Cảm biến siêu âm là một loại thiết bị điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tự động hóa, trong cách hệ thống an ninh, trong y tế, trong hệ thống giám sát, sản xuất nước giải khát và trong nhiều ứng dụng khác. Vậy cảm biến siêu âm là gì? Cấu tạo và nguyên lý của cảm biến siêu âm như thế nào? Hãy cũng Bảo An Automation tìm hiểu trong bài viết dưới đây.
Cảm biến siêu âm là gì? Cảm biến siêu âm (tên tiếng Anh là Ultrasound Sensor) là một loại cảm biến dùng để đo khoảng cách, tốc độ và phát hiện đối tượng bằng cách sử dụng sóng siêu âm. Cảm biến siêu âm thường bao gồm một bộ phát sóng siêu âm. Khi bộ phát sóng siêu âm phát ra sóng, sóng sẽ truyền đi và phản chiếu lại từ các vật thể trong phạm vi hoạt động của cảm biến. Bộ thu sóng siêu âm sẽ thu nhận các sóng phản chiếu và phân tích chúng để tính toán khoảng cách, tốc độ hoặc phát hiện đối tượng.
Hình 1: Cảm biến siêu âm
Để hiểu hơn về cảm biến siêu âm là gì? Mời bạn tham khảo thêm thông số kỹ thuật mã cảm biến siêu âm Omron E4C-DS80L tại đây.
- Độ chính xác: Cảm biến siêu âm có độ chính xác cao trong việc đo khoảng cách và phát hiện đối tượng.
- Độ tin cậy cao: Cảm biến siêu âm thường có khả năng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt như môi trường bụi, khói hoặc môi trường ẩm ướt.
- Tốc độ đáp ứng nhanh: Cảm biến siêu âm có thể phát hiện và đo khoảng cách nhanh chóng.
- Thiết bị đơn giản: Cảm biến siêu âm có thiết kế đơn giản, dễ dàng sử dụng và lắp đặt.
- Khoảng cách đo bị giới hạn: Có 1 khoảng cách mà thông thường cảm biến siêu âm không đo được; được gọi là vùng mù của cảm biến siêu âm. Khoảng cách này thường nằm phía dưới bộ phận phát sóng. Khoảng cách xa hay gần là tùy thuộc vào nhà sản xuất.
- Độ chính xác bị ảnh hưởng bởi môi trường: Cảm biến siêu âm có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ và áp suất, dẫn đến độ chính xác không cao.
- Có thể bị nhiễu: Cảm biến siêu âm có thể bị nhiễu bởi các tín hiệu âm thanh khác trong môi trường.
- Không thể phát hiện các đối tượng mà không phản chiếu sóng siêu âm: Cảm biến siêu âm chỉ có thể phát hiện và đo khoảng cách đối với các đối tượng phản chiếu sóng siêu âm.
- Giá thành cao: Cảm biến siêu âm có giá thành cao hơn so với một số loại cảm biến khác.
Trong kiến thức về cảm biến siêu âm là gì? Chúng ta không thể bỏ qua phần cấu tạo của cảm biến siêu âm.
Cấu tạo cảm biến siêu âm bao gồm 3 phần chính: Bộ phát sóng siêu âm, bộ thu sóng siêu âm, bộ xử lý dự liệu. Cụ thể như sau:
- Bộ phát sóng siêu âm bao gồm một hoặc nhiều bộ phát sóng siêu âm, được tích hợp với mạch điện tử. Bộ phát sử dụng điện năng để tạo ra sóng siêu âm, thông thường có tần số từ 20 kHz đến 200 kHz. Sóng siêu âm được phát ra từ bộ phát này và truyền đi trong không khí.
- Bộ thu sóng siêu âm bao gồm một hoặc nhiều bộ thu sóng siêu âm, cũng được tích hợp với mạch điện tử. Bộ thu sử dụng các cảm biến để thu nhận sóng siêu âm phản chiếu từ các vật thể trong phạm vi hoạt động của cảm biến. Sau đó, bộ thu chuyển đổi sóng siêu âm thành tín hiệu điện để xử lý và tính toán khoảng cách hoặc đối tượng cần phát hiện.
- Bộ xử lý dữ liệu: Tính toán thời gian phát-thu sóng âm để đưa ra tín hiểu cho thiết bị giảm sát, điều khiển bên ngoài giúp cho người dụng biết được khoảng cách, tốc độ hoặc phát hiện đối tượng. Tín hiệu ngõ ra của cảm biến siêu âm đa dạng như tín hiệu Analog (4-20mA, 0-10V…), tín hiệu truyền thông (Modbus RTU…).
Hình 2: Cấu tạo cảm biến siêu âm
- Nguyên lý cảm biến siêu âm là dựa trên khả năng của sóng siêu âm phản chiếu từ các vật thể. Cảm biến siêu âm phát ra sóng siêu âm và đo thời gian để sóng phản chiếu trở lại. Từ đó, khoảng cách giữa cảm biến và vật thể được tính toán.
- Bộ thu sóng siêu âm sử dụng các cảm biến để thu nhận sóng siêu âm phản chiếu. Sau đó, bộ thu chuyển đổi sóng siêu âm thành tín hiệu điện để xử lý và tính toán khoảng cách hoặc đối tượng cần phát hiện.
- Để tính toán khoảng cách, cảm biến siêu âm tính toán thời gian mà sóng siêu âm đi ra và trở lại. Khoảng cách giữa cảm biến và vật thể được tính bằng công thức khoảng cách bằng vận tốc sóng x thời gian.
- Vận tốc sóng siêu âm trong không khí là 340m/s. Do đó, khoảng cách có thể tính toán bằng cách nhận thời gian phát đi và trở lại của sóng siêu âm với 1/2 và nhân với tốc độ sóng siêu âm trong không khí.
- Tùy thuộc vào thiết kế của cảm biến, có thể sử dụng một hoặc nhiều bộ phát sóng siêu âm và bộ thu sóng siêu âm để tăng độ chính xác và phạm vi hoạt động của cảm biến.
Ở phần trên, chúng ta đã tìm hiểu khái niệm cảm biến siêu âm là gì? cấu tạo và nguyên lý cảm biến siêu âm. Vậy cảm biến siêu âm dùng để làm gì? Và chúng thường được sử dụng ở đâu? Hãy cùng tìm hiểu tiếp về các ứng dụng của cảm biến siêu âm trong phần dưới đây.
Cảm biến siêu âm có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến siêu âm:
- Đo khoảng cách: Cảm biến siêu âm được sử dụng để đo khoảng cách của các đối tượng trong các ứng dụng như đo khoảng cách của xe hơi, đo khoảng cách của vậy thể trong quá trình sản xuất, đo khoảng cách của tầu thuyền trong các ứng dụng hàng hải.
- Phát hiện đối tượng: Cảm biến siêu âm được sử dụng để phát hiện đối tượng trong các ứng dụng như hệ thống an ninh, hệ thống giám sát, hệ thống kiểm soát truy cập.
- Điều khiển thiết bị: Cảm biến siêu âm được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử như đồ chơi, robot, máy móc tự động hoặc các thiết bị điện tử khác.
- Đo lưu lượng: Cảm biến siêu âm được sử dụng để đo lưu lượng chất lỏng trong các ứng dụng y tế và công nghiệp.
- Đo độ cứng: Cảm biến siêu âm được sử dụng để đo độ cứng của các vật liệu trong các ứng dụng kiểm tra chất lượng sản phẩm.
- Điều khiển robot: Cảm biến siêu âm được sử dụng để điều khiển robot trong các ứng dụng như robot hút bụi, robot lau nhà, robot giao hàng.
- Điều khiển động cơ: Cảm biến siêu âm được sử dụng để điều khiển động cơ trong các ứng dụng như thiết bị điều khiển cửa tự động, thiết bị điều khiển tốc độ động cơ.
- Cảm biến siêu âm có thể được thiết kế theo nhiều dạng và kích thước khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Ngoài ra, cảm biến siêu âm còn có thể được tích hợp vào các hệ thống khác như bình chứa, máy móc tự động hoặc các thiết bị điện tử khác để thực hiện các chức năng đo khoảng cách, đo mức hoặc phát hiện đối tượng.
Tổng quan, cảm biến siêu âm được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tự động hóa, trong cách hệ thống an ninh, trong y tế, trong hệ thống giám sát, sản xuất nước giải khát và trong nhiều ứng dụng khác.
Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An muốn chia sẻ đến bạn về cảm biến siêu âm là gì? Cấu tạo và nguyên lý của cảm biến siêu âm. Hy vọng chúng là kiến thức bổ ích và giúp bạn có sự lựa chọn chính xác loại cảm biến siêu âm phù hợp với ứng dụng của bạn.
