Cảm biến siêu âm là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Sóng siêu âm là loại âm thanh mà con người không thể nghe được. Cảm biến siêu âm được sử dụng để đo khoảng cách, phát hiện vật thể và nhiều hơn thế nữa. Đây là một giải pháp hiệu quả góp phần kiến tạo thế giới công nghệ hiện đại. Hãy cùng tìm hiểu về cảm biến siêu âm: tính năng, ưu điểm và ứng dụng trong đời sống con người.

Cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm là một thiết bị sử dụng công nghệ sóng siêu âm để phát hiện và đo khoảng cách từ cảm biến đến vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Bạn có bao giờ tự hỏi làm thế nào tài xế có thể đỗ xe một cách hoàn hảo, không va chạm với các xe khác hay vật cản nào khác? Đó chính là nhờ ứng dụng của cảm biến siêu âm. Khi tài xế muốn đỗ xe, cảm biến va chạm lùi (cảm biến siêu âm) sẽ giúp họ xác định vật thể ở những góc mà camera lùi không thể quan sát được. Khi xe tiến gần đến vật cản, cảm biến sẽ truyền tín hiệu đến bộ xử lý và phát ra âm thanh cảnh báo tới tài xế để tránh va chạm.

Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát ra sóng âm có tần số cao hơn ngưỡng của tai người có thể nghe được (20.000 Hz). Sóng âm này sẽ lan truyền đến vật thể, và khi phản xạ trở lại, cảm biến ghi nhận thời gian mà sóng siêu âm đi và trở lại để tính toán khoảng cách. Khoảng cách mà cảm biến siêu âm có thể đo lên đến 4,5 mét.

Công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và cuộc sống hàng ngày, bao gồm y học và phát hiện vật cản cho các phương tiện ô tô. Nó đã mang lại những tiện ích và an toàn đáng kể cho con người.

Nguyên tắc hoạt động của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên tắc phát và thu sóng âm phản xạ từ các vật thể xung quanh. Ban đầu, bộ phát sóng siêu âm trong cảm biến sẽ phát ra sóng siêu âm với tần số thường từ 20.000 Hz đến vài trăm Hz và có tốc độ di chuyển nhanh hơn âm thanh có thể nghe thấy bởi tai người. Khi sóng này chạm vào bề mặt của vật thể (có thể là chất rắn hoặc chất lỏng), nó sẽ bị phản xạ lại vào bộ thu sóng âm của cảm biến. Sau đó, sóng âm sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện và tiếp tục được phân tích và xử lý.

Bằng cách đo tốc độ và thời gian từ khi sóng âm được phát ra và phản xạ, cảm biến sẽ tính toán khoảng cách đến vật thể. Đồng thời, cảm biến cũng có khả năng xác định sự hiện diện của vật thể trong phạm vi của nó. Thông qua những thông tin này, ứng dụng và hệ thống có thể phản ứng và đưa ra quyết định phù hợp, như tránh va chạm hoặc kiểm soát khoảng cách an toàn.

Cảm biến siêu âm đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế, ô tô và gia đình. Với khả năng phát hiện khoảng cách và định vị đáng tin cậy, nó đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao sự an toàn và hiệu suất của nhiều ứng dụng khác nhau.

Tính năng và ưu điểm của cảm biến siêu âm

Độ chính xác cao

Cảm biến siêu âm có độ chính xác cao với sai số trung bình thường chỉ khoảng 0,15% trong khoảng cách dưới 2 mét. Mặc dù có sự khác biệt nhỏ về độ chính xác giữa các loại cảm biến siêu âm, nhưng tổng thể không có sự chênh lệch đáng kể. Với khả năng đo khoảng cách, tốc độ và vị trí chính xác, cảm biến siêu âm trở nên đáng tin cậy và được sử dụng để đo khoảng cách trong nhiều lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao.

Phạm vi đo đạt từ vài centimet đến vài mét, mặc dù một số loại cảm biến có thể đo trong phạm vi 10 mét trở lên. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cảm biến siêu âm cũng có vùng mù (từ vài centimet đến vài decimet), đó là khoảng cách tối thiểu mà nó không thể đo lường chính xác.

Hoạt động trong môi trường khắc nghiệt

Do cảm biến siêu âm không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng như các loại cảm biến khác, nó đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt cả trong nhà và ngoài trời. Điều này làm cho cảm biến siêu âm trở thành sự lựa chọn lý tưởng trong các khu vực thiếu sáng hoặc có ánh sáng yếu.

Hoạt động bền bỉ

Cảm biến siêu âm sử dụng sóng siêu âm để thu thập dữ liệu mà không cần sử dụng nguồn điện bên ngoài. Điều này giúp cảm biến hoạt động liên tục và ổn định, tạo ra trải nghiệm liền mạch và cải thiện hiệu suất hoạt động trên các thiết bị sử dụng cảm biến siêu âm.

Các ứng dụng phổ biến của cảm biến siêu âm

Ứng dụng cảm biến siêu âm trong IoT (Internet of Things)

Một trong những ứng dụng quan trọng của cảm biến siêu âm là trong hệ thống IoT và tự động hóa nhà thông minh. Ví dụ, cảm biến siêu âm có thể được sử dụng như cảm biến chuyển động để tự động bật/tắt đèn khi có người đi vào hoặc ra khỏi phòng. Ngoài ra, cảm biến có thể được lắp đặt trong gara để phát hiện tường hoặc chướng ngại vật khi bạn đỗ xe. Trong các ứng dụng IoT cho nhà thông minh, cảm biến siêu âm cũng được sử dụng trong các robot hút bụi thông minh để giúp chúng tránh các chướng ngại vật như tường, chân bàn, ghế, và nhiều hơn nữa.

Ứng dụng cảm biến siêu âm trong các lĩnh vực khác

• Công nghiệp: Cảm biến siêu âm có thể được sử dụng để xác định kích thước, phát hiện hư hỏng, dị tật trên sản phẩm, đếm số lượng sản phẩm trên dây chuyền sản xuất, kiểm tra cáp bị đứt, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
• Y tế: Trong lĩnh vực y tế, cảm biến siêu âm được sử dụng để chụp ảnh các cơ quan nội tạng, xác định khối u, và theo dõi sức khỏe của thai nhi trong giai đoạn thai kỳ.
• Điện thoại thông minh: Cảm biến siêu âm được sử dụng trong các điện thoại thông minh để nhận dạng vân tay. Cảm biến này sử dụng sóng siêu âm để tạo ra hình ảnh 3D của dấu vân tay. Mặc dù giá thành của cảm biến siêu âm khá cao nên không nhiều hãng điện thoại lựa chọn sử dụng, nhưng Samsung Galaxy S10 và S10+ là những chiếc điện thoại đầu tiên sử dụng công nghệ siêu âm này.
• Xe ô tô: Cảm biến siêu âm thường được gắn trên đầu và đuôi xe ô tô. Chúng có vai trò quan trọng trong việc đỗ xe, vì cảm biến siêu âm có thể đo khoảng cách và phát ra tín hiệu khi xe gần chạm đến chướng ngại vật hoặc vật cản khác. Điều này giúp việc đỗ xe trở nên dễ dàng và an toàn hơn.

Những câu hỏi thường gặp về cảm biến siêu âm

Làm thế nào để chọn cảm biến siêu âm phù hợp?

Đầu tiên, bạn cần xác định rõ nhu cầu của mình là gì? Ví dụ như đo khoảng cách, phát hiện vật cản hay đo mức chất lỏng. Tiếp theo, hãy xem xét loại cảm biến tương thích với hệ thống điều khiển của bạn. Cuối cùng, tìm hiểu và so sánh nhiều loại khác nhau để tìm ra sản phẩm phù hợp với ngân sách của bạn.

Có những loại cảm biến siêu âm nào được sử dụng phổ biến?

Các loại cảm biến siêu âm phổ biến hiện nay bao gồm:

• Cảm biến siêu âm đo khoảng cách.
• Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản.
• Cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng.

Cảm biến siêu âm và cảm biến hồng ngoại khác nhau như thế nào?

Cảm biến siêu âm:

• Nguyên lý hoạt động: Phát và thu sóng siêu âm.
• Độ chính xác: Cao hơn cảm biến hồng ngoại.
• Khả năng chịu ảnh hưởng: Ít bị ảnh hưởng bởi khói, khí và các hạt khác trong không khí. Dễ bị nhiễu nếu không được lắp đặt đúng cách.

Cảm biến hồng ngoại:

• Nguyên lý hoạt động: Phát và thu tia hồng ngoại, phát hiện tia hồng ngoại phát ra từ vật thể.
• Độ chính xác: Thấp hơn cảm biến siêu âm.
• Khả năng chịu ảnh hưởng: Bị ảnh hưởng bởi ánh sáng mặt trời mạnh, mưa, sương mù, hoặc bụi bẩn.

Lời kết

Cảm biến siêu âm đang có vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Chúng tôi hy vọng rằng thông tin trên đã giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến siêu âm và ứng dụng tuyệt vời của nó trong nhiều lĩnh vực cuộc sống. Nếu bạn quan tâm đến chủ đề cảm biến thông minh đang được nhiều người tin dùng trong nhà thông minh, hãy tham khảo chuỗi bài viết của chúng tôi tại đây. Nếu bạn cần thêm thông tin hoặc muốn được tư vấn về sản phẩm, vui lòng liên hệ với chúng tôi:

HISVN – Giải pháp nhà thông minh

• Hotline: 0903 88 33 98
• Website: https://hisvn.vn/
• Fanpage: https://www.facebook.com/nhathongminhHISVN/
• Email: nam.kieu@hisvn.vn
• Địa chỉ văn phòng: 279 Trần Nhân Tôn, Phường 2, Quận 10, TP. HCM