巴鲁夫超声波传感器选型说明

巴鲁夫超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、、生物医学等方面。
常用的超声波传感器由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头发射、一个探头接收）等。
主要应用
巴鲁夫超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其主要的应用，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。巴鲁夫超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。巴鲁夫超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用巴鲁夫超声波的反射。当巴鲁夫超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面时，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。
在工业方面，巴鲁夫超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，巴鲁夫超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的巴鲁夫超声波传感器。
使用巴鲁夫超声波传感器技术防止踩错踏板
日产汽车开发出了防止在要踩刹车时误踩成油门而使车辆加速的功能，使用摄像头和巴鲁夫超声波传感器推断出“要在停车场上停车”的情况时，如果驾驶员踩成了油门就会强制刹车。该技术预定在2～3年内实用化。巴鲁夫超声波传感器技术就是为了防止在停车场停车时踩错刹车和油门造成事故而开发的。
  该技术是使用在车辆前后左右各配备一个的四个摄像头和前保险杠、后保险杠各配备四个共八个巴鲁夫超声波传感器实现的。4个摄像头沿用显示车辆周围俯瞰影像的“环视显示器”的摄像头。利用摄像头识别出白线等以推断汽车位于停车场，利用巴鲁夫超声波传感器测量出汽车与周围障碍物之间的距离来确定刹车时机。
防止因踩错刹车和油门而造成事故分两步实施。当驾驶员在停车场想停车时，如果踩成了油门，则首先将车速减至蠕滑速度，用仪表板的图标来提示危险，并响起警报声。如果驾驶员仍继续踩油门而即将撞上墙壁等物体时，则强制刹车。刹车时机为保证汽车在与障碍物相距20～30cm左右时可以停下来。
注意事项
1：为确保可靠性及长使用寿命，请勿在户外或高于额定温度的地方使用传感器[2]  。
2：由于超声波传感器以空气作为传输介质，因此局部温度不同时，分界处的反射和折射可能会导致误动作，风吹时检出距离也会发生变化。因此，不应在强制通风机之类的设备旁使用传感器。
3：喷气嘴喷出的喷气有多种频率，因此会影响传感器且不应在传感器附近使用。
4：巴鲁夫传感器表面的水滴缩短了检出距离。
5：细粉末和棉纱之类的材料在吸收声音时无法被检出（反射型传感器）。
6：不能在真空区或防爆区使用传感器。
7：请勿在有蒸汽的区域使用巴鲁夫传感器；此区域的大气不均匀。将会产生温度梯度，从而导致测量错误。
暴露问题
巴鲁夫超声波传感器应用起来原理简单，也很方便，成本也很低。但是目前的巴鲁夫超声波传感器都有一些缺点，比如，反射问题，噪音，交叉问题。
反射问题
如果被探测物体始终在合适的角度，那巴鲁夫超声波传感器将会获得正确的角度。但是不幸的是，在实际使用中，很少被探测物体是能被正确的检测的。
其中可能会出现几种误差：
三角误差
当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差。
镜面反射
这个问题和高中物理中所学的光的反射是一样的。在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波，也就无法产生距离读数。这时巴鲁夫超声波传感器会忽视这个物体的存在。
多次反射
这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比较常见。声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际的探测值并不是真实的距离值。
这些问题可以通过使用多个按照一定角度排列的超声波圈来解决。通过探测多个超声波的返回值，用来筛选出正确的读数。
噪音
虽然多数超声波传感器的工作频率为40-45Khz，远远高于人类能够听到的频率。但是周围环境也会产生类似频率的噪音。比如，电机在转动过程会产生一定的高频，轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音，机器人本身的抖动，甚至当有多个机器人的时候，其它机器人巴鲁夫超声波传感器发出的声波，这些都会引起传感器接收到错误的信号。
这个问题可以通过对发射的巴鲁夫超声波进行编码来解决，比如发射一组长短不同的音波，只有当探测头检测到相同组合的音波的时候，才进行距离计算。这样可以有效的避免由于环境噪音所引起的误读。
交叉问题
交叉问题是当多个巴鲁夫超声波传感器按照一定角度被安装在机器人上的时候所引起的。超声波X发出的声波，经过镜面反射，被传感器Z和Y获得，这时Z和Y会根据这个信号来计算距离值，从而无法获得正确的测量。
解决的方法可以通过对每个巴鲁夫传感器发出的信号进行编码。让每个巴鲁夫超声波传感器只听自己的声音。