Cảm Biến Siêu Âm Là Gì? Nguyên Lý Hoạt Động, Cấu Tạo & Ứng Dụng

Cảm biến siêu âm là gì? Loại cảm biến này được ứng dụng như thế nào trong đời sống hằng ngày của chúng ta? Các thông tin chi tiết liên quan đến cảm biến âm này những gì? Hãy cùng công ty nhà thông minh AiSmartHome khám phá trong bài viết này nhé.

Cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm (hay Ultrasonic Sensor) là một thiết bị điện tử dùng để đo khoảng cách của một đối tượng hay vật thể xác định bằng cách phát ra các các sóng siêu âm. Các âm thanh phản xạ được phát ra sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này sẽ được xử lý và trả kết quả ở đầu ra của cảm biến. Bộ phát của cảm biến có khả năng tạo ra âm thanh nhờ việc sử dụng tinh thể điện áp. Bộ phận thu của cảm biến có nhiệm vụ tiếp nhận âm thanh đến và đi từ các vị trí khác nhau nhận diện được.

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

Cũng như những loại cảm biến khác, cảm biến siêu âm cũng có những ưu và nhược điểm riêng. Người dùng có thể nắm vững để có thể ứng dụng tốt cho mục đích sử dụng của mình.

Ưu điểm của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm có những ưu điểm nổi bật sau đây:

• Cảm biến giúp đo chính xác khoảng cách, xác định vận tốc của vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
• Cảm biến có thể hoạt động tốt trong các môi trường khắc nghiệt, độ ẩm cao, bụi bặm nhiều. Đặc biệt không bị ảnh hưởng yếu tố môi trường.
• Cảm biến siêu âm tiêu thụ điện năng thấp, dễ dàng tích hợp với nhiều thiết bị.
• Cảm biến có độ nhạy cao nên thời gian phản hồi kết qua nhanh, kết quả có độ chính xác cao, sai số nhỏ và chỉ rơi vào 0,15% trong phạm vi 2m.

Nhược điểm của cảm biến siêu âm

Bên cạnh những ưu điểm thì cảm biến siêu âm còn tồn tại một số nhược điểm như sau:

• Cảm biến siêu âm dễ bị nhiễu tín hiệu khi lắp đặt không đúng cách hoặc bị nhiễu bởi những tín hiệu các sóng có tần số cao. Do vậy, khi lắp đặt cảm biến phải lắp đúng cách và tuân theo hướng dẫn
• Để sử dụng cảm biến siêu âm thì chi phí bỏ ra là khá lớn, cao hơn mặt bằng chung các loại cảm biến khác.

Cấu tạo của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm được cấu thành bởi những bộ phận sau đây:

• Bộ thu: Bộ thu có nhiệm vụ hình thành các rung động cơ học tương thích với sóng siêu âm nhận được và chuyển đổi các rung động này năng lượng điện ở đầu ra của bộ thu.
• Bộ phát: Được hoạt động dựa trên cơ chế chuyển động của máy rung để tạo ra sóng siêu âm truyền đi trong không khí. Bộ phận này được làm bằng gốm, có đường kính khoảng 15mm.
• Mạch điều khiển: Đây là bộ phận trung tâm của cảm biến, thực hiện nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ bộ thu và tính toán khoảng cách dựa trên thời gian phản hồi của sóng siêu âm.
• Vỏ bảo vệ: Vỏ thường được làm bằng nhựa hoặc bằng kim loại, giúp bảo vệ các bộ phận bên trong của cảm biến khỏi những tác động bên ngoài của môi trường.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm được hoạt động dựa trên nguyên lý phát sóng và phản xạ sóng. Khi cảm biến hoạt động thì sẽ phát ra sóng siêu âm, sóng này gặp vật cản thì phản xạ trở lại. Bộ thu sẽ ghi nhận kết quả phản xạ này.

• Phát sóng siêu âm: Bộ phát sẽ phát ra sóng siêu âm với tần số cao trên 20kHz. Sóng này sẽ được phát ra môi trường xung quanh.
• Phản xạ sóng: Sóng siêu âm khi gặp vật cản thì nó sẽ phản xạ ngược lại về cảm biến.
• Thu sóng phản xạ: Bộ thu sẽ thu sóng âm phản xạ và chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng.
• Xử lý tín hiệu: Mạch điều khiển sẽ xử lý tín hiệu nhận được và tính toán khoảng cách từ cảm biến đến vật cản dựa trên thời gian trễ của sóng âm phản hồi.
• Kết quả hiển thị: Kết quả đo khoảng cách sẽ được hiển thị và truyền tới hệ thống điều khiển.

Những chỉ số quan trọng của cảm biến siêu âm

Với nguyên lý hoạt động động nêu trên, thì có một số chỉ số liên quan đến cảm biến siêu âm mà người dùng nên nắm rõ khi sử dụng loại cảm biến này.

Tần số hoạt động

Tần số hoạt động của cảm biến siêu âm là chỉ số thể hiện tần số cộng hưởng của đầu dò cảm biến. Độ nhạy và khả năng hoạt động của cảm biến phụ thuộc vào tần số phát ra của cảm biến, tần số càng lớn thì tốc độ phản hồi càng nhanh và ngược lại.

Nhiệt độ

Nhiệt độ của đầu dò cảm biến sẽ tăng trong quá trình hoạt động và ảnh hưởng tới khả năng làm việc của các thiết bị ứng dụng. Những loại cảm biến siêu âm nước thường có nhiệt độ tương đối thấp và hoạt động tốt trong thời gian dài mà không bị ảnh hưởng. Những đầu dò của cảm biến này ứng dụng trong y tế thì cần phải làm lạnh để có thể hoạt động cho kết quả chính xác được.

Độ nhạy

Độ nhạy của cảm biến phụ thuộc vào tần số hoạt động của đầu dò cảm biến và mạch điều khiển. Tần số càng cao thì độ nhạy càng lớn và ngược lại.

Hiển thị

Các cảm biến siêu âm thường có tích hợp hiển thị để biết được khoảng cách đo ngay trên cảm biến là bao nhiêu mét. Tuy nhiên, có một số loại cảm biến khác lại loại bỏ chỉ số hiển thị mà truyền tín hiệu Analog 4–20mA về trung tâm điều khiển để tiết kiệm chi phí.

Độ chính xác

Đối với các loại thiết bị đo, thì độ chính xác luôn là một chỉ số quan trọng. Cảm biến siêu âm thường cho kết quả đo chính xác, sai số nhỏ ít xảy ra trong quá trình đo. Tùy vào việc sử dụng cảm biến cho các mục đích khác nhau mà bạn có thể lựa chọn các loại cảm biến siêu âm thích hợp để đảm bảo độ chính xác tuyệt đối nhất.

Các loại cảm biến siêu âm phổ biến hiện nay

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại cảm biến siêu âm khác nhau, mỗi loại sẽ có những đặc điểm riêng và được ứng dụng cho từng lĩnh vực cụ thể khác nhau. Dưới đây là một số loại cảm biến được đánh giá là phổ biến hiện nay nhé:

Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp có hiển thị

Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp có hiển thị thường được gắn với màn hình hiển thị LCD, cho phép đo khoảng cách tùy ý mà không cần mẫu thử, việc cài đặt cũng diễn ra rất dễ dàng. Quá trình nhập đều thực hiện bằng tay trên màn hình của cảm biến.

Màn hình có chức năng vừa cài đặt vừa hiển thị tín hiệu đầu ra và hiển thị mực nước. Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp có hiển thị có thiết kế chắc chắn, khả năng chống nước cao, chịu nhiệt tốt. Đây được xem là loại cảm biến mà được nhiều người dùng ưa chuộng và lựa chọn nhiều nhất.

Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp không hiển thị

Cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp không hiển thị là loại cảm biến không có màn hình cảm biến nên loại cảm biến này sẽ cài đặt khó khăn hơn loại cảm biến có màn hình hiển thị. Với ưu điểm chi phí thấp, tối ưu chi phí cho người sử dụng cảm biến này được ra đời. Các dải đo của cảm biến siêu âm ứng dụng công nghiệp không hiển thị được đánh giá là khá rộng, tín hiệu đầu ra dạng 0-10V hoặc 4-20mA. Cảm biến cũng có khả năng chống nước tốt.

Cảm biến siêu âm có chống nước

Cảm biến siêu âm chống nước là loại cảm biến thường được lắp đặt tại các vị trí trên cao tại các băng chuyền hay được lắp đặt trong các bảng mạch. Những cảm biến siêu âm được ứng dụng trong việc đo chất lỏng thì phải sử dụng cảm biến này chống nước là IP67 hoặc mức độ cao hơn. Nguyên nhân là các cảm biến này thường được lắp đặt ngoài trời nên cần phải sử dụng loại cảm biến có khả năng chống nước tốt trước sự tác động của thời tiết mưa, nắng.

Cảm biến siêu âm – SRF05

Cảm biến siêu âm –SRF05 là loại cảm biến thường được ứng dụng để đo khoảng cách, đo mực chất lỏng, ứng dụng trong các mạch điện của robot dò đường, hay được ứng dụng để phát hiện ra các vết nứt gãy trong dây cáp. Cảm biến này có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, có khả năng kết nối với các MCU (gồm có Arduino, DSP, AVR, PIC,… Tuy nhiên, cảm biến SRF05 lại có nhược điểm đó là chỉ được ứng dụng đo ở khoảng cách ngắn và độ nhiễu lớn khi đo vật ở khoảng cách gần.

Ứng dụng của cảm biến siêu âm trong đời sống hàng ngày

Cảm biến siêu âm cũng được ứng dụng phổ biến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sau đây là một số lĩnh vực được ứng dụng nhiều nhất.

Phát hiện vật cản

Cảm biến siêu âm ứng dụng để phát hiện vật cản, nên thường được lắp đặt ở đầu xe và đuôi xe ô tô, để xác định chính xác vị trí và khoảng cách của vật cản và hỗ trợ tối đa cho người lái xe. Thêm vào đó, cả biến được ứng dụng phát hiện các vật thể và đưa ra các cảnh bảo xảy ra nguy cơ tai nạn, va chạm cho người lái xe.

Giúp đo khoảng cách

Cảm biến siêu âm sẽ phát ra một chùm tia sáng hình nón chiếu xuống vị trí cần đo khoảng cách. Nên người ta thường ứng dụng cảm biến siêu âm đo khoảng cách của các sản phẩm trên băng chuyền sản xuất của các nhà máy. Nếu khoảng cách bị thay đổi thì khả năng sản phẩm đó bị bóp méo, không đủ tiêu chuẩn. Cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu báo động và loại sản phẩm ra khỏi dây chuyền.

Đo mức nước

Cảm biến siêu âm cho phép đo chính xác khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng, không kể trạng thái trong hay đục của nước, cảm biến vẫn đo được. Cảm biến này thường có khả năng chống nước cao, nên hoạt động ổn định và hiệu quả trong môi trường ẩm ướt. Đây là một loại cảm biến không thể thiếu trong lĩnh vực đo mực nước.

Cảm biến vân tay siêu âm bảo mật

Hiện nay, các thiết bị thông minh thường được ứng dụng cảm biến vân tay sóng âm này. Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý ứng dụng công nghệ 3D Sonic Sensor, bằng việc thu sóng âm phản hồi lại từ làn da của bạn. Khi đó cảm biến sẽ ghi lại thông tin chi tiết của vân tay và mở khóa thiết bị. Ngoài ra, cảm biến còn được dùng để phát hiện điểm bất thường và phát hiện sự xuất hiện của người tới gần.

Ngoài những ứng dụng của cảm biến siêu âm mang lại dược nêu trên, hiện nay có nhiều loại cảm biến thông minh khác đóng vai trò rất quan trọng và mang đến nhiều tính năng hữu ích trong cuộc sống hằng ngày. Bạn có thể tìm hiểu thêm những thông tin về các loại cảm biến thông minh tại đây nhé: Cảm biến thông minh là gì? cấu tạo, ứng dụng & phân loại.

Trên đây là toàn bộ thông tin trả lời cho câu hỏi cảm biến siêu âm là gì? Qua bài viết ta có thể thấy rằng, cảm biến siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mang đến sự an toàn cho người dùng. Bạn có thể tìm hiểu thêm những ứng dụng của các loại cảm biến siêu âm trong nhà thông minh thì hãy liên hệ qua hotline 0396999918 cho công ty nhà thông minh AiSmartHome để được tư vấn nhé.