Cảm biến siêu âm là gì? Ứng dụng của cảm biến siêu âm

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, cảm biến siêu âm đang trở thành một trong những thiết bị quan trọng và không thể thiếu trong các ứng dụng tự động hóa và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác. Sự linh hoạt, chính xác và khả năng hoạt động tốt trong nhiều môi trường khác nhau đã làm cho cảm biến siêu âm trở thành lựa chọn ưu tiên cho nhiều ứng dụng quan trọng. Vậy cảm biến siêu âm là gì? Nguyên lý hoạt động cũng như các ứng dụng của cảm biến siêu âm trong công nghiệp là gì? Hãy cùng Bảo An Automation tìm hiểu trong bài viết dưới đây. 

Cảm biến siêu âm là gì? Cảm biến siêu âm hay còn gọi là cảm biến sóng siêu âm, là một thiết bị công nghệ sử dụng sóng siêu âm để đo lường khoảng cách và thu thập thông tin về môi trường xung quanh. Sự hoạt động của cảm biến này dựa trên việc phát sóng các sóng siêu âm và đo thời gian mà sóng này trả về sau khi tương tác với vật thể. Thông qua việc đo thời gian này, cảm biến siêu âm có khả năng xác định khoảng cách giữa chính nó và vật thể mà nó đang quan sát.

Hình 1: Cảm biến siêu âm là gì?

Để hiểu thêm cảm biến siêu âm là gì? Hãy cùng tham khảo hình ảnh và thông số của sản phẩm Cảm biến dịch chuyển siêu âm OMRON E4PA-LS50-M1-N tại đây.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm dựa trên sự tạo ra và sử dụng sóng siêu âm để đo lường khoảng cách và thu thập thông tin về môi trường. Trong phần dưới đây sẽ giải thích chi tiết về nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm: 
- Phát sóng siêu âm: Cảm biến siêu âm bắt đầu hoạt động bằng cách phát sóng sóng siêu âm, tức là sóng âm thanh có tần số cao hơn khả năng nghe của tai người (trên 20 kHz).
Trong một số trường hợp, cảm biến có thể sử dụng một hoặc nhiều yếu tố piezoelectric để chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng siêu âm.
- Chuyển đổi tín hiệu: Sóng siêu âm được phát ra và di chuyển qua không gian cho đến khi chúng va chạm hoặc tương tác với vật thể trong môi trường.
- Thu sóng siêu âm: Khi sóng siêu âm va chạm hoặc tương tác với vật thể, một phần của năng lượng sóng sẽ bị phản xạ và trở về đến cảm biến.
- Đo thời gian trả về tín hiệu: Cảm biến đo thời gian mà sóng siêu âm trở về sau khi được phát ra. Dựa vào thời gian này và tốc độ truyền sóng siêu âm trong môi trường, khoảng cách giữa cảm biến và vật thể có thể được tính toán.
- Xử lý dữ liệu và đầu ra: Dữ liệu về khoảng cách thường được xử lý và chuyển đổi thành đầu ra số hoặc đồ thị để hiển thị thông tin về vị trí hoặc các đặc tính khác của vật thể.
Nhờ vào nguyên lý này, cảm biến siêu âm có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm cả không gian hẹp, môi trường có bụi bẩn, hoặc khi ánh sáng không đủ. Sự chính xác và linh hoạt của cảm biến siêu âm làm cho chúng trở thành một thiết bị quan trọng trong các ứng dụng như đo khoảng cách, kiểm soát vị trí, và tránh va chạm trong các hệ thống tự động hóa của ngành công nghiệp.

Hình 2: Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Các phần trên đã giúp các bạn hiểu được cảm biến siêu âm là gì? Nguyên lý hoạt đông của cảm biến siêu âm. Vậy cảm biến siêu âm được ứng dụng như thế nào trong ngành công nghiệp? Hãy cùng tìm hiểu về các ứng dụng của cảm biến siêu âm trong phần dưới đây. 

Cảm biến siêu âm đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp nhờ vào khả năng đo lường khoảng cách chính xác và linh hoạt. Dưới đây là một số ứng dụng của cảm biến siêu âm trong công nghiệp:
- Đo lường khoảng cách và vị trí: Cảm biến siêu âm được sử dụng để đo lường khoảng cách giữa các vật thể trong quá trình sản xuất, giúp kiểm soát vị trí và định vị chính xác.
- Kiểm soát chất lượng sản phẩm: Trong quy trình sản xuất, cảm biến siêu âm được tích hợp để kiểm tra kích thước, hình dạng và chất lượng của sản phẩm, đảm bảo rằng chúng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng.
- Kiểm soát mức nước và chất lỏng: Cảm biến siêu âm được sử dụng để đo mức nước và chất lỏng trong các bể chứa, thùng chứa, và hệ thống cung cấp nước, giúp duy trì mức nước ổn định và đảm bảo an toàn.
- Kiểm soát sự hiện diện của vật thể:Cảm biến siêu âm được tích hợp vào hệ thống kiểm soát an toàn để phát hiện sự hiện diện của vật thể, đặc biệt trong các khu vực nguy hiểm nơi cần phải tránh va chạm.
- Đo lường độ dày vật liệu: Trong ngành công nghiệp xây dựng và sản xuất, cảm biến siêu âm được sử dụng để đo lường độ dày của vật liệu như kim loại, nhựa và gạch.
- Kiểm soát robot tự động: Cảm biến siêu âm đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát robot tự động, giúp chúng tránh va chạm và duy trì độ chính xác trong quá trình làm việc.
- Điều khiển cửa tự động:Trong môi trường công nghiệp, cảm biến siêu âm có thể được sử dụng để điều khiển cửa tự động, mở và đóng dựa trên sự phát hiện của người hoặc vật thể.
- Kiểm soát tự động hóa hệ thống giao thông nội đô: Cảm biến siêu âm được tích hợp vào hệ thống kiểm soát giao thông nội đô để đo lường tốc độ và khoảng cách giữa các phương tiện, giúp tối ưu hóa luồng giao thông.
- Đo lường mức nước trong các ống nước cao áp: Trong ngành công nghiệp dầu khí, cảm biến siêu âm được sử dụng để đo lường mức nước trong các ống nước cao áp.

Hình 3: Một số ứng dụng của cảm biến siêu âm trong công nghiệp

Cảm biến siêu âm có thể được phân loại theo một số tiêu chí khác nhau, bao gồm: tần số, kiểu cảm biến và mục đích sử dụng. Dưới đây là một số cách phân loại phổ biến:

- Cảm biến siêu âm tần số cao (High-Frequency Ultrasonic Sensor): Thường được sử dụng cho các ứng dụng đo khoảng cách ngắn với độ chính xác cao. Tần số có thể nằm trong khoảng vài chục kHz đến hàng trăm kHz.
- Cảm biến siêu âm tần số thấp (Low-Frequency Ultrasonic Sensor): Được sử dụng cho các ứng dụng đo khoảng cách lớn, thường trong môi trường nước. Tần số có thể nằm trong khoảng vài kHz đến khoảng 50 kHz.

- Cảm biến siêu âm mini: Là loại cảm biến siêu âm có kích thước nhỏ gọn, thích hợp cho các không gian hẹp và các ứng dụng yêu cầu kích thước nhỏ.
- Cảm biến siêu âm kích thước lớn: Thường được sử dụng cho các ứng dụng đo khoảng cách lớn và yêu cầu độ chính xác cao.

- Cảm biến đo khoảng cách: Được sử dụng chủ yếu để đo lường khoảng cách giữa cảm biến và vật thể.
- Cảm biến đo áp suất: Được thiết kế để đo áp suất trong các hệ thống chịu áp suất.

- Cảm biến siêu âm phát sóng liên tục (Continuous Wave Ultrasonic Sensor): Cảm biến liên tục phát sóng và đo khoảng cách dựa trên thời gian trở về của sóng siêu âm.
- Cảm biến siêu âm phát xung (Pulse-Echo Ultrasonic Sensor): Loại cảm biến phát một xung sóng siêu âm và đo thời gian trở về của nó.

Các phần trên đã giúp các bạn hiểu được về một số ứng dụng của cảm biến siêu âm cũng như một số loại cảm biến siêu âm phổ biến. Vậy khi lựa chọn cảm biến siêu âm, chúng ta cần lưu ý các thông số nào? Hãy cùng tìm hiểu trong phần dưới đây. 

Khi lựa chọn cảm biến siêu âm, cần xem xét các thông số quan trọng sau:
- Phạm vi đo của cảm biến siêu âm: Bao gồm phạm vi đo tối thiêu và tối đa, là khoảng cách mà cảm biến siêu âm có thể đo được và quyết định khả năng sử dụng trong các ứng dụng cụ thể. Cảm biến siêu âm có phạm vi đo lên đến 6m
- Độ chính xác của cảm biến siêu âm: Là mức độ chính xác của cảm biến trong việc đo lường khoảng cách.

- Độ phân giải của cảm biến siêu âm: Là độ chi tiết mà cảm biến có thể nhận diện trong khoảng cách đo.
- Tần số hoạt động: Bao gồm tần số cao và tần số thấp. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, có thể chọn cảm biến với tần số cao hoặc thấp.
- Góc phát sóng: Là góc mà sóng siêu âm có thể phát ra và quyết định không gian mà cảm biến có thể đo lường.
- Loại đầu ra: Bao gồm Analog (đầu ra tương tự) hoặc Digital (đầu ra kỹ thuật số), giúp xác định loại tín hiệu đầu ra mà cảm biến cung cấp.
- Điện áp nguồn cấp: Khi lựa chọn cảm biến siêu âm cần xác định được điện áp nguồn cấp phù hợp để vận hành cảm biến một cách an toàn và hiệu quả.

- Nhiệt đô hoạt động: Là phạm vi nhiệt độ mà cảm biến có thể hoạt động mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.
Việc hiểu rõ các thông số này giúp người sử dụng lựa chọn cảm biến siêu âm phù hợp với yêu cầu cụ thể của ứng dụng công nghiệp hoặc hệ thống tự động hóa.

Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An Automation đã giúp các bạn hiểu được về cảm biến siêu âm là gì? Nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của cảm biến siêu âm trong ngành công nghiệp cũng như cách lựa chọn cảm biến siêu âm. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho công việc của bạn.