Why does Corner Reflector cause false detection of ultrasonic sensors?

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I. Preface

在使用超音波感測器(Ultrasonic Sensor)進行距離量測或物體偵測時,有時會出現感測範圍外的「異常偵測」或「假目標(False Target)」現象。這種情況往往與環境中存在的角反射器(Corner Reflector)有關。

一、什麼是角反射器?為什麼會造成干擾?

角反射器是由兩個平面以 90° 角 相接所形成的結構(如下圖所示)。這種結構能夠將入射的聲波或電磁波集中反射回原方向,導致感測器接收到比實際目標更強的回波訊號。

常見的角反射器形式包括:

  • 書櫃與牆壁的交角處

  • 停車場的水泥路緣(curb)

  • 混凝土地板上約 1.2 公分(1/2 吋)寬的縫隙

  • 儲料槽(bin)內部支撐結構

  • 狹窄走廊中門框的內角

即使這些結構體積很小,也可能產生大幅度的反射能量,使感測器誤判為有物體存在。

二、超音波感測原理與反射干擾的形成

當超音波感測器發出聲波時,聲波會向目標方向傳遞。理論上,聲波撞擊到物體後,部分能量會被反射回感測器形成「回波」,這個範圍即為感測器的偵測波束(Beam Pattern)

然而實際上,聲波會持續擴散,其覆蓋範圍遠大於感測器的主要偵測區域。當角反射器位於這個擴散區域中,且角度恰好朝向感測器時,聲波可能被多次反射並集中回傳,產生放大回波的效果,就像衛星天線聚焦訊號一樣,造成誤偵測。

如上圖所示,藍色表示從感測器發送的聲音所覆蓋的區域。

三、如何確認是否為角反射器造成的誤偵測?

若懷疑特定區域有角反射器導致誤偵測,可以嘗試以下方式驗證:

  1. 在懷疑的區域表面覆蓋一層柔軟材料(例如布料或泡棉),觀察誤偵測是否消失。

  2. 若誤偵測消失,表示該位置極可能存在角反射效應。

四、解決角反射器干擾的方法

以下提供幾種實務上可採取的對策:

1.移除或改變反射面結構
 最直接的方式是消除造成反射的角落,但在多數情況下可能不易實現。

2.在反射區域覆蓋吸音材質
 可使用泡棉、矽膠墊等軟質材料降低反射強度,適合臨時測試或非關鍵場域。

3.更換波束角較窄的超音波感測器
 若環境條件允許,可考慮更換型號,例如由 MB1010 改為 MB1030,以減少側向反射干擾。

4.尋求客製化感測方案

    若干擾仍無法消除,建議聯繫宏虹電子技術團隊

五、設計階段的建議

在規劃超音波感測應用時,角反射器的影響應納入設計考量。建議在環境規劃、感測器安裝角度與材質選擇上,預先排除可能形成 90° 反射結構的位置,以確保量測結果穩定可靠。

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