Kiến thức ngành | Câu chuyện về cảm biến siêu âm bắt đầu từ một con dơi...
- phần
- đăng
- 2024/5/29
tóm lại
Cảm biến siêu âm công tắc tiệm cận là thiết bị sử dụng sóng âm để đo khoảng cách. Chúng có thể phát ra sóng siêu âm tần số cao và nhận sóng âm phản xạ để xác định vị trí và khoảng cách của vật thể. Loại cảm biến này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như radar lùi ô tô, đo lường công nghiệp, kiểm soát mức chất lỏng, v.v.
Ngay từ thế kỷ 18, nhà truyền giáo và nhà sinh vật học người Ý Spallanzani đã phát hiện ra rằng loài dơi dựa vào tiếng hét (siêu âm) mà con người không thể nghe thấy để xác định chướng ngại vật khi nghiên cứu hoạt động của loài dơi vào ban đêm. Sau khi dơi phát ra sóng siêu âm, chúng dựa vào tiếng vang phản hồi để xác định khoảng cách, kích thước, hình dạng và chuyển động của các vật thể.
Từ cuối thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20, sau khi phát hiện ra hiệu ứng áp điện và hiệu ứng áp điện ngược trong vật lý, con người đã tìm ra cách sử dụng điện tử để tạo ra siêu âm, nhanh chóng mở ra chương phát triển và thúc đẩy công nghệ siêu âm. Năm 1922, định nghĩa về siêu âm lần đầu tiên được đề xuất và siêu âm trở thành một khái niệm hoàn toàn mới. Đức cũng có bằng sáng chế phát minh đầu tiên về liệu pháp siêu âm.
Sau khi được phát hiện, siêu âm đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Từ thế kỷ 20, cảm biến siêu âm đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và đã trở thành một loại cảm biến công nghiệp quan trọng. Số báo này sẽ giới thiệu ngắn gọn cảm biến siêu âm là gì và cách sử dụng chúng trong sản xuất công nghiệp.
Cảm biến siêu âm là gì?
Cảm biến siêu âm là cảm biến chuyển đổi tín hiệu siêu âm thành tín hiệu năng lượng khác (thường là tín hiệu điện). Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số rung động cao hơn 20kHz. Chúng có đặc điểm là tần số cao, bước sóng ngắn, hiện tượng nhiễu xạ nhỏ, đặc biệt là tính định hướng tốt và khả năng truyền theo phương có định hướng như tia. Sóng siêu âm có khả năng đâm xuyên lớn đối với chất lỏng và chất rắn, đặc biệt là trong các chất rắn không trong suốt với ánh sáng mặt trời. Khi sóng siêu âm gặp tạp chất hoặc giao diện, chúng sẽ tạo ra sự phản xạ đáng kể để tạo thành tiếng vang phản xạ và khi gặp các vật thể chuyển động, chúng có thể tạo ra hiệu ứng Doppler; chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, quốc phòng, y sinh học, v.v.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm
Hoạt động cơ bản của cảm biến siêu âm tương tự như cách dơi sử dụng định vị bằng tiếng vang để tìm côn trùng khi đang bay. Máy phát phát ra sóng âm tần số cao, ngắn, gọi là "chirs", với tần số từ 23 kHz đến 40 kHz. Khi xung âm này chạm vào vật thể, một số sóng âm được phản xạ trở lại máy thu. Bằng cách đo khoảng thời gian giữa tín hiệu siêu âm được cảm biến gửi và nhận, khoảng cách đến vật thể có thể được tính bằng công thức sau.
d=0,5*t*c
Ở đâu:
d = khoảng cách (mét)
t = khoảng thời gian giữa lúc gửi và nhận (giây).
c = tốc độ âm thanh (343 mét một giây).
Cảm biến siêu âm đơn giản nhất được cấu hình với máy phát và máy thu cạnh nhau. Sự sắp xếp này tối đa hóa lượng âm thanh truyền theo đường thẳng từ máy phát trong khi phản xạ theo đường thẳng đến máy thu, giúp giảm lỗi đo lường.
Ứng dụng điển hình của cảm biến siêu âm
1. Phát hiện mức chất lỏng
Cảm biến mức chất lỏng là ứng dụng phổ biến nhất của cảm biến siêu âm vì chúng có thể phát hiện chất lỏng có bất kỳ màu sắc hoặc độ mờ đục nào; ngoài ra, phương pháp phát hiện không tiếp xúc không tiếp xúc với chất lỏng, do đó sẽ không có vấn đề an toàn khi phát hiện các chất dễ bay hơi.
2. Phát hiện tờ đơn và tờ đôi
Cảm biến phát hiện tờ đơn và tờ đôi công nghệ siêu âm chủ yếu được sử dụng để phát hiện tờ đơn đi qua đối tượng được kiểm tra và chức năng báo động tờ đôi và nhiều tờ. Nó không bị giới hạn bởi độ rung, vật liệu và màu sắc của đối tượng được kiểm tra. Nó được sử dụng rộng rãi trong máy in giấy, máy lắp ráp, máy gấp, máy đóng gói, pin mặt trời, sản xuất wafer silicon, dán nhãn, sản xuất PCB, v.v.
3. Phát hiện đối tượng chung
Loại còn lại là phát hiện vật thể chung, có ưu điểm là hiệu suất chi phí cao và đơn giản. Nó được sử dụng rộng rãi trong phát hiện tránh va chạm xe cộ, nhận dạng nhân sự, phát hiện sự hiện diện, phân loại hộp, phát hiện pallet xe nâng, đếm chai trên máy chiết rót đồ uống và đếm vật thể trên dây chuyền sản xuất.
