Các loại cảm biến siêu âm

Các loại cảm biến siêu âm mà bạn biết là gì? Kể thử nghe chơi. Còn chưa biết thì xem bài này coi mình nói có đúng không nhé? Hoặc chưa đủ, bạn hãy cùng mình bổ sung thêm nào.

Nội Dung Chính

Cảm biến siêu âm là gì

Cảm biến siêu âm là gì? Để trả lời câu hỏi này. Trước hết bạn có biết “siêu âm” nghĩa là gì chưa?

Siêu âm là một dạng sóng âm thanh. Nhưng sóng âm thanh này nằm ở dải tần số ngoài khả năng nghe thấy của con người. Nên chúng được gọi là sóng siêu âm, hay sóng siêu thanh.

Đặc điểm sóng siêu âm là truyền với vận tốc âm thanh nhưng có bước sóng ngắn hơn nên có khả năng phát hiện vật cỡ milimet. Chúng có thể truyền trong nhiều môi trường: không khí, nước, kim loại…

Vậy bạn cũng đã ngờ ngợ ra cảm biến siêu âm là gì rồi phải không nào? Vâng, là cảm biến dựa trên việc thu phát sóng siêu âm. Có nghĩa là cảm nhận sóng siêu âm có mục đích.

Mục đích này thường phần lớn phục vụ cho nhu cầu trong sản xuất công nghiệp. Trong y tế, dân dụng thì ít hơn.

Chúng ta đã biết được câu trả lời rồi, tiếp theo chúng ta cùng tập trung tìm hiểu về cảm biến siêu âm dùng trong công nghiệp nhé!

Cảm biến đo mức nước siêu âm dùng để đo mức nước hay mức chất lỏng liên tục. Tín hiệu ngõ ra dạng analog 4-20mA hay 0-10V hoặc NPN/PNP để đưa về PLC hoặc bộ đọc tín hiệu mức chất lỏng. Cảm biến đo mức nước siêu âm được sử dụng cho các ứng dụng có độ sâu từ 0.25m trở lên. Cảm biến siêu âm cho độ chính xác cao, không bị nhiễu bởi môi trường thông thường.

Các loại cảm biến siêu âm trong công nghiệp có thể chia làm 2 loại cơ bản như sau:

Đo mức dùng cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm phát hiện vật trên băng tải

Cảm biến siêu âm đo mức

Nguyên lý của chúng được tận dụng để đo mức chất lỏng liên tục hoặc một số ít dùng để đo đầy đo cạn.

Cảm biến đo mức siêu âm khi hoạt động sẽ phát một chùm sóng siêu thanh từ đầu cảm biến. Chùm sóng này truyền đi theo phương thẳng tới có dạng hình quạt. Đến khi chạm vào mặt nước, chất lỏng sẽ bị dội ngược lại đầu cảm biến.

Ở đầu cảm biến siêu âm có bộ phận thu sóng. Đó là cách để chúng hoạt động. Nhưng khoan đã, nếu chỉ có như vậy thì làm sao nó biết được khoảng cách chất lỏng cách miệng silo hay bồn chứa là bao nhiêu?

Đúng là nguyên lý của cảm biến siêu âm chỉ có vậy: Phát sóng đi, gặp vật thể phản xạ và nhận sóng phản hồi về.

Nhưng thời gian giữa sóng đi và sóng về mới chính là mấu chốt của việc tính toán ra khoảng cách. Đo đó, trên thân cảm biến còn có một vi mạch, với phần mềm cài đặt sẵn và các thông số có thể tuỳ chỉnh tuỳ theo hình dáng của silo hay bồn chứa. Chúng sẽ được calib cho phù hợp để đem đến kết quả đo chính xác nhất.

Các cảm biến siêu âm đo mức trong công nghiệp thường có tín hiệu output dạng analog 4-20mA cho phù hợp với xu hướng quản lý điều khiển tín hiệu.

Và chúng cũng có 2 loại:

Cảm biến siêu âm có hiển thị, tức là có màn hình hiển thị thông tin.
Cảm biến siêu âm không hiển thị. Loại này thường lấy tín hiệu đưa về trung tâm điều khiển.

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản

Chúng có thể xem như là những cảm biến tiệm cận trên hệ thống băng tải. Chúng cũng phát ra những chùm sóng siêu thanh. Ưu điểm là khả năng phát hiện vật ở khoảng cách xa hơn so với cảm biến tiệm cận.

Về nguyên lý, chúng luôn phát ra những chùm sóng đi. Khi có vật trên băng tải đi qua cảm biến. Lập tức chúng bị phát hiện qua những sóng phản xạ về.

Chúng thường dùng thay thế cho cảm biến hồng ngoại trong môi trường bị ảnh hưởng bởi khói hay bụi,…

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản có khá nhiều ứng dụng như: là con mắt trên robot, lắp trên bãi đỗ xe tự động, băng tải sản xuất,…

Cấu tạo cảm biến siêu âm

Một cảm biến siêu âm cơ bản có cấu tạo gồm 3 phần chính:

Phát tín hiệu đi
Thu sóng phản hồi
Vi mạch xử lý tín hiệu

Phát sóng

Các đầu phát sóng siêu âm được chế tạo đặc biệt. Do là thiết bị chuyên nghiệp hoạt động trong môi trường công nghiệp, cho nên chúng phải bền, hoạt động liên tục và phải ổn định. Các chùm sóng phải đạt yêu cầu.

Khi được cấp nguồn hoạt động, các chùm sóng liên tục được phát ra. Một số model, chúng ta có thể hiệu chỉnh về phạm vi và khả năng phát sóng của đầu cảm biến.

Thu sóng phản hồi

Tương tự như đầu phát, bộ phận thu sóng được tích hợp chung cùng một đầu cảm biến. Nhiệm vụ của chúng thật đơn giản. Ngồi đó chờ đợi sóng phát phản hồi về (nếu gặp vật cản). Nếu không có vật cản, hay vật cản nằm xa ngoài phạm vi chùm sóng thì anh thu sóng sẽ hát bài hát “em đi xa quá, em đi xa anh quá…”

Nhưng trong thực tế, bộ thu sẽ không rảnh rỗi như thế đâu. Sóng phát đi liên tục, gặp mặt chất lỏng, nên sóng phản xạ về liên tục. Do đó, chúng ta sẽ luôn có kết quả mức chất lỏng trong bồn tăng hay giảm liên tục. Có thể nói như là trực tuyến luôn!

Xử lý tín hiệu

Phần xử lý tín hiệu có nhiệm vụ xử lý tính toán thời gian từ khi phát đến khi thu được sóng siêu âm do nó phát ra.

Chúng là một vi mạch tích hợp, với các phần mềm được lập trình sẵn. Chúng tính toán, đo độ rộng xung, thời gian giữa tín hiệu phát và tín hiệu nhận. Từ đó chúng tính toán ra các khoảng cách đo thực tế.

Việc tính toán so sánh này diễn ra rất nhanh, tính bằng phần trăm của giây. Nên kết quả trả về hệ thống điều khiển nhanh chóng. Giúp hệ thống hoạt động một cách tự động và tốc độ cao.

Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm

Các loại cảm biến siêu âm đo mức nói chung có thể được biết đến như là bài toán thay thế cho các phương pháp đo mức cũ như: đo mức bằng que, đo mức bằng phao hay thậm chí đo mức bằng điện dung cũng không đạt đến độ chính xác của cảm biến siêu âm.

Trong phát hiện khoảng cách thì các loại cảm biến siêu âm có ưu điểm vượt trội hơn cảm biến quang hồng ngoại ở độ nhạy, khoảng cách phát hiện vật cũng như môi trường đo,…

Thông tin trên các bạn có nhận thấy là cảm biến siêu âm không cần tiếp xúc với vật cần đo hay không? Đó là ưu điểm của chúng. Và nguyên lý của chúng là dùng sóng siêu thanh nên tốc độ đo và phản hồi rất cao, ngay tức thì. Đó cũng là một ưu điểm nữa.

Nhưng nhược điểm của cảm biến siêu âm có thể nói đến như là ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất. Theo công bố thì chúng chỉ hoạt động tốt ở nhiệt độ tầm 50-60C trở lại. Và áp suất phải dưới ½ đến 1 bar.

Mặt khác, do là công nghệ mới nên giá thành chúng khá cao so với các cảm biến khác cùng chức năng. Cho nên đây cũng có thể là nhược điểm của cảm biến siêu âm.

Cảm biến siêu âm và ứng dụng

Nói về ứng dụng thì ngay trong từng mục mình đã trình bày luôn về ứng dụng của từng loại luôn rồi.

Chúng quanh quẩn trong vài ứng dụng chuyên sâu trong công nghiệp như:

Các loại cảm biến siêu âm đo mức: Đo mức chất lỏng hay rắn như: Nước sạch, nước thải, dầu, bột, xi măng,…

Ứng dụng cảm biến siêu âm trên điện thoại

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản: Phát hiện xe ra vào bãi đỗ xe tự động, phát hiện sản phẩm lỗi trên băng tải, đóng nắp chai, robot dò đường,…

Bài viết mình tóm gọn hết mức có thể về các loại cảm biến siêu âm hiện đang được sử dụng trong ngành công nghiệp. Các bạn có thông tin gì mới, hãy bình luận bên dưới để mình bổ sung thêm nhé!

Rất mong nhận được phản hồi và chia sẻ của các bạn! Cảm ơn!