Đề tài cảm biến siêu âm

Đề tài: Tìm Hiểu Cảm Biến
Siêu Âm(Ultrasonic
Sensors)
Nhóm 4:

1.

Lê Hữu Nam

2.

Lê Quang Thăng

3.

Lê Quang Danh


Cảm Biến Siêu Âm
1.

Khái Niệm

.Cảm biến siêu âm là cảm biến dùng để phát hiện và xác định vị trí của các vật thông qua phát sóng siêu
âm.

.Sóng siêu âm là gì? Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn tần số nghe thấy (trên 20kHZ). Thính
giác của con người nghe được âm thanh với dải tần số từ vài Hz đến âm thanh rất cao (gần 20kHz). Một số
loại như dơi ong, cá heo, cá voi có thể nhận được sóng siêu âm

.Cảm biến siêu âm có thể phát hiện ra hầu hết các đối tượng là kim loại hoặc không phải là kim loại, chất

lỏng hoặc chất rắn, vật trong hoăc mờ đục(những vật có hệ số phản xạ sóng âm thanh đủ lớn)


Cảm Biến Siêu Âm
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a.

Sơ đồ cấu tạo

.

Chú thích:

1.

Bộ biến âm

2.

Đế nhựa tổng hợp

3.

Phần giảm âm

4.

Cáp điện

5.

Vỏ kim loại

6.

Vỏ bọc


Cảm Biến Siêu Âm
b. Nguyên lý hoạt động



Một cảm biến siêu âm làm việc với bốn bộ phận:

- Bộ phận phát và nhận sóng siêu âm
- Bộ phận so sánh
- Mạch phát hiện
- Mạch ngõ ra


Cảm Biến Siêu Âm


Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm



Cảm biến sẽ phát ra một sóng siêu âm . Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại tác

động lên module nhận sóng.



Khi một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc
phát ra tới lúc sóng phản hồi được ghi nhận, thì quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian hoàn
toàn có thể xác định được. Quãng đường di chuyển của sóng bằng hai lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng
ngại vật theo hướng phát của sóng siêu âm. Khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo
nguyên lý Time of flight (TOF):


Cảm Biến Siêu Âm

 Khoảng cách từ cảm biến tới vật :

v.t.cos Θ
L0 =
2
Trong đó: L0 - là khoảng cách cần đo
v - vận tóc sóng siêu âm (343 m/s trong không khí)
t -

thời gian từ lúc phát đi đến lúc sóng được ghi nhận lại


Cảm Biến Siêu Âm




Lưu ý: khoảng cách giữa cảm biến siêu âm tới đối tượng càng xa thì độ chính xác càng giảm, vì góc quét
của cảm biến mở rộng theo hình nón

Tín hiệu ngõ ra có thể là digital hoặc là analog. Tín hiệu từ cảm biến digital báo có hay không sự xuất hiện
của đối tượng trong vùng cảm nhận của cảm biến. Tín hiệu từ cảm biến analog chứa đựng thông tin khoảng
cách của đối tượng tới cảm biến.


Cảm Biến Siêu Âm
3. Ưu điểm, nhược điểm của cảm biến tiệm cận siêu âm.
a. Ưu điểm











Vùng cảm biến rộng khoảng cách phát hiện vật thể có thể lên đến vài m.
Đo được khoảng cách rời rạc của vật di chuyển.
Ít ảnh hưởng bởi vật liệu và bề mặt.
Không ảnh hưởng bởi màu sắc, có thể dùng để xác định các vật thể có màu sắc và vật liệu khó phân biệt.
Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách.
Có thể phát hiện vật nhỏ ở khoảng cách xa.
Ít bị suy giảm trong môi trường nước.
Có thể phát hiện được vật thể trong suốt ( vật liệu thủy tinh ).

Có thể làm việc trong một môi trường dơ và bụi.


Cảm Biến Siêu Âm
b. Nhược điểm





Cảm biến siêu âm có giá thành rất cao, không kinh tế.




Tần số chuyển mạch từ 1 đến 125 HZ.

Sóng phản hồi bị ảnh hưởng của sóng âm thanh tạp âm
Cần 1 khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi để sẵn sàng nhận sóng phản hồi  thời gian tác động chậm
hơn CB khác
Khó phát hiện vật có mật độ vật chất thấp ở khoảng cách xa




Một số hình ảnh cảm biến siêu âm trong thực tế




Một số hình ảnh cảm biến siêu âm trong thực tế


Cảm Biến Siêu Âm

4. Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận siêu âm
Từ lâu thì cảm biến siêu âm đã được sử dụng trong các lĩnh vực như:



Rada siêu âm(sona) dùng để phát hiện các mục tiêu thăm dò dưới nước như tham dò đáy biển, phát hiện
tàu ngầm, đàn cá... Nhờ vào ưu điểm ít bị suy giảm trong môi trường nước.



Phát hiện phóng điện cục bộ trong MBA. Khi có phóng điện trong MBA sẽ phát sinh sóng siêu âm lan
truyền trong dầu. Nhờ bộ cảm biến siêu âm gắn trên thùng dầu có thể phân tích sóng tới và sóng phản xạ
của nguồn phóng điện và xác định chính xác vị trí của dây quấn MBA có phóng điện cục bộ.


Cảm Biến Siêu Âm


Trong nghành y tế : ra đa siêu âm giúp bác sĩ có thể nhìn thấy nội tại của cơ thể, chẩn đoán chính xác khối
u, thai nhi...



Cảm biến siêu âm còn được ứng dụng rộng rãi trong các nghành gia công kim loại. Sóng siêu âm là sóng cơ
đàn hồi mang năng lượng có thể làm sạch các bề mặt chi tiết trước khi gia công như mạ, hàn.



Trong kĩ thuật đo và kiểm tra công nghiệp việc đo và phân tích khi chùm siêu âm được chiếu lên bề mặt
kiểm tra giúp ta phát hiện được trạng thái bề mặt và các khuyết tật bên trong cấu trúc.



Ngoài ra cảm biến siêu âm còn dùng để điều khiển mực chất lỏng, đo khoảng cách hay độ cao của các vị trí
sản phẩm trên dây chuyền, băng tải, dùng để phát hiện ra người, phát hiện dây bị đứt, phát hiện chiều cao,
phát hiện xe... và nhiều ứng dụng quan trọng khác trong quộc sống.


Cảm Biến Siêu Âm

 Một số hình ảnh ứng dụng của cảm biến siêu âm:


Cảm Biến Siêu Âm


Cảm Biến Siêu Âm


Cảm Biến Siêu Âm


Đo mực chất lỏng trong bình bồn chứa

Cảm Biến Siêu Âm
5. Bố trí cảm biến siêu âm


Cảm Biến Siêu Âm


Cảm Biến Siêu Âm


Cảm Biến Siêu Âm


Cảm Biến Siêu Âm