Cảm biến siêu âm là gì? Ứng dụng và nguyên lý hoạt động

Trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như đo khoảng cách, chẩn đoán hình ảnh, hay đo mực chất lỏng, cảm biến siêu âm luôn là lựa chọn hàng đầu. Vậy cảm biến siêu âm là gì? Ứng dụng và nguyên lý hoạt động của chúng như thế nào? Hãy cùng RX Tradex tìm hiểu qua bài viết dưới dây để nắm rõ hơn.

1. Cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm là một thiết bị cảm biến điện tử để đo khoảng cách đến đối tượng mục tiêu. Hoạt động bằng cách phát ra sóng siêu âm và sau đó chuyển đổi âm thanh phản xạ thành tín hiệu điện. Tín hiệu này sẽ được xử lý và cung cấp thông tin đầu ra. Bộ phát của cảm biến tạo ra âm thanh bằng cách sử dụng tinh thể áp điện. Còn bộ thu có vai trò nhận âm thanh đến và đi từ các vị trí.

2. Cấu tạo của cảm biến siêu âm

Thiết bị cảm biến siêu âm chủ yếu gồm một bộ phận chính phát ra tín hiệu là đầu dò. Đầu dò cảm biến hoạt động tương tự microphone để nhận và phát siêu âm.

Cấu tạo của các đầu dò cảm biến sóng siêu âm thường bao gồm:

Bộ phát: Được làm từ gốm với đường kính cỡ 15mm, tạo ra sóng siêu âm bằng cách sử dụng chuyển động rung để truyền sóng qua không khí.

Bộ thu: Có nhiệm vụ tiếp nhận các rung động tương ứng với sóng siêu âm và chuyển đổi chúng thành năng lượng điện ở đầu ra.

Bộ điều khiển: Sử dụng mạch điện tích hợp để điều khiển việc phát sóng siêu âm từ bộ phát, đồng thời đánh giá khả năng nhận tín hiệu và kích thước của bộ thu.

Nguồn điện: Cung cấp năng lượng một chiều cho thiết bị thông qua mạch ổn áp.

3. Có mấy loại cảm ứng siêu âm?

Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp có hiển thị 

Cảm biến siêu âm thông thường sẽ được trang bị màn hình hiển thị LCD, cho phép tùy chỉnh khoảng cách đo mà không cần mẫu thử. Việc cài đặt thiết bị cũng rất đơn giản, tất cả đều có thể nhập bằng tay trên màn hình của cảm biến. Màn hình này không chỉ dùng để cài đặt mà còn có chức năng hiển thị mức nước hoặc tín hiệu ngõ ra. Với thiết kế bền bỉ, đạt chuẩn chống nước và chịu nhiệt tốt, loại cảm biến này được nhiều người tin dùng và lựa chọn.

Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp không hiển thị

Để giảm thiểu chi phí, các cảm biến siêu âm không hiển thị đã ra đời. Do không có màn hiển thị, việc cài đặt trở nên phức tạp hơn so với dạng có hiển thị. Các dải đo của cảm biến siêu âm không hiển thị khá rộng. Tín hiệu ngõ ra dưới dạng 4-20mA hoặc 0-10V và có khả năng chống nước tốt.

Cảm biến siêu âm có chống nước

Đối với ứng dụng đo mực chất lỏng, cảm biến siêu âm cần phải có khả năng chống nước và chống ẩm cao. Các tiêu chuẩn thường thấy ở mức chuẩn chống nước là IP67 hoặc cao hơn. Loại cảm biến này thường lắp đặt ngoài trời nên phải có chuẩn chống nước để chịu được thời tiết khắc nghiệt như nắng, mưa.

Cảm biến siêu âm – SRF05

Đây là loại cảm biến siêu âm chuyên đo khoảng cách, mức chất lỏng, hoặc sử dụng trong các mạch điện của robot dò đường, phát hiện vết đứt gãy trong dây cáp…

Điểm mạnh của SRF05 là kích thước nhỏ gọn và khả năng kết nối linh hoạt với các MCU như Arduino, DSP, AVR…

Tuy nhiên, cảm biến này có nhược điểm là độ nhiễu khá cao và khoảng cách đo giới hạn từ 2cm đến 450cm. Ngoài ra, cảm biến có sai số khá lớn với các ứng dụng trong phạm vi rộng.

4. Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến sóng siêu âm

Những ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm mà người dùng nên xem xét kỹ lưỡng

Ưu điểm

• Giúp đo khoảng cách và xác định tốc độ của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp, nhờ đó có thể hoạt động linh hoạt với nhiều loại vật chất khác nhau, kể cả trong những môi trường khắc nghiệt mà con người không thể làm việc.
• Cảm biến sóng siêu âm có độ nhạy cao, phản hồi tín hiệu chỉ trong vài giây, giúp hệ thống hoặc con người xử lý tình huống một cách hiệu quả. Độ sai số của cảm biến này khá thấp, chỉ khoảng 0,15% trong phạm vi 2 mét.

Nhược điểm

• Nếu không được lắp đặt đúng cách, cảm biến sóng siêu âm dễ bị nhiễu tín hiệu
• Chi phí cho cảm biến sóng siêu âm thường khá cao, cao hơn so với các loại cảm biến khác có chức năng tương tự.

5. Lưu ý khi mua cảm biến siêu âm

Khi đứng trước nhiều loại cảm biến khác nhau trên thị trường, người dùng nên cân nhắc một số yếu tố quan trọng như sau:

Về khoảng cách đo

Tùy theo từng ứng dụng đo khoảng cách khác nhau mà người dùng nên chọn loại cảm biến siêu âm phù hợp. Ví dụ nếu cần đo khoảng cách ngắn, hãy chọn những cảm biến siêu âm chuyên dụng tương ứng.

Vùng mù của cảm biến có phù hợp

Vùng cảm biến là yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất hoạt động của thiết bị. Đây là khoảng cách từ bộ phát của cảm biến đến điểm dưới cùng. Chú ý chọn cảm biến cho phù hợp với vị trí sử dụng 

Nhiệt độ và môi trường đo

Cảm biến siêu âm bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường, nên cần lưu ý điều này khi chọn mua. Trong những ứng dụng với môi trường khắc nghiệt, nên chọn thiết bị có khả năng chịu nhiệt và chịu lực cao.

6. Tổng kết

Với sự gia tăng nhu cầu sử dụng cảm biến siêu âm, thị trường hiện nay cho ra mắt rất nhiều loại cảm biến khác nhau, gây khó khăn trong việc lựa chọn. Vì vậy, qua bài viết này, RX Tradex đã điểm qua những thông tin chi tiết về loại cảm biến siêu âm, từ ứng dụng cho đến cấu tạo, cùng những lưu ý quan trọng khii mua cảm biến siêu âm này. Ngoài ra, nếu quý doanh nghiệp quan tâm đến các công nghệ và xu hướng thị trường mới nhất, hãy tham gia triển lãm NEPCON 2024 – Triển lãm duy nhất tại Việt Nam về SMT, Công nghệ kiểm tra, Thiết bị và Công nghiệp hỗ trợ cho sản xuất điện tử, do RX Tradex tổ chức. Đăng ký tham gia tại đây.