Cảm biến siêu âm là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến siêu âm trên ô tô với độ chính xác gần như tuyệt đối, được dùng để đo khoảng cách và chẩn đoán hình ảnh đo mực nước. Đặc biệt trong lĩnh vực ô tô loại cảm biến này còn giúp ích cho tài xế phát hiện chướng ngại vật và lùi xe một cách an toàn khi lái xe, dừng hoặc đỗ xe.

Cảm biến siêu âm là gì

Cảm biến siêu âm là một thiết bị đo khoảng cách của một đối tượng, bằng cách phát sóng siêu âm. Sau đó chuyển đổi sóng siêu âm thành tín hiệu. Theo đó, bộ phát của biến cảm nhờ sử dụng các tinh thể áp điện để tạo ra âm thanh, trong khi đó bộ thu có vai trò tiếp nhận âm thanh đến và đi từ những vị trí khác nhau của xe.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm ô tô

Cấu tạo cảm biến siêu âm

Một thiết bị cảm biến siêu âm bao gồm một đầu dò phát ra tín hiệu, đầu dò của cảm biến đóng vai trò như một chiếc micro thu nhận và phát ra âm thanh sóng siêu âm. Chúng được thiết kế dưới nhiều dạng như:

• Đầu dò tuyến tính (sóng dọc).
• Đầu dò ngang (sóng ngang).
• Đầu dò sóng âm bề mặt.
• Đầu dò kép (một đầu phát và một đầu thu tín hiệu)

Tuy có khác nhau về thiết kế nhưng về cơ bản các thiết bị đầu dò cảm biến sóng âm này có cấu tạo tương tự nhua bao gồm!

• Bộ phát: Là một bộ phận có chất liệu là gốm có đường kính 15mm tạo ra các sóng siêu âm nhờ cơ chế chuyển động máy rung và truyền vào không khí
• Bộ thu: Có chức năng tạo ra các dao động cơ học tương thích với sóng âm và chuyển thành năng lượng điện tại các đầu ra của bộ thu.
• Bộ điều khiển: Bộ phận sử dụng mạch tích hợp để điều khiển việc truyền sóng siêu âm từ bộ phát. Từ đó đánh giá khả năng thu tín hiệu và kích thước của bộ thu.
• Bộ nguồn DC: Có nhiệm vụ quan trọng là cung cấp năng lượng cho thiết bị cảm biến qua mạch ổn áp với điện áp trên bảng mạch ± 10%, 24V ± 10%.

Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm có nguyên lý hoạt động dựa trên quá trình cho và nhận. Tức là hệ thống cảm biến liên tục phát ra các sóng âm thanh ngắn, tần số cao hơn khả năng nghe thấy của con người cùng với đó là tốc độ lan truyền mạnh.

Khi các cảm biến siêu âm này gặp vật cản, dù là chất rắn hay chất lỏng, chúng sẽ tạo ra các bước sóng phản xạ. Cuối cùng, thiết bị cảm biến tiếp nhận, phân tích và xác định chính xác khoảng cách từ cảm biến đến vật cản ô tô.

Ưu, nhược điểm của cảm biến siêu âm

Ưu điểm cảm biến siêu âm

Sóng siêu âm cho phép người sử dụng đo khoảng cách từ thiết bị phát đến vật thể mà không cần chạm vào nó, vì vậy thiết bị này rất hữu ích, nó được sử dụng để đo chất lỏng có tính ăn mòn cao , có thể gây hại cho cơ thể.

Ngoài chất lỏng thì sóng siêu âm có thể lan truyền trong nhiều môi trường khác như không khí, chất rắn,… để phát hiện và đo khoảng cách giữa các vật thể.

Hệ thống cảm biến siêu âm còn có độ nhạy cao nên thời gian phản hồi nhanh và độ chính xác gần như tuyệt đối mức sai số chỉ 0,15% trung bình trong khoảng cách 2m.

Nhược điểm của cảm biến siêu âm ô tô

Hệ thống cảm biến siêu âm có thể bị nhiễu tín hiệu nếu không được lắp đặt đúng cách. Vì vậy, người dùng cần đọc kỹ hướng dẫn của nhà sản xuất để lắp đặt đúng cách. Hơn nữa giá thành của thiết bị cảm biến biến thiên thường rất cao

Ứng dụng cảm biến siêu âm

Theo sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, công nghệ cảm biến siêu âm tiếp tục được cải tiến và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Cảm biến siêu âm được coi là một tiêu chuẩn không thể thiếu trong nền công nghiệp hiện đại.

Ứng dụng trên ô tô

Trong kỹ thuật sản xuất ô tô, cảm biến siêu âm được lắp đặt ở phía trước và sau xe để đo khoảng cách và phát tín hiệu khi xe đến gần chướng ngại vật.

Đặc biệt, khi thiết bị này được sử dụng, nó sẽ tạo ra các tia sóng hình nón để đo khoảng cách giữa các phương tiện đang đứng yên hoặc đang di chuyển hoặc chướng ngại vật chỉ mất khoảng 1/1000 giây trong thời gian thực, cho phép người dùng nhanh chóng xác định chướng ngại vật xung quanh xe và nhanh chóng xử lý tình huống và tránh va chạm.

Khi phát hiện chướng ngại vật, một âm thanh cảnh báo đến từ hệ thống hệ thống sẽ gửi cho người lái kèm hình ảnh với thanh màu cho biết khoảng cách và vị trí giữa xe và chướng ngại vật.

Ứng dụng của cảm biến siêu âm trên các lĩnh vực khác

• Công nghiệp sản xuất: Các thiết bị cảm biến được sử dụng trực tiếp trong quá trình phát hiện hư hỏng của sản phẩm hoặc được sử dụng để định cỡ và đo mức nhiên liệu rắn.
• Cảm biến vân tay: Cảm biến này thu nhận sóng âm thanh phản xạ từ da của người dùng. Siêu âm được phát ra khi người dùng đặt tay lên màn hình điện thoại. Chip thông minh trong điện thoại sẽ dựa trên sóng siêu âm phản xạ để vẽ dấu vân tay bằng hình ảnh 3D.
• Đo mực nước: Người dùng sẽ gắn cảm biến siêu âm vào bồn để theo dõi mực nước hoặc cảnh báo khi vượt quá mức cho phép, nhờ thiết bị này, người dùng có thể tiếp tục đo các loại mực nước và chất lỏng ăn mòn mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Kết luận

Trên các dòng xe ô tô thông minh hiện nay, cảm biến siêu âm gần như là công nghệ không thể thiếu, giúp người lái có thể đỗ xe, tránh va chạm để lái xe an toàn. Hiện nay, hầu hết các xe ô tô đều được trang bị hệ thống cảm biến siêu âm để cảnh báo va chạm xe (cảm biến hỗ trợ đỗ xe, cảm biến lùi, cảnh báo điểm mù, …) để đảm bảo an toàn cho trong suốt hành trình.

Tìm kiếm AutoDetailing.vn qua:

• • • Facebook: https://fb/autodetailing.vn
    • Youtube:https://bit.ly/3Hc93rk