Cảm biến siêu âm: Thông tin hữu ích và Cách chọn mua

Cảm biến siêu âm là một trong những biện pháp tốt nhất hiện nay giúp bạn phát hiện được khoảng cách của một vật đang di chuyển đến gần hoặc khoảng cách từ điểm đặt cảm biến đến một vật bất kỳ ở xung quanh với độ chính xác cao nhờ vào đặc tính của sóng siêu âm

Trong bài viết ngày hôm nay, Lidinco sẽ chia sẽ đến bạn một số kiến thức khá hữu ích về loại cảm biến này để bạn có thể hiểu rõ hơn về nó

1️⃣ Cảm biến siêu âm là gì?

Cảm biến siêu âm (ultrsonic sensor) đôi khi được gọi là cảm biến ultrasonic, là một công cụ cho phép bạn xác định được khoảng cách từ vị trí đặt của cảm biến đến một bề mặt cần đo bằng cách phát ra một luồng sóng siêu âm. Sóng siêu âm được truyền đến bề mặt cần đo, phản xạ lại và đi vào bộ thu của cảm biến để tính toán khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt cần đo

Nếu bấy nhiêu vẫn chưa đủ rõ ràng để giúp bạn hiểu về loại cảm biến này, hãy đọc thêm về phần nguyên lý hoạt động của chúng ở ngay bên dưới

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Nguyên lý hoạt động

Cũng khá đơn giản, đầu tiên ta sẽ có đầu dò của cảm biến hoạt động như một micro để phát và nhận các âm thanh ở tần số siêu âm (siêu âm: những âm thanh nằm ngoài khả năng nghe thấy của con người, chúng có tần số lớn hơn 20kHz và thường là ở mức 40kHz hoặc hơn đối với các cảm biến chất lượng)

Âm thanh ở mức siêu âm được phát ra bởi micro sẽ di chuyển trong không khí, khi gặp một vật cản bất kỳ trong không khí (vật cản có thể là vật cần đo khoảng cách) sẽ bị phản ngược lại và đi ngược trở lại micro

Khi sóng âm đi ngược lại và vào bộ thu của cảm biến, cảm biến sẽ dựa vào hai yếu tố (1) là thời gian từ lúc âm truyền đi đến khi truyền về (2) là tốc độ của âm thanh để có thể tính toán khoảng cách từ cảm biến đến vật cản

Điều này có nghĩa, bạn có thể dùng cảm biến siêu âm như một dụng cụ để đo khoảng cách hoặc sử dụng nó như một cảm biến tiệm cận để xác định xem có vật thể nào đang tiến đến gần hay không

Bạn có thể thấy, nguyên lý hoạt động này khá tương đồng với việc sử dụng sóng âm để xác định môi trường xung quanh của dơi hoặc cá heo. Giúp chúng sớm biết được những mối nguy hiểm ở môi trường xung quanh

2️⃣ Ứng dụng của cảm biến siêu âm

Đo mức nước

Với nguyên lý hoạt động của loại cảm biến này, bạn có thể sử dụng nó dễ dàng để đo mực nước trong các bồn chứa hoặc chai lọ đựng dung dịch một cách nhanh chóng. Một số người đặt tên gọi cụ thể cho loại cảm biến này là cảm biến siêu âm đo mức nước

Trước đây, việc đo mực nước thường là nhiệm vụ của cảm biến hồng ngoại, tuy nhiên việc sử dụng cảm biến hồng ngoại bị ảnh hưởng khá nhiều khi phải kiếm tra các loại nước có độ trong cao, làm ánh sáng không phải chiếu lại được dẫn đến phép đo có thể bị lỗi. Sự ra đời của cảm biến siêu âm, đã giúp giải quyết tốt vấn đề kiểm tra mực chất lỏng này

Cảm biến siêu âm cho phép bạn xác định khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt nước một cách nhanh chóng bất kể độ trong đục của nước như thế nào do đó nó trở thành một trợ thủ đắc lực, không thể thiếu đối với ứng dụng này. Loại cảm biến này thường được trang bị khả năng kháng nước để có thể làm việc hiệu quả trong điều kiện độ ẩm cao

Cảm biến siêu âm đo mức nước

Phát hiện vật cản

Một ứng dụng tiếp theo của loại cảm biến này đó chính là phát hiện những vật cản ở xung quanh vị trí đặt cảm biến bằng cách phát sóng siêu âm ra khu vực xung quanh.

Điều này đặc biệt hữu ích trong ứng dụng phát hiện vật cản xung quanh xe ô tô, cảm biến vật cản sẽ được đặt xung quanh phần đầu xe, đuôi xe và hai bên thân xe để phát hiện các vật cản như tưởng, dải phân cách, khoảng cách giữa xe trước và xe sau đã đúng quy định hay chưa. Việc này đưa ra các thông số trực quan đến cho tài xế giúp việc đỗ, dừng xe an toàn và và hợp lý hơn

Phát hiện vật cản bằng cảm biến siêu âm cũng đóng vai trò quan trọng trong công cuộc tự động hóa mạnh mẽ như ngày nay, nó có thể sử dụng trong các ứng dụng robot, UAV (các vật thể bay không người lại), hệ thống lái tự động của ô tô để tự phát hiện vật cản, khoảng cách để tự thay đổi hướng di chuyển sao cho phù hợp

Ứng dụng phát hiện vật thể ở gần của cảm biến siêu âm

Đo khoảng cách

Như đã đề cập ở trên thì đo khoảng cách của là một trong những ứng dụng đặc biệt mạnh mẽ của cảm biến siêu âm. Lấy lại ví dụ về việc gắn cảm biến xung quanh các hướng của xe, bạn không chỉ biết được xe có đang tiến gần đến vật cản hay không mà còn biết chính xác khoảng cách từ xe đến một vật thể bất kỳ là bao nhiều cm, điều này đặc biệt hữu hiệu khi đỗ xe vào bãi, bạn có thể biết được khoảng cách giữa các xe để tránh tình trạng va quẹt không mong muốn khi đỗ hoặc di chuyển

Trong một số trường hợp, người ta cũng dùng cảm biến siêu âm để đo lường khoảng cách từ nơi đặt cảm biến đến một vị trí bất kỳ theo phương thẳng với cảm biến, sử dụng như một máy đo khoảng cách chẳng hạn

Phát hiện điểm bất thường

Ngoài các công dụng như trên, bạn cũng có thể dùng loại cảm biến này để kiếm tra các điểm bất thường hoặc các khiếm khuyết trên một bề mặt bất kỳ. Ứng dụng này được sử dụng khá phổ biến trên các dây chuyền sản xuất ở các nhà máy, các sản phẩm liên tục di chuyển trên băng chuyền sẽ được kiểm soát cảm quan bằng một cảm biến siêu âm được gắn theo hướng vuông góc từ trên xuống

Khi sản phẩm liên tục di chuyển ngang qua vị trí đặc cảm biến, cảm biến sẽ đo được chiều cao của sản phẩm, các sản phẩm lỗi có chiều cao khác biệt so với phần còn lại (lồi hoặc lõm hơn) sẽ được phát hiện và xử lý nhanh chóng

Phát hiện người đang đến gần

Đây được xem là ứng dụng mở rộng của việc phát hiện vật cản, trong ứng dụng này, cảm biến siêu âm đóng vai trò như một cảm biến tiệm cận đế báo hiệu có người đang tiến đên khu vực đặt cảm biến, nắm được tín hiệu này bạn có thể ra các quyết định như mở cửa tự động hoặc phát còi cảnh báo nếu nếu đó là khu vực đang được giám sát, bảo vệ

3️⃣ Các loại cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm công nghiệp

Thường dùng để ám chỉ các loại cảm biến siêu âm có kích thước lớn và được dùng trong các ứng dụng công nghiệp. Các dây chuyền sản xuất tự động với độ ổn định và độ chính xác cao. Do đó, các cảm biến trong công nghiệp thường có giá thành đắt đỏ hơn nhiều so với các loại thông thường mà bạn mua được ở các cửa hàng linh kiện điện tử

Cảm biến siêu âm công nghiệp thường có khả năng chống chịu ăn mòn tốt, khả năng thu và phát dữ liệu ổn định trong các điều kiện môi trường khác nghiệt như độ ẩm cao, nhiệt độ thay đổi liên tục….

Bạn có thể dễ dàng nhận thấy sự khác biệt giữa cảm biến công nghiệp và loại thông thường bằng cách nhìn vào thiết kế ngoại quan từ chất liệu phần vỏ, chức năng hiển thị (có đồng hồ hiển thị giá trị khoảng cách hay không), độ tính xảo trong gia công hoặc nhìn vào những phần hình ảnh bên dưới

Cản biến siêu âm baumer

Ưu điểm
– Khả năng làm việc ổn định trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt, bụi bẩn, ẩm ướt..
– Khả năng phát tín hiệu siêu âm ít bị phân tán giúp độ chính xác cao hơn
– Thiết kế nhỏ gọn, chắc chắn
– Có thể tích hợp cả đồng hồ hiển thị giá trị khoảng cách trên cảm biến
Nhược điểm
– Giá thành cao

 

Cảm biến siêu âm arduino

Cảm biếm siêu âm arduino là loại cảm biến giá rẻ thường được sử dụng trong quá trình học tập hoặc dùng để phục vụ cho một số yêu cầu cơ bản của các thợ kỹ thuật. Để sử dụng loại cảm biến này, bạn cần lập trình thông qua mạch điều khiển arduino để thiết lập khả năng thu nhận tín hiệu của thiết bị, độ chính xác của cảm biến ảnh hưởng rất nhiều bởi khả năng lập trình của bạn

Có hai loại cảm biến siêu âm arduino để đo khoảng cách phổ biến tại thị trường Việt Nam là SRF04 và SRF05

Cảm biến siêu âm HC-SR04: khoảng cách đo được trong khoảng 2 – 300cm

Cảm biến siêu âm HY-SRF05: khoảng cách đo được trong khoảng 2 – 450cm

Khả năng phán đoán khoảng cách của loại cảm biến này thường không quá cao, vì sóng siêu âm phát ra đi theo dạng nón, càng đi xa sẽ càng bị loãng tín hiệu khiến tín hiệu phản hồi về không đầy đủ. Khoảng cách khuyến nghị để cho độ chính xác tốt thường nằm trong khoảng 100cm đổ lại

cảm biến siêu âm adruino

Ưu điểm
– Giá thành rẻ
– Khả năng phát hiện vật thể tốt trong điều kiện thuận lợi
Nhược điểm
– Độ chính xác không quá cao
– Dễ bị hao mòn, hư tổn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt như nóng, ẩm

Khi nào dùng cảm biến siêu âm

– Bạn có thể sử dụng cảm biến siêu âm trong hầu hết các ứng dụng như đã đề cập ở phần bên trên như đo mức nước trong bể chứa, phát hiện vật cản, đo khoảng cách… trong các điều kiện mà cảm biến hồng ngoại không thể xử lý được

Khi nào không dùng cảm biến siêu âm

– Vật cản hoặc bề mặt cần phát hiện có kích thước quá nhỏ: trong trường hợp cụ thể là bạn cần đo một khoảng cách đến một vật thể có kích thước quá mỏng hoặc quá nhỏ, tín hiệu phản hồi về sẽ không đầy đủ, đặc biệt là đối với các loại cảm biến giá rẻ chùm sóng phát ra bị tán xạ mạnh trong môi trường, độ chính xác càng thấp

– Bề mặt hoặc vật liệu cần phát hiện có khả năng hấp thụ sóng âm mạnh: các bề mặt mềm, xốp tiêu âm, foam, các vật liệu có khả năng hấp thụ âm hoặc tiêu âm khác

4️⃣ Những thông số cần lưu ý

Tần số

Tần số hoạt động của cảm biến là yếu tố quan trọng hàng đầu khi lựa chọn loại công cụ này. Tần số có thể dao động từ 40kHz – 60kHz hoặc hơn tùy vào điều kiện của môi trường

Sự ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác của hầu hết các loại cảm biến, do đó khi mua cảm biến cần phải tham khảo thông số nhiệt độ và đối chiếu với môi trường làm việc thực tế của bạn xem có phù hợp hay không trước khi mua để đạt được độ chính xác tốt nhất

Độ chính xác

Đối với mọi thiết bị đo, độ chính xác luôn là yếu tố mà bạn cần phải chú trọng khi mua. Nếu bạn làm việc trong môi trường thí nghiệm hoặc công nghiệp độ chính xác cao luôn là một nhân tố quan trọng cần được ưu tiên

Khả năng hiển thị

Cảm biến siêu âm có tích hợp hiển thị để biết được khoảng cách đo là bao nhiêu mét ngay trên cảm biến. Ngoài ra, một số cảm biến siêu âm đo mức nước giá rẻ thường loại bỏ hiển thị mà chỉ đưa tín hiệu Analog 4-20mA về trung tâm điều khiển để tiết kiệm chi phí.

5️⃣ Các thương hiệu nổi bật

Không đề cập đến các nhóm cảm biến siêu âm giá rẻ, nếu bạn đang tìm kiếm các cảm biến thực sự chất lượng để phục vụ trong điều kiện công nghiệp. Lidinco xin phép đề xuất một số thương hiệu cảm biến siêu âm khá chất lượng và được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy và khu công nghiệp trong nước

Cảm biến siêu âm Omron

– Omron là một thương hiệu nổi bật về các vật tư và thiết bị công nghiệp nên họ đã quá hiểu việc sản xuất ra một thiết bị có thể hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp cần phải có những đặc điểm gì. Cảm biến siêu âm của Omron có độ bền cao

Cảm biến siêu âm Schneider

– Schneider cũng là một thương hiệu lâu năm trong việc sản xuất các thiết bị công nghiệp. Các cảm biến của Schneider cũng luôn nằm trong danh sách lựa chọn hàng đầu của các nhà máy

Cảm biến siêu âm ultrasonic Schneider

Cảm biến siêu âm Baumer

– Cũng là một cái tên đã xuất hiện lâu đời trên thị trường, được sáng lập vào những năm 1952, các sản phẩm của thương hiệu này luôn hướng đến độ hoàn thiện tối ưu đến từng chi tiết, điều mà bạn có thể dễ dàng nhận thấy chỉ bằng cách nhìn bên ngoài các sản phẩm của họ

Thương hiệu khác: Texas Instruments, Migatrion

6️⃣ Mua cảm biến siêu ở đâu

Trên thị trường hiện nay có nhiều nhà cung cấp cảm biến đo siêu âm. Tuy nhiên, nếu bạn muốn chọn một nơi uy tín để được hỗ trợ chính sách ưu đãi, tư vấn kỹ thuật tận tình nhất bạn có thể liên hệ đến Lidinco. Chúng tôi có kinh nghiệm nhiều năm trong việc cung cấp thiết bị, tư vấn kỹ thuật và lắp đặt cho nhà máy, công xưởng trên khắp Việt Nam

Liên hệ ngay cho chúng tôi theo thông tin bên dưới và đề nghị model sản phẩm mà bạn đang cần hoặc nói yêu cầu ứng dụng của bạn. Lidinco sẽ hỗ trợ tìm và báo giá thiết bị phù hợp nhất

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG
HCM: 028.39778269 – 028.36016797 –  (Zalo) 0906.988.447

Skype: Lidinco – Email: sales@lidinco.com
Bắc Ninh: 0222.7300180 – Email: bn@lidinco.com