Cảm Biến Siêu âm Là Gì? - Hoàng Vina

Cảm biến siêu âm là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm? Ứng dụng của cảm biến siêu âm trong thực tế hiện nay

1. Cảm biến siêu âm là gì?

Trước tiên đi tìm hiểu về cảm biến siêu âm là gì? chúng ta sẽ tìm hiểu qua về siêu âm và sóng siêu âm là gì? trước nhé.

Siêu âm là một thuật ngữ nói về một dạng âm thanh có tần số cao so với tần số mà tai người có thể nghe được. Thông thường con người sẽ nghe được ở ngưỡng 20.000 Hz.

Sóng siêu âm là một loại sóng lan truyền trong nhiều môi trường khác nhau từ không khí, chất lỏng đến chất rắn,… Nếu ở trong cùng một môi trường lan truyền như nhau thì tần số cao hơn thì bước sóng sẽ ngắn hơn bước sóng của âm thanh. Chính vì bước sóng ngắn đó, độ phân giải sóng siêu âm tiếp xúc vật thể đủ để đạt độ chính xác cao tới vài milimet.

Vậy cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm là một thiết bị đo nhỏ gọn có chứa máy phát siêu âm và mô đun điện tử. Được sử dụng để đo liên tục các chất lỏng, nước thải, bùn, chất kết dính, nhựa trong các mạch đóng và mở khác nhau,… ngoài ta cảm biến siêu âm cũng có thể sử dụng để đo các chất rắn. Cảm biến siêu âm được sử dụng phổ biến từ công nghiệp đến đời sống.

Để dễ hiểu hơn về ứng dụng, ta phân cảm biến siêu âm thành:

• Cảm biến siêu âm trong công nghiệp: được dùng để kiểm tra khoảng cách chất lỏng, dùng trong máy hàn siêu âm, kiểm tra phát hiện dị tất của sản phẩm.
• Cảm biến siêu âm trong đời sống: trong y khoa được sử dụng nhiều nhất trong các máy siêu âm. Ngoài ra thì cảm biến siêu âm còn có một số ứng dụng khác: cảm biến siêu âm dùng để phát hiện có người trong phòng, cảm biến siêu âm dùng để định vị xe ô tô.

2. Cấu tạo của cảm biến siêu âm

Đầu dò: đầu dò có nhiều dạng khác nhau, tùy vào mục đích sử dụng sẽ có đầu dò phù hợp riêng

• Đầu dò thẳng (sóng dọc)
• Đầu dò ngang (sóng ngang)
• Đầu dò sóng bề mặt.
• Đầu dò kép ( 1 cái phát tín hiệu và 1 cái nhận tín hiệu).

Máy phát: rung bằng máy rung để tạo ra sóng siêu âm và lan truyền vào không khí.

Máy thu: khi máy rung nhận sóng siêu âm, tạo ra rung động cơ học tương ứng theo sóng siêu âm, chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của máy thu.

Điều khiển: điều khiển truyền siêu âm của máy phát bằng cách sử dụng mạch tích hợp và đánh giá xem máy thu có nhận được tín hiệu và kích thước của tín hiệu thu được hay không.

Nguồn điện: thường được cung cấp bởi nguồn điện DC bên ngoài với điện áp là PCB PCB ± 10% hoặc 24 V ± 10%, được cung cấp thông qua mạch ổn áp bên trong.

3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm hoạt động dựa theo nguyên tắc cho và nhận, chúng tạo ra sóng liên tục với tốc độ của sóng siêu âm. Khi bước sóng này gặp vật cản sẽ phản hồi lại bước sóng này, cảm biến siêu âm sẽ nhận lại bước sóng phản hồi này đồng thời phân tích để biết được khoảng cách từ vật cản tới cảm biến.

Nói cách khác thì cảm biến siêu âm sử dụng đầu dò điện âm đo mức truyền của một loạt các xung siêu âm lan ra bề mặt. Khi sóng siêu âm tiếp xúc với các vật cản như nước, nước thải, chất lỏng dạng kết dính, chất rắn như hạt nhựa, cát, xi măng, đá, bột,… thì sẽ phát tín hiệu xung quanh về cảm biến siêu âm. Sau đó cảm biến sẽ phân tích và chuyển đổi thành tín hiệu analog 4 – 20 mA để biết được khoảng cách từ vật cản đến cảm biến là bao nhiêu.

4. Ứng dụng cảm biến siêu âm

Một vài ứng dụng của cảm biến siêu âm được sử dụng nhiều trong cuộc sống hiện nay, nổi bật như

Cảm biến siêu âm đo mức nước

Đây là phương pháp dùng để giám sát mực chất lỏng trong các bồn chứa, silo, tank chứa,… bằng cảm biến siêu âm đo mức.

Ví dụ: một bồn chứa nước bằng inox có độ cao 6m và bạn cần phải giám sát xem số lượng nước có trong bồn chưa bao gồm bao nhiêu? Đối với cách làm thông thường là sẽ sử dụng các loại phao đo mức nước nhưng nhược điểm của chúng là có độ sai số khá cao và phải bảo trì thường xuyên.

Thay vào đó, cảm biến siêu âm được đưa vào sử dụng đã giải quyết được các vấn đề trên. Cảm biến siêu âm được gắn ở phía trên bồn chứa, tín hiệu output của loại cảm biến siêu âm là dạng 4 – 20 mA hoặc 0 – 10V. Sau đó đưa tín hiệu này về PLC để xử lý tín hiệu và hiển thị giá trị số lit tương tự trong bồn.

Cảm biến siêu âm dùng để đưa ra cảnh báo

Việc đưa ra cảnh báo giúp cho các hệ thống, dây chuyền sản xuất lường trước được các nguy cơ, sự cố chuẩn bị xảy ra để kịp thời ứng biến cho việc này. Tất cả các dạng cảm biến siêu âm đều cho ngõ ra dạng PNP hoặc NPN. Ở trạng thái bình thường thì cảm biến luôn OFF, khi có sự thay đổi của tín hiệu chúng sẽ đổi sang ON để đưa ra cảnh báo.

Cảm biến có thể phát hiện vật ở khoảng cách từ vài milimet đến vài met tùy theo từng loại cảm biến.

Cảm biến siêu âm dùng để giám sát liên tục

Đo liên tục cho ra tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V được đưa về PLC để đóng ngắt bơm hoặc điều khiển biến tần để ổn định mức nước trong các tank chứa.

Bài viết trên đã tổng hợp các thông tin cần thiết về cảm biến siêu âm là gì? Hy vọng sẽ giúp bạn hiểu hơn để ứng dụng trong cuộc sống.

>>> Tham khảo: Cảm biến nhiệt độ Pt100 là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động