Cảm Biến Siêu Âm Phát Hiện Vật Cản Là Gì? Cấu Tạo & Nguyên Lý Hoạt Động

Bằng cách sử dụng sóng siêu âm, cảm biến siêu âm phát hiện vật cản có thể xác định khoảng cách đến các vật cản với độ chính xác cao. Có thể nói, sự phát triển & ứng dụng của cảm biến siêu âm phát hiện vật cản ngày càng trở nên quan trọng trong việc cải thiện & tối ưu hóa hiệu suất cho các hệ thống tự động hóa, robot & ô tô tự hành. Để giúp bạn có cái nhìn chính xác nhất về loại cảm biến này, trong nội dung bài viết hôm nay maydo.asia sẽ giải đáp cụ thể cảm biến siêu âm phát hiện vật cản là gì. Theo dõi ngay!

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản là gì?

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản là thiết bị điện tử sử dụng sóng siêu âm để phát hiện & đo khoảng cách đến cách vật cản trong môi trường xung quanh. Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản có khả năng hoạt động tốt trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau & có thể phát hiện được các vật cản không phản quang – đây là điều mà cảm biến quang học khó có thể làm được. 

Ngày nay, cảm biến siêu âm phát hiện vật cản được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau như robot tự hành, tự động hóa công nghiệp,… nhờ vào khả năng phát hiện vật cản với độ chính xác cao & đáng tin cậy.

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản có cấu tạo như thế nào?

Về cơ bản, cảm biến siêu âm phát hiện vật cản được cấu thành từ các bộ phận như sau:

Bộ phát 

Bộ phát sóng siêu âm tạo ra sóng siêu âm có tần số cao (dao động trong khoảng từ 20 – 40kHz). Bộ phận này thường là 1 tinh thể piezoelectric hoặc 1 loa siêu âm nhỏ. 

Bộ thu

Bộ thu sóng siêu âm là nơi nhận lại sóng siêu âm phản xạ từ vật cản. Giống với bộ phát, bộ thu cũng là 1 tinh thể piezoelectric hoặc 1 micro siêu âm. 

Mạch điều khiển & xử lý 

Mạch điều khiển là bộ phận có nhiệm vụ kích hoạt bộ phát để phát sóng siêu âm. Mạch xử lý tín hiệu phản xạ để đo thời gian giữa việc phát & thu sóng siêu âm, từ đó tính toán khoảng cách chính xác đến vật cản. Mạch này cũng có thể chứa các bộ lọc giúp loại bỏ nhiễu & tăng độ chính xác của phép đo. 

Bộ chuyển đổi tín hiệu

Bộ phận này đảm nhiệm vai trò chuyển đổi tín hiệu tương tự từ bộ thu thành tín hiệu số để mạch điều khiển có thể xử lý dễ dàng & nhanh chóng hơn. Bộ chuyển đổi tín hiệu cũng có thể bao gồm 1 bộ khuếch đại giúp tăng cường tín hiệu phản xạ. 

Vỏ bảo vệ 

Vảo bảo vệ cảm biến & các thành phần bên trong khỏi các yếu tố môi trường như bụi bẩn, va đập, nước,… Vỏ bảo vệ thường được làm từ chất liệu nhựa cao cấp hoặc kim loại & có thiết kế chắc chắn, đảm bảo độ bền & hiệu suất của thiết bị. 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm phát hiện vật cản 

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản hoạt động dựa trên sóng siêu âm & nguyên lý phản xạ âm thanh. Cụ thể về cách thức hoạt động của thiết bị như sau:

Phát sóng siêu âm

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản có 1 bộ phát có khả năng tạo ra các xung sóng siêu âm. Sóng siêu âm là loại sóng âm thanh có tần số cao (từ 20 – 40kHz), vượt quá ngưỡng nghe của người bình thường. 

Lan truyền sóng âm 

Sóng siêu âm lan truyền qua không khí với tốc độ âm thanh (tương đương khoảng 323m/s ở nhiệt độ 20°C).

Gặp vật cản & phản xạ 

Khi sóng siêu âm gặp vật cản trên đường truyền, sóng sẽ phản xạ lại theo nhiều hướng. Khi đó, 1 phần của sóng phản xạ sẽ quay trở lại cảm biến. 

Thu sóng siêu âm phản xạ 

Cảm biến siêu âm có 1 bộ thu để nhận sóng siêu âm phản xạ từ vật cản. 

Tính toán thời gian 

Mạch điều khiển trong cảm biến sẽ tính toán thời gian từ khi phát sóng siêu âm đến khi nhận lại sóng phản xạ. Thời gian này được gọi là “thời gian bay”.

Tính toán khoảng cách 

Dựa trên thời gian bay & tốc độ âm thanh trong không khí, cảm biến siêu âm phát hiện vật cản tính toán khoảng cách đến vật cản. Công thức tính như sau: 

Khoảng cách = (thời gian bay x tốc độ âm thanh)/2

Trong đó: 

• Thời gian bay là thời gian từ lúc phát sóng đến lúc nhận được sóng phản xạ
• Tốc độ âm thanh tương đương khoảng 343m/s ở 20°C

Nhờ vào nguyên lý này, thiết bị có thể đo lường khoảng cách & phát hiện vật cản với độ chính xác cao. 

>>> Xem thêm: Cảm Biến Đo Lưu Lượng Mưa Là Gì? Nguyên Lý Và Ứng Dụng Của Cảm Biến Đo Lưu Lượng Mưa

Hy vọng những nội dung vừa được maydo.asia đề cập đến trong bài viết sẽ giúp bạn hiểu rõ cảm biến siêu âm phát hiện vật cản là gì, cấu tạo & nguyên lý hoạt động của thiết bị. Mọi thông tin chi tiết xin vui lòng liên hệ đến số hotline phòng kinh doanh để được hỗ trợ tư vấn & giải đáp cụ thể trong thời gian sớm nhất.

MAYDO - Chúng tôi là chuyên gia trong mảng sản xuất, cung cấp Bảng LED - Bảng điện tử - Máy đo - Thiết bị đo - Đồng hồ hiển thị...Được khách hàng tin dùng tại Việt Nam.