a, Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Cấu tạo cảm biến siêu âm bao gồm:
-Bộ phận phát và nhận sĩng siêu âm (Transducer / Receiver) -Bộ phận so sánh (Comparator)
-Mạch phát hiện (Detector Circuit) -Mạch điện ngõ ra (Output)
5.3 Cảm biến siêu âm
Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm là nguyên lý TOF (time of flight) :
Kĩ thuật cảm thuật cảm biến siêu âm dựa trên đặc điểm vận tốc âm thanh là hằng số, thời gian sĩng âm thanh đi từ cảm biến đến đối tượng và quay trở lại liên hệ trực tiếp đến độ dài quãng đường.
Cơng thức: d= v*t/2
d: khoảng cách từ cảm biến đến vật thể v = 343m/s vận tốc sĩng siêu âm trong khơng khí
t: thời gian từ lúc phát sĩng đến lúc cĩ sĩng phản xạ về
5.3 Cảm biến siêu âm
b, Đặc điểm
- Cảm biến tiệm cận siêu âm cĩ thể phát hiện hầu hết các loại đối tượng: kim loại hoặc khơng phải là kim loại, chất lỏng hoặc chất rắn, vật trong hoặc mờ đục (những vật cĩ hệ số phản xạ sĩng âm thanh đủ lớn).
- Vùng hoạt động: là khu vực giữa 2 giới hạn khoảng cách phát hiện lớn nhất và nhỏ nhất
- Cảm biến tiệm cận siêu âm cĩ một vùng nhỏ khơng thể sử dụng gần bề mặt cảm biến gọi là “khu vực mù” (blind zone).
5.3 Cảm biến siêu âm
c, Những yếu tố ảnh hưởng tới cảm biến siêu âm
- Hiện tượng khuếch tán: hiện tượng xảy ra khi bề mặt vật cần dị khơng bằng phẳng và sĩng siêu âm phản xạ theo nhiều hướng
5.3 Cảm biến siêu âm
- Hiện tượng tán xạ: hiện tượng xảy ra khi kích thước vật cần dị nhỏ hơn kích thước nguồn sĩng
5.3 Cảm biến siêu âm
- Hiện tượng phản xạ : sĩng siêu âm cĩ thể bị phản xạ nhiều lần khi mơi trường khơng đồng nhất hoặc qua nhiều lớp phân cách mơi trường
5.3 Cảm biến siêu âm
-Hiện tượng hấp thụ : một phần sĩng siêu âm bị hấp thụ bởi mơi
5.3 Cảm biến siêu âm
-Hiện tượng Crosstalk (hiện tượng đọc chéo):
Khắc phục:
-Dùng cảm biến cĩ gĩc búp hướng nhỏ - Dùng nhiều cảm biến
5.3 Cảm biến siêu âm
d, Ưu nhược điểm của cảm biến siêu âm Ưu điểm:
Sĩng phản hồi của cảm biến khơng phụ thuộc màu sắc của bề
mặc đối tượng hay tính chất phản xạ ánh sáng của đối tượng
ví dụ bề mặt kính trong suốt, bề mặt gốm màu nâu, bề mặt
plastic màu trắng, hay bề mặt chất liệu nhơm sáng, trắng... là
như nhau.
Tín hiệu đáp ứng của cảm biến tiệm cận siêu âm analog là tỉ lệ tuyến tính với khoảng cách. Điều này đặc biệt lý tưởng cho các ứng dụng như theo theo dõi các mức của vật chất, mức độ chuyển động của đối tượng.
