1. Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor)
1.4.1.Cấu trúc cảm biến tiệm cận siêu âm
Cảm biến tiệm cận siêu âm có 4 phần chính:
Bộ phận phát và nhận sóng siêu âm (Transducer / Receiver):
Bộ phận so sánh (Comparator)
Mạch phát hiện (Detector Circuit)
Khi cảm biến nhận được sóng phản hồi, bộ phân so sánh tính toán khoảng cách bằng cách so sánh thời gian phát, nhận và vận tốc âm thanh.
Mạch điện ngõ ra (Output):
digital báo có hay không sự xuất hiện đối tượng trong vùng cảm nhận của cảm biến. Tín hiệu từ cảm biến analog chứa đựng thông tin
khoảng cách của đối tượng đến cảm biến.
Hình 2.23: Các thành phần của cảm biến tiệm cận siêu âm
1.4.2.Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận siêu âm
Kĩ thuật cảm biến siêu âm dựa trên đặc điểm vận tốc âm thanh là hằng số. Thời gian sóng âm thanh đi từ cảm biến đến đối tượng và quay trở lại liên hệ trực tiếp đến độ dài quãng đường. Vì vậy cảm biến siêu âm thường được dùng trong các ứng dụng đo khoảng cách.
Hình 2.24 Sóng âm thanh phản hồi khi đối tượng (mục tiêu) là chất rắn, chất lỏng. Tần số hoạt động: Nhìn chung, các cảm biến công nghiệp hoạt động với tần số 25 khz đến 500 Khz. Các cảm biến trong lãnh vực y khoa thì hoạt động với khoảng tần số từ 5MHz trở lên. Tần số hoạt động của cảm biến tỉ lệ nghịch với khoảng cách phát hiện cảm biến. Với tần số 50 kHz, phạm vi hoạt động của cảm biến có thể lên tới 10 m hoặc hơn, với tần số 200 kHz thì phạm vi hoạt động cảm biến bị giới hạn ở mức 1 m.
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 có một vùng nhỏ không thể sử dụng gần bề mặt cảm biến gọi là “khu vực mù” (blind zone).
Hình 2.25: Vùng hoạt động của cảm biến tiệm cận siêu âm
Kích thước và vật liệu của đối tượng cần phát hiện quyết định khoảng cách phát hiện lớn nhất (xem hình 2.26).
Hình 2.26: Khoảng cách hoạt động lớn nhất của cảm biến tiệm cận siêu âm với các đối tượng khác nhau