Ứng Dụng Công Nghệ Cảm Biến Siêu Âm Trong Công Nghiệp

Cảm biến siêu âm an toàn, được ứng dụng nhiều đo mức chất lỏng, phát hiện lỗi trên chi tiết máy, đánh giá tính đồng nhất của mặt phẳng hoặc đo độ sâu của hồ chứa, phát hiện sự hiện diện của vật trong dây chuyền sản xuất, phát hiện mặt giấy, vết nứt, xác định đường kính, … Với cách gọi khác là cảm biến tiệm cận siêu âm, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu thêm về những thiết bị này trong công nghiệp.

Cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm là gì?

Khái niệm và nguyên lý 

Nhắc lại về sóng siêu âm: Sóng siêu âm là 1 loại sóng rung động lan truyền trong môi trường khí, chúng có tần số cao vượt ngưỡng nghe của con người nên chúng ta không thể nhận biết. Tuy nhiên, rất nhiều loài vật trong tự nhiên lại có khả năng nghe và cảm nhận sóng siêu âm – tiêu biểu nhất là dơi hoặc cá heo.

Đặc điểm của sóng âm là khi va chạm với vật cản sẽ phản xạ ngược lại. Thời gian thu sóng gốc và nhận sóng phản hồi có thể giúp chúng ta tính toán khoảng cách theo công thức đơn giản giữa vận tốc truyền sóng và thời gian.

Thiết bị hoạt động trên nguyên lý phát và phản xạ sóng âm

Một lưu ý nhỏ đối với sự truyền của sóng âm là thời gian truyền sóng khác nhau trong từng môi trường. Cụ thể: Loại sóng này truyền nhanh trong môi trường rắn và lỏng nhưng chậm hơn trong môi trường khí và không truyền trong chân không.

Vậy: Cảm biến siêu âm là gì? Chúng dùng để làm gì?

Chúng là thiết bị điện tử thông minh hoạt động trên nguyên lý lan truyền và phản xạ của sóng âm nhằm phát hiện sự xuất hiện của đối tượng (người, vật). Thiết bị này có khả năng phát ra sóng âm phát tán trong không gian, loạt sóng tần số cao này nếu gặp vật cản (chất rắn hoặc lỏng, …) bị phản xạ đến đầu dò cảm biến. 

Thời gian kể từ khi phát ra sóng truyền đi đến khi nhận được sóng phản hồi về sẽ được vi mạch trong bộ phận xử lý điện tử tính toán và đưa ra thông số cần đo lường (độ cao chất lỏng, độ sâu hồ nước, xác định khoảng cách vật cản từ đó định hướng cho tàu ngầm …) hiển thị trên màn hình hệ thống.

Các loại cảm biến siêu âm công nghiệp

Ứng dụng của cảm biến siêu âm xuất hiện trong nhiều lĩnh vực đời sống. Ví dụ: Có thể bạn từng chưa rõ: Cảm biến vân tay siêu âm là gì? Đây công nghệ được sử dụng trong các thiết bị smartphone cho phép điện thoại tự động nhận vân tay qua sóng âm, từ đó chỉ cần chạm nhẹ (không cần vuốt) để thực hiện các thao tác. Công nghệ này sẽ còn phát triển.

Cảm biến sóng âm có thể được sử dụng trong cánh tay robot

Hiện nay, rất nhiều dòng cảm biến sóng siêu âm được sử dụng trong công nghiệp. Tiêu biểu trong số đó, 4 ứng dụng sau được coi là nổi bật nhất:

Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản

Đúng như tên gọi, vai trò của loại cảm biến này phát hiện vật cản xuất hiện trong vùng phát và lan tỏa của sóng âm. Loại cảm biến này được lắp đặt trong các phương tiện không người lái nhằm phục vụ hoạt động điều khiển tự động hoặc điều khiển từ xa.

Các loại xe mô hình được sản xuất để khảo sát, thăm dò địa hình nguy hiểm đều được lắp đặt loại cảm biến này. Nhờ thiết bị cảm biến, xe nhận biết được sự có mặt của vật cản, đưa ra tín hiệu điều khiển kịp thời, từ đó tránh được chướng ngại vật và nhiều vật cản (đứng yên hoặc di chuyển) xuất hiện trên đường đi.

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách

Ngoài phát hiện vật cản, cảm biến sóng âm cũng được sử dụng nhiều để tính toán khoảng cách. Mạch đo khoảng cách dùng cảm biến sóng siêu âm cũng truyền đi sóng âm và dựa vào thời gian nhận lại sống phản hồi để đưa ra khoảng cách từ thiết bị đến vật cản.

Việc đo khoảng cách bằng cảm biến sóng siêu âm được diễn ra trong không khí nên thông số tính toán, vận tốc lan truyền sóng được lập trình trong thiết bị cũng tương ứng với môi trường này.

Một số thiết bị dùng cảm biến khoảng cách siêu âm là: Máy móc công nghiệp đo khoảng cách của vật thể trên băng chuyền nhằm báo cáo và điều khiển hoạt động tiếp theo; cảm biến đi cùng cánh tay robot gắp vật, cảm biến hỗ trợ công việc khớp cơ khí hay bánh răng tự động, …

Cảm biến siêu âm đo mức nước

Trong hoạt động sản xuất công việc, người ta có thể đo mực nước bằng cảm biến sóng siêu âm. Vai trò của thiết bị này là đo mức nước trong bể, bồn, hồ chứa hay kênh 1 cách liên tục để đảm bảo hoạt động của những thiết bị, bộ phận có sử dụng hoặc liên quan đến chất lỏng theo dõi.

Cảm biến ULM-70N dùng công nghệ siêu âm đo độ cao chất lỏng

Đặc điểm của loại cảm biến này là khả năng liên tục phát ra sóng âm xuống mặt chất lỏng cần đo mực nước. Tương ứng với các đợt sóng phát ra liên tục là đợt tín hiệu trả về thường xuyên giúp xác định chiều cao mực nước. Thiết bị này giúp người giám sát nhận biết việc mực nước giảm thấp hoặc tăng cao quá mức từ đó có phương án điều chỉnh cho phù hợp.

Loại cảm biến mức nước có thể thuộc model hiển thị hoặc không hiển thị:

Model cảm biến mức nước không hiển thị: Không hiển thị ở đây nhằm nhắc đến khả năng đưa ra các thông số đo được. Mẫu cảm biến này có cấu tạo nhỏ gọn, không được trang bị màn hình tùy chỉnh mà chỉ có thể điều chỉnh chức năng bằng bút từ thông qua phần mềm đơn giản. Với đặc điểm là giá cả phải chăng nên mẫu model này được dùng trong nhiều công xưởng, nhà máy.

Model cảm biến mức nước hiển thị: Là loại thiết bị đi cùng màn LCD đưa ra thống số, kết quả đo mức nước liên tục. Sản phẩm này được điều khiển bởi phần mềm chuyên dụng, tích hợp nút bấm nhiều chức năng, thao tác sử dụng, cài đặt nhanh chóng đồng thời thuận tiện cho việc lưu trữ, theo dõi hoạt động lâu dài. Hiện đại là vậy nên báo giá cảm biến siêu âm mực nước thường cao hơn nhiều.

Cảm biến siêu âm dạng module

Cảm biến sóng siêu âm dạng module không thật sự được sử dụng nhiều trong công nghiệp đại trà mà phục vụ chính cho việc nghiên cứu. Chúng được sử dụng trong cấu tạo các mô hình phát hiện khoảng cách phạm vi nhỏ (khoảng 400cm), kết quả tính toán chính xác cao vì sóng ít nhiễu.

Module cảm biến sóng âm cỡ nhỏ 

Thiết bị này thường được sinh viên cơ điện tử sử dụng chế tạo, nghiên cứu các loại máy móc. Đặc điểm của nó là giá rẻ – Chỉ từ vài chục đến hơn trăm ngàn VNĐ.Một số dòng máy được dân kỹ thuật biết đến là SRF04, SRF05, HC-SR04 hay HC-SR05, …

Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm công nghiệp

Xét về ưu nhược điểm, dễ nhận thấy: Thiết bị này có nguyên lý hoạt động đơn giản, an toàn và khá hiệu quả: Cho kết quả chính xác dù không yêu cầu tiếp xúc trực tiếp với đối tượng đo.

Ví dụ: Các loại cảm biến đo mức lỏng như dầu, hóa chất, thực phẩm … gần như không cần tiếp chạm với vật chất liên quan. Không những thế, tín hiệu phát ra từ thiết bị cảm ứng thường dưới dạng 4…20mA dễ truyền tải, điều khiển.

Mạch đo khoảng cách bằng siêu âm

Tuy vậy, nhược điểm của nó là không ứng dụng được trong chân không. Cùng với đó, loại cảm biến này luôn tồn tại vùng mù của cảm biến siêu âm – Nếu vật cản nằm dưới vị trí thu phát thì cảm gần như không thể phát hiện.

Ngoài ra, mỗi loại cảm biến cũng tồn tại nhiều nhược điểm riêng: Nhiều loại không có khả năng chịu nhiệt và áp suất lớn. Trong đó, cảm biến đo mức nước có nhiệt độ làm việc là 65 độ C – nếu trên nhiệt độ này, hơi nước bốc lên có thể gây nhiễu sóng… Không những thế, độ gợn sóng của chất lỏng, độ nhẵn trơn của bồn chứa cũng ảnh hưởng đến kết quả đo.

Do cấu tạo chủ yếu từ các vi mạch nên khả năng chịu ẩm của loại cảm biến này cũng khá hạn chế. Ngày nay, nhiều loại siêu âm cảm biến chống nước đã ra đời nhằm khắc phục hơn tình trạng này.

Công nghệ siêu âm có tác dụng thật đa dạng trong nhiều dây chuyền máy móc công nghiệp. Chính nhờ hoạt động của nó mà việc sản xuất, nghiên cứu trở nên hiệu quả, chính xác. So với những năm trước đây, chi phí đầu tư cho công nghệ siêu âm ngày càng tiết kiệm tối ưu. Nhiều thiết bị có giá chỉ có giá tương đương hoặc cao hơn cảm biến điện dung đôi chút và đặc biệt là rẻ hơn cảm biến radar… Rõ ràng, đây là thiết bị hiệu quả và thật sự thông minh với công ty, xí nghiệp.

Nếu như bạn cần tư vấn về các loại cảm biến siêu âm :

• Cảm biến siêu âm công nghiệp
• Cảm biến sóng âm đo mức nước
• Ứng dụng siêu âm trong công nghiệp
• Cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng
• …..

Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn các giải pháp kỹ thuật tiên tiến và mới nhất đáp ứng mọi yêu cầu của khách hàng.

Kỹ sư Cơ Điện Tử

Mobi : 0937.27.55.66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn