定的角度下,發(fā)出的聲波被光滑的物體鏡面反射出去,因此無法產(chǎn)生回波,也就無法產(chǎn)生距離讀數(shù)。這時(shí)超聲波傳感器會忽視這個(gè)物體的存在。
4.多次反射
這種現(xiàn)象在探測墻角或者類似結(jié)構(gòu)的物體時(shí)比較常見。聲波經(jīng)過多次反彈才被傳感器接收到,因此實(shí)際的探測值并不是真實(shí)的距離值。
這些問題可以通過使用多個(gè)按照一定角度排列的超聲波圈來解決。通過探測多個(gè)超聲波的返回值,用來篩選出正確的讀數(shù)。
5.噪音
雖然多數(shù)超聲波傳感器的工作頻率為40-45Khz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類能夠聽到的頻率。但是周圍環(huán)境也會產(chǎn)生類似頻率的噪音。比如,電機(jī)在轉(zhuǎn)動過程會產(chǎn)生一定的高頻,輪子在比較硬的地面上的摩擦所產(chǎn)生的高頻噪音,機(jī)器人本身的抖動,甚至當(dāng)有多個(gè)機(jī)器人的時(shí)候,其它機(jī)器人超聲波傳感器發(fā)出的聲波,這些都會引起傳感器接收到錯(cuò)誤的信號。
這個(gè)問題可以通過對發(fā)射的超聲波進(jìn)行編碼來解決,比如發(fā)射一組長短不同的音波,只有當(dāng)探測頭檢測到相同組合的音波的時(shí)候,才進(jìn)行距離計(jì)算。這樣可以有效的避免由于環(huán)境噪音所引起的誤讀。
6.交叉問題
當(dāng)機(jī)器人按一定角度安裝多個(gè)超聲波傳感器時(shí),會產(chǎn)生交叉問題。超聲波x發(fā)出的聲波被反射鏡表面反射,由傳感器Z和Y獲得,此時(shí)Z和Y會根據(jù)信號計(jì)算出距離值,因此無法獲得正確的測量值。
解決方案很簡單,就是對各個(gè)傳感器發(fā)出的信號進(jìn)行編碼。讓每個(gè)超聲波傳感器只識別自己的聲音。
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