CÔNG TY TNHH TM & DỊCH VỤ THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP SÀI GÒN

Cảm biến siêu âm là gì? Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến siêu âm .

Ví dụ như bạn thấy các loại cảm biến trong phòng, khi có người thì đèn sẽ bật sáng, còn nếu không có người thì đèn sẽ tắt.

Đó chính là ứng dụng của cảm biến siêu âm.

Hoặc nếu bạn có theo dõi các thiết bị công nghệ thì gần đây, hãng Samsung vừa cho ra mắt chiếc điện thoại có ‘cảm biến vân tay siêu âm’ trong màn hình.

Đó cũng là một ứng dụng của cảm biến siêu âm.

Còn nữa, khi bạn lái xe ô tô, khi phía đầu xe hoặc đuôi xe của bạn sắp va chạm thì sẽ có hệ thống báo động cho bạn biết.

Thì đó cũng là 1 loại cảm biến siêu âm chuyên dùng để đo khoảng cách.

Và còn rất rất nhiều nữa,….

Nhưng có thể là bạn không nhận ra thôi.

Và ngày nay, càng ngày càng có nhiều ứng dụng của cảm biến siêu âm xuất hiện trong đời sống hằng ngày cũng như trong công nghiệp tự động hóa.

Sau đây, hãy cùng mình tìm hiểu về loại thiết bị thú vị này nha. Trong phạm vi kiến thức của mình, mình sẽ giới thiệu thật đơn giản để bạn có thể hiểu rõ hơn về loại cảm biến siêu âm.

Và khi nào cũng vậy, để tìm hiểu rõ về nó, trước tiên ta cần hiểu khái niệm về nó:

Cảm biến siêu âm là gì?

Nói một cách đơn giản, cảm biến siêu âm là một thiết bị cảm biến hoạt động dựa trên sóng siêu âm. Cũng giống như các loại cảm biến áp suất hay cảm biến nhiệt độ, cảm biến siêu âm được dùng chủ yếu là để đo khoảng cách hoặc vận tốc. Ngoài ra thì còn được sử dụng trong các ứng dụng như làm sạch bằng sóng siêu âm hoặc dùng trong siêu âm y khoa (siêu âm chuẩn đoán hình ảnh).

Vậy thì siêu âm là gì?

Siêu âm là một loại âm thanh có tần số cao hơn tần số mà tai người có thể nghe được. Trung bình tần số của siêu âm rơi vào khoảng 20kHz trở lên. 

Nguyên lý cảm biến siêu âm:

Để giải thích về nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm, mình sẽ lấy ví dụ ở các loại động vật như dơi hoặc cá heo.

Có thể bạn chưa biết, dơi là loài vật có khả năng phát và cảm nhận được sóng siêu âm. Bởi vì dơi là loài động vật hoạt động về đêm nên thị giác của nó không phát triển. Để tránh bị va chạm khi bay vào ban đêm, dơi sẽ phát ra các loại sóng siêu âm khi bay để định vị hướng. Khi sóng siêu âm gặp vật cản sẽ phản xạ lại, dơi nhận các sóng phản xạ này lại để biết là phía trước có vật cản và đổi hướng.

Và loại cảm biến siêu âm cũng hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự như vậy.

Đầu tiên, đầu cảm biến sẽ phát ra 1 chùm sóng siêu âm xuống bề mặt cần đo khoảng cách. Khi sóng siêu âm gặp bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngược lại. Khi đó cảm biến sẽ thu lại các chùm sóng siêu âm này.

Dựa vào thời gian phản xạ và vận tốc của sóng, cảm biến sẽ tính ra được khoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt chất lỏng.

Ưu và nhược điểm của cảm biến sóng siêu âm:

Bất kỳ một loại thiết bị cảm biến công nghiệp nào cũng đều có ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Và cảm biến siêu âm cũng vậy. Hãy cùng mình tìm hiểu về những ưu điểm cũng như nhược điểm của cảm biến sóng siêu âm sau đây.

Ưu điểm của cảm biến sóng siêu âm:

Sử dụng sóng siêu âm nên có thể đo khoảng cách mà không cần tiếp xúc với vật chất cần đo. Vì thế, cảm biến siêu âm thường được dùng để đo mức chất lỏng có độ ăn mòn cao như acid hoặc xăng, dầu,…

Sóng siêu âm là một loại âm thanh có tần số cao nên độ nhạy của cảm biến rất cao, thời gian đáp ứng nhanh.

Độ chính xác của cảm biến siêu âm gần như là tuyệt đối, sai số trung bình khoảng 0,15% đối với khoảng cách 2m trở lại.

Nhược điểm của cảm biến sóng siêu âm:

Cảm biến siêu âm chịu ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ và áp suất. Vì thế nó chỉ hoạt động tốt nhất ở môi trường có nhiệt độ từ 60 độ C trở xuống và áp suất khoảng 1 bar trở lại.

Các loại cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng có chi phí đầu tư ban đầu là khá cao so với các loại cảm biến đo mức chất lỏng khác.

Một nhược điểm khác là cảm biến siêu âm rất dễ bị nhiễu tín hiệu nên khi lắp đặt, bạn cần phải lắp theo đúng hướng dẫn của nhà sản xuất.

Ứng dụng cảm biến siêu âm:

Đã tìm hiểu qua các khái niệm cũng như là ưu, nhược điểm của cảm biến siêu âm rồi. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về một vài ứng dụng của cảm biến siêu âm:

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản:

Như ví dụ phía trên, trên các dòng ô tô hiện nay, ở phần đầu xe và đuôi xe đều được trang bị cảm biến siêu âm đo khoảng cách.

Khi phát hiện phần đầu xe hoặc đuôi xe gần va chạm thì cảm biến sẽ xuất tín hiệu báo động về để báo cho tài xế biết là sắp có va chạm.

Cảm biến siêu âm công nghiệp:

Trong công nghiệp, cảm biến siêu âm được ứng dụng trong những ứng dụng phát hiện dị tật của sản phẩm; phát hiện sản phẩm bị ngã đổ trên băng chuyền, phát hiện sản phẩm bị nứt hoặc bể,….

Ngoài ra, người ta còn dùng cảm biến siêu âm để đo mức nhiên liệu trong bể hoặc xác định kích thước của sản phẩm sau sản xuất.

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách:

Khi sử dụng cảm biến siêu âm; cảm biến sẽ phát ra 1 chùm tia sóng hình nón xuống vị trí cần đo khoảng cách. Thông thường người ta dùng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt sản phẩm trên băng chuyền.

Nếu khoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt sản phẩm đột ngột tăng cao thì khả năng là sản phẩm đó đang bị móp, méo hoặc đang bị nứt. Từ đó cảm biến sẽ báo động và loại sản phẩm đó ra khỏi băng chuyền.

Cảm biến siêu âm đo mức nước:

Ngoài ứng dụng để đo mức nước, người ta còn dùng cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng nói chung. Tức là bao gồm cả dầu ăn, dầu diesel, socola, nước trái cây, đường, muối, acid ăn mòn,….

Lý do là vì dòng cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng này có thể đo mức mà không cần tiếp xúc với môi trường đo nên không bị ảnh hưởng bởi độ ăn mòn và cũng đươc dùng trong các ứng dụng đo mức thực phẩm.

Thông thường người ta sẽ lắp đặt cảm biến siêu âm ở phía trên của bồn chứa, sau đó tín hiệu output của cảm biến sẽ được đưa về tủ điện để điều khiển mức nước hoặc báo động khi mức nước vượt quán giới hạn đặt ra.

Tìm hiểu kỹ hơn về ứng dụng này, bạn có thể tham khảo tại đường link sau:

Cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng Dinel

Cảm biến vân tay siêu âm:

Bạn có nghe, Samsung vừa cho ra mắt chiếc điện thoại Galaxy S10/S10+ có hỗ trợ cảm biến vân tay siêu âm. Bạn có biết là cảm biến này hoạt động cũng dựa trên nguyên lý sóng siêu âm.

Cảm biến này hoạt động dựa trên công nghệ được gọi là “3D Sonic Sensor” . Nó hoạt động bằng cách thu lại sóng âm bị phản hồi lại từ làn da của bạn. Nó sẽ ghi lại thông tin chi tiết của ngón tay xuyên qua nước, kem dưỡng da và dầu mỡ, vào ban đêm hoặc dưới ánh sáng ban ngày.

Khi bạn đặt tay lên bàn hình điện thoại, sóng siêu âm sẽ phát ra từ màn hình đến các vân tay của bạn. Bởi vì các dấu vân tay của bạn là các rãnh lồi, lõm khác nhau nên khi sóng siêu âm tiếp xúc sẽ phản xạ sóng lại có khoảng cách khác nhau.

Từ đó, con chip trong điện thoại sẽ dựa vào các sóng siêu âm được phản xạ lại để vẽ lại dấu vân tay của bạn bằng 3D.

Các loại cảm biến siêu âm:

Trên thực tế thị trường có rất nhiều các loại cảm biến siêu âm khác nhau. Mỗi loại lại có cấu tạo và công dụng khác nhau. Sau đây hãy cùng mình tìm hiểu về một số loại cơ bản:

Cảm biến siêu âm chống nước:

Các loại cảm biến siêu âm thông thường được lắp ở những vị trí trên cao như phía trên băng chuyền; hoặc lắp trong board mạch. Vì thế nó không đòi hỏi phải có tiêu chuẩn chống nước.

Nhưng đối với các loại cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng; thông thường phải có chuẩn chống nước ở mức IP67 hoặc cao hơn.

Lý do là vì các loại cảm biến này thường được lắp đặt ngoài trời; nên cần phải có chuẩn chống nước để bảo vệ trước thời tiết nắng, mưa.

Cảm biến siêu âm arduino:

Thực ra thì arduino không phải là tên của 1 loại cảm biến siêu âm. Mà arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.

Có thể ví arduino giống như một máy tính nhỏ. Trên đó, người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code.

Để tìm hiểu sâu hơn về arduino là gì thì chắc chúng ta sẽ tìm hiểu trong 1 bài viết khác.

Cảm biến siêu âm omron:

Omron là một thương hiệu lớn của Nhật Bản, nước duy nhất ở Châu Á nằm trong nhóm G7. Vì thế về chất lượng của thương hiệu này thì ta không có gì để bài cãi rồi.

Ưu điểm lớn nhất của dòng sản phẩm cảm biến từ Omron là giá thành cực kỳ cạnh tranh bởi vì Omron có nhà máy sản xuất ngay tại Trung Quốc. Chính vì thế nên nó làm giảm giá thành của sản phẩm, giúp sản phẩm tiếp cận đến nhiều người hơn.

Cảm biến siêu âm Carlo Gavazzi:

Là dòng cảm biến của hãng Carlo Gavazzi đến từ Italy; cũng trong nhóm G7 nên về chất lượng của sản phẩm, ta cũng không cần phải bàn cãi nhiều.

Có phạm vi đo là 350mm đến 6000mm, nhưng chúng ta có thể cài đặt bất cứ thang đo nào; miễn là trong giới hạn 6000mm là được.

Tín hiệu output của cảm biến cũng là dạng analog 4-20mA hoặc 0-10V. Dạng tín hiệu này đa số các thiết bị trên thị trường đều có thể đọc được cũng như các loại PLC đều nhận được tín hiệu dạng này.

Cảm biến siêu âm HC-SR04:

Loại cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC.