Cảm biến siêu âm ngày càng được ứng dụng trong đo khoảng khách, chẩn đoán hình ảnh với mức độ chính xác cao. Vậy cảm biến khi siêu âm là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của hiện tượng này như thế nào? Mời các bạn theo dõi bài viết dưới đây của Hoàng Hà Mobile để được cung cấp thông tin chi tiết nhé!
Cảm biến siêu âm là gì?
Đây là một loại cảm biến sử dụng sóng siêu âm dùng để đo khoảng cách, vận tốc. Đầu dò của cảm biến sẽ phát ra sóng siêu âm sau đó đo thời gian sóng mất để phản xạ từ một đối tượng và quay trở lại. Dựa trên thời gian này để cảm biến tính khoảng cách từ nó đến đối tượng. Cảm biến trong siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như đo khoảng cách vị trí, đo lượng nước trong cơ thể, hỗ trợ cảm biến đỗ xe tự động của oto,… Đặc điểm nổi bật của loại cảm biến này là hoạt động ổn định, không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, điều kiện môi trường.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm?
Có thể bạn chưa biết, loài dơi có khả năng phát – nhận sóng siêu âm. Bởi chúng thường hoạt động về ban đêm nên thị giác không phát triển. Để không bị va chạm khi di chuyển vào ban đêm, dơi sẽ phát ra sóng siêu âm để xác định hướng bay. Nếu sóng siêu âm gặp vật cản thì sẽ tự động đổi hướng. Vậy cảm biến siêu âm có cấu tạo như thế nào? Nguyên lý hoạt động có giống như loài dơi không?
Cấu tạo
Thiết bị cảm biến trong siêu âm sẽ thu nhận tín hiệu thông qua đầu dò hoạt động như một microphone. Đầu dò được thiết kế nhiều hình dạng như đầu dò sóng dọc, đầu dò sóng ngang, đầu dò kép, đầu dò sóng bề mặt,…Mặc dù có nhiều hình dạng nhưng đầu dò sóng siêu âm có chung đặc điểm:
- Đầu thu/phát: Là bộ phận chính của cảm biến, là nơi tạo và thu nhận sóng siêu âm.
- Bộ xử lý có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ đầu thu/phát để tính toán khoảng cách dựa trên thời gian sóng đi, sóng về.
- Nguồn điện: Để có thể hoạt động được, cảm biến cần kết nối với nguồn điện có thể là pin hoặc nguồn điện điện từ hệ thống cảm biến kết nối.
Trong một số trường hợp cảm biến có bộ lọc, mạch đồng bộ hoá để loại bỏ nhiều, đảm bảo quá trình thu nhận tín hiệu chính xác nhất.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm
Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên việc tạo ra sóng siêu âm và đo thời gian mà sóng này mất để đi từ cảm biến đến đối tượng và quay trở lại. Dựa vào khoảng thời gian đó để cảm biến tính toán khoảng cách chính xác nhất. Nguyên lý hoạt động của cảm biến cụ thể như sau:
Đầu tiên, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu sóng siêu âm sẽ có tần số cao hơn so với âm thanh con người có thể nghe được từ vài kHz đến vài chục MHz. Sau đó, sóng siêu âm gặp đối tượng và bị phản xạ lại. Lúc này, bộ xử lý điện tử sẽ tính thời gian sóng bắt đầu đến gặp đối tượng và quay trở lại. Dựa trên thời gian, vận tốc của sóng siêu âm để tính toán khoảng cách đến đối tượng. Trong một số trường hợp, khoảng cách tính được có thể xử lý bổ sung, hiển thị thông qua giao diện người dùng.
Đánh giá ưu, nhược điểm của cảm biến siêu âm
Bất cứ thiết bị cảm biến công nghiệp nào đều tồn tại những ưu, nhược điểm nhất định. So với các loại cảm biến khác, đầu dò siêu âm có những ưu nhược điểm như sau:
Ưu điểm
Cảm biến siêu âm có khả năng hoạt động tốt trong mọi điều kiện của môi trường như môi trường có nhiều bụi bẩn, ẩm ướt, nhiễu âm thanh.
Người dùng có thể đo khoảng cách từ vài cm đến vài chục mét tuỳ thuộc vào thiết kế và loại cảm biến.
Cảm biến của siêu âm cho kết quả chính xác cao đặc biệt trong khoảng cách ngắn và trung bình.
Loại cảm biến này có thời gian đáp ứng nhanh, phù hợp với những ứng dụng cần phản ứng nhanh như robot, hệ thống tránh va chạm.
Khác với cảm biến sinh học, sóng siêu âm sẽ không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng của môi trường.
Nhược điểm
Cảm biến siêu âm có giá thành cao hơn một số loại cảm biến khác chẳng hạn như cảm biến hồng ngoại. Một hạn chế tiếp theo của loại cảm biến này là trong môi trường chứa khí ga, sóng siêu âm có thể bị giảm hiệu suất hoạt động. Đối với bề mặt mềm, mịn, phản xạ không tốt cũng ảnh hưởng tới việc đo khoảng cách bằng sóng siêu âm.
Ứng dụng của cảm biến siêu âm trong cuộc sống
Trong cuộc sống, sóng siêu âm có vai trò quan trọng như đo khoảng cách, phát hiện vật thể; đo mức nước; đo nhịp tim, dịch trong cơ thể,… Sau đây, chúng tôi sẽ chia sẻ ứng dụng của sóng siêu âm trong cuộc sống để các bạn hiểu rõ hơn nhé!
Phát hiện vật cản
Cảm biến được sử dụng rộng rãi trong việc phát hiện vật cản. Chẳng hạn như cảm biến sẽ được lắp xung quanh xe ô tô để phát hiện vật cản sau đó cảnh báo lái xe, tránh va chạm. Đồng thời, nó còn giúp xe ô tô tự động nhận biết vị trí của vật cản khi đỗ xe. Đối với robot di động, sóng siêu âm có nhiệm vụ phát hiện vật cản, tránh va chạm khi di chuyển.
Hay máy kéo tự động trong nhà máy sử dụng cảm biến siêu âm để hoạt động mượt mà, không va chạm gây hỏng hóc. Đặc biệt, trong hệ thống an ninh và giám sát, sóng siêu âm còn được sử dụng để phát hiện người lạ, vật cản vào vùng cấm sau đó gửi cảnh báo.
Trong công nghiệp
Cảm biến siêu âm còn có ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Nó dùng để đo khoảng cách của các vật thể trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp. Nó còn có khả năng đo độ dày của vật liệu trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Trong quy trình sản xuất tự động, sóng siêu âm có vai trò kiểm tra cấu trúc vật liệu, kiểm soát các yếu tố môi trường xung quanh. Đặc biệt, trong công nghiệp sử dụng sóng siêu âm để phát hiện vật cản, cảnh báo nguy hiểm giúp giảm thiểu tai nạn lao động.
Trong y tế
Trong lĩnh vực y tế, cảm biến siêu âm được ứng dụng rộng rãi để chẩn đoán hình ảnh, đo nhịp tim và điều trị y tế. Trước tiên đó là siêu âm, sóng siêu âm sẽ tạo ra hình ảnh cắt lớp của các cơ quan và mô trong cơ thể như khám thai kỳ, theo dõi sự phát triển của thai nhi, phát hiện các bất thường trong cơ thể. Ngoài ra, sóng siêu âm còn được dùng để đo lượng máu, nước mắt, dịch nền. Điều này có vai trò quan trọng khi người bệnh bị suy thận, bệnh gan,…
Chắc hẳn mọi người từng đo nhịp tim, siêu âm tim, kết quả chẩn đoán có được nhờ sóng siêu âm. Hơn nữa, nó còn có thể sử dụng để đo áp lực, tốc độ của dòng máu trong động mạch, tĩnh mạch. Hướng dẫn can thiệp, phát hiện sớm các biến đổi đặc trưng của ung thư. Tóm lại, sóng siêu âm không xâm lấn, không gây đau, an toàn cho bệnh nhân và có vai trò quan trọng trong quy trình chẩn đoán, điều trị.
Trong môi trường
Trong môi trường, sóng siêu âm có nhiều ứng dụng hữu ích. Loại cảm biến này giúp đo mực nước trong ao, hồ; đo mực dầu trong bồn chứa. Nó còn có khả năng đo lưu lượng khí thải từ các nhà máy ra môi trường; theo dõi chất lượng không khí. Cảm biến siêu âm còn giúp con người quản lý tài nguyên tự nhiên tốt hơn và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
Kiểm soát, đảm bảo an ninh, bảo mật
Tại những khu vực quan trọng như nhà ở, văn phòng, kho chứa sẽ được ứng dụng sóng siêu âm để phát hiện chuyển động. Cảm biến này có thể được sử dụng để mở và đóng cửa tự động khi có người hoặc xe tiếp cận. Hơn nữa, nó có thể kiểm soát chỉ những người được phép mới đi vào khu vực nhạy cảm.
Ngày nay, cảm biến siêu âm có thể được tích hợp vào các hệ thống an ninh và giám sát để cung cấp một lớp bảo vệ bổ sung và hiệu quả. Điều này giúp tăng cường an ninh và an toàn trong nhiều môi trường, từ các công trình công cộng đến các khu vực quân sự và tài sản riêng tư.
Cảm biến vân tay
Cảm biến vân tay mang lại khả năng nhận dạng chính xác, độ bảo mật cao và khả năng hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau. Theo đó, hệ thống sẽ sử dụng sóng siêu âm để quét và xác định vân tay của người dùng. Đây là một công nghệ tiên tiến và an toàn, mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp vân tay truyền thống.
Ứng dụng của cảm biến siêu âm vân tay dùng để mở khoá điện thoại thông minh, máy tính bảng, đảm bảo an toàn cho thiết bị. Đặc biệt, trong bối cảnh thanh toán trực tuyến ngày càng phát triển, cảm biến vân tay có vai trò quan trọng dùng để xác thực. Người dùng cần xác thực danh tính khi đăng nhập, sử dụng ứng dụng/dịch vụ trực tuyến. Nếu người dùng thực hiện giao dịch trực tuyến, cảm biến vân tay sẽ xác minh tránh rủi ro về tài chính.
Cảm biến vân tay còn được ứng dụng để chấm công nhân viên tại cơ quan, doanh nghiệp. Hay nó có thể được tích hợp vào thiết bị khoá cửa, hệ thống kiểm soát nhà thông minh để nâng cao khả năng bảo mật. Tóm lại, cảm biến vân tay trở thành một công nghệ xác thực hiệu quả, mang đến cho người dùng tiện ích khác nhau.
Tạm Kết
Bài viết trên, chúng tôi đã chia sẻ những thông tin cần biết về cảm biến siêu âm cho các bạn tham khảo. Đây là một công nghệ có tính ứng dụng cao trong lĩnh vực y tế, công nghiệp, đời sống,… Các bạn hãy tìm hiểu và ứng dụng công nghệ này để cuộc sống tối ưu, hiện đại hơn nhé! Hãy follow fanpage Hoàng Hà Mobile và Youtube Hoàng Hà Channel để biết thêm thông tin hữu ích từ chúng tôi nhé!
XEM THÊM:
