Đang tải... (xem toàn văn)
LÝ THUYẾT SÓNG SIÊU ÂM VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM
LÝ THUYẾT SÓNG SIÊU ÂM VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM : Khái quát sóng âm • Các môi trường chất đàn hồi (rắn, lỏng và khí) có thể coi Các môi trường chất đàn hồi (rắn, lỏng và khí) có thể coi là những môi trường liên tục gồm những phân tử liên kết là những môi trường liên tục gồm những phân tử liên kết chặc chẽ với nhau. Lúc bình thường mỗi phân tử có một chặc chẽ với nhau. Lúc bình thường mỗi phân tử có một vị trí cân bằng bền. Nếu tác động một lực lên phân tử A vị trí cân bằng bền. Nếu tác động một lực lên phân tử A nào đó bên trong môi trường này, nó sẽ rời khỏi vị trí cân nào đó bên trong môi trường này, nó sẽ rời khỏi vị trí cân bằng bền. Do tương tác tạo nên bởi các mối liên kết với bằng bền. Do tương tác tạo nên bởi các mối liên kết với các phân tử bên cạnh, một phân tử A bị kéo về vị trí cân các phân tử bên cạnh, một phân tử A bị kéo về vị trí cân bằng, một mặt nó cũng chịu tác động nên phân tử A di bằng, một mặt nó cũng chịu tác động nên phân tử A di chuyển qua _lại quanh vị trí cân bằng, có nghĩa là phân chuyển qua _lại quanh vị trí cân bằng, có nghĩa là phân tử A thực hiện dao động dưới dạng dao động. Hiện tượng tử A thực hiện dao động dưới dạng dao động. Hiện tượng này tiếp tục xảy ra với các phân tử khác của môi trường. này tiếp tục xảy ra với các phân tử khác của môi trường. Dao động cơ, có tính lặp đi lặp lại, lan truyền trong môi Dao động cơ, có tính lặp đi lặp lại, lan truyền trong môi trường đàn hồi được gọi là sóng đàn hồi hay sóng cơ. trường đàn hồi được gọi là sóng đàn hồi hay sóng cơ. • Về bản chất, sóng âm là sóng cơ học, do đó nó luôn tuân Về bản chất, sóng âm là sóng cơ học, do đó nó luôn tuân theo mọi quy luật của sóng cơ, có thể tạo ra sóng âm theo mọi quy luật của sóng cơ, có thể tạo ra sóng âm bằng cách tác động một lực cơ học vào môi trường bằng cách tác động một lực cơ học vào môi trường truyền âm truyền âm • Ví dụ: Đánh lên mặt trống, tác dụng dòng điện làm rung Ví dụ: Đánh lên mặt trống, tác dụng dòng điện làm rung màng loa, đạn bay trong không khí,…. màng loa, đạn bay trong không khí,…. Các đại lượng đặc trưng Các đại lượng đặc trưng của sóng bao gồm: của sóng bao gồm: • Chu kỳ t=(s) là khoảng thời gian mà sóng thực hiện Chu kỳ t=(s) là khoảng thời gian mà sóng thực hiện một lần nén và một lần dãn. một lần nén và một lần dãn. • Tần số f=(hz) là chu kỳ thực hiện trong một giây. Tần số f=(hz) là chu kỳ thực hiện trong một giây. • Vận tốc truyền của sóng âm là quãng đường sóng âm Vận tốc truyền của sóng âm là quãng đường sóng âm truyền được sau một đơn vị thời gian. truyền được sau một đơn vị thời gian. • Độ dài bước sóng: λ = (μm) là quãng đường mà sóng Độ dài bước sóng: λ = (μm) là quãng đường mà sóng truyền được sau khoảng thời gian bằng 1 chu kỳ (λ = truyền được sau khoảng thời gian bằng 1 chu kỳ (λ = v.T = v/f). Trên hình vẽ, ta thấy bước sóng λ là khoảng v.T = v/f). Trên hình vẽ, ta thấy bước sóng λ là khoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai đáy nằm kề nhau. cách giữa hai đỉnh hoặc hai đáy nằm kề nhau. Định nghĩa sóng siêu âm • Siêu âm Siêu âm là một dao động là một dao động âm thanh âm thanh s s óng óng áp lực với một áp lực với một tần số tần số lớn hơn giới hạn lớn hơn giới hạn trên của con người trên của con người phạm vi thính giác phạm vi thính giác . Siêu âm là như vậy, không tách ra từ . Siêu âm là như vậy, không tách ra từ "bình thường" (âm thanh) âm thanh dựa "bình thường" (âm thanh) âm thanh dựa trên sự khác biệt về tính chất vật lý, chỉ có trên sự khác biệt về tính chất vật lý, chỉ có một thực tế mà con người không thể nghe một thực tế mà con người không thể nghe được. Mặc dù giới hạn này thay đổi từ được. Mặc dù giới hạn này thay đổi từ người này sang người khác, đó là khoảng người này sang người khác, đó là khoảng 20 20 kilohertz kilohertz (20,000 hertz) trong lành (20,000 hertz) trong lành mạnh, người lớn trẻ tuổi. Các thiết bị siêu mạnh, người lớn trẻ tuổi. Các thiết bị siêu âm hoạt động với tần số từ 20 kHz đến vài âm hoạt động với tần số từ 20 kHz đến vài gigahertz. gigahertz. Ứng dụng sóng siêu âm • Siêu âm được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác Siêu âm được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các thiết bị siêu âm được sử dụng để phát nhau. Các thiết bị siêu âm được sử dụng để phát hiện các đối tượng và đo khoảng cách. Hình ảnh hiện các đối tượng và đo khoảng cách. Hình ảnh siêu âm ( siêu âm ( siêu âm siêu âm ) được sử dụng trong cả hai ) được sử dụng trong cả hai thuốc thú y thuốc thú y và và y học của con người y học của con người . Trong các . Trong các thử nghiệm không phá hủy thử nghiệm không phá hủy các sản phẩm và cơ các sản phẩm và cơ cấu, siêu âm được sử dụng để phát hiện các sai cấu, siêu âm được sử dụng để phát hiện các sai sót vô hình. Công nghiệp, siêu âm được sử dụng sót vô hình. Công nghiệp, siêu âm được sử dụng để làm sạch và để pha trộn, và đẩy nhanh quá để làm sạch và để pha trộn, và đẩy nhanh quá trình hóa học. Các sinh vật như dơi và cá heo trình hóa học. Các sinh vật như dơi và cá heo dùng sóng siêu âm để định vị con mồi và trở ngại dùng sóng siêu âm để định vị con mồi và trở ngại . . Một số ứng dụng: Một số ứng dụng: • Các thiết bị cảm biến: cảm biến không tiếp xúc, Các thiết bị cảm biến: cảm biến không tiếp xúc, cảm biến chuyển động và đo lường, …; cảm biến chuyển động và đo lường, …; • Trong kiểm tra và tìm kiếm; Trong kiểm tra và tìm kiếm; • Trong y tế: máy siêu âm, thuốc thú y, điều trị Trong y tế: máy siêu âm, thuốc thú y, điều trị bằng tác động siêu âm, …. bằng tác động siêu âm, …. • Làm sạch bằng siêu âm; Làm sạch bằng siêu âm; • Hàn nhựa bằng sóng siêu âm; Hàn nhựa bằng sóng siêu âm; • Vũ khí; Vũ khí; • Truyền tín hiệu; Truyền tín hiệu; CẢM BIẾN SÓNG SIÊU ÂM Giới thiệu về cảm biến tiệm cận Giới thiệu về cảm biến tiệm cận siêu âm siêu âm Cảm biến siêu âm là thiết bị dùng để xác định vị trí của các vật thông qua Cảm biến siêu âm là thiết bị dùng để xác định vị trí của các vật thông qua phát sóng siêu âm. phát sóng siêu âm. Cảm biến tiệm cận siêu âm có thể Cảm biến tiệm cận siêu âm có thể phát phát hiện ra hầu hết các đối tượng là kim hiện ra hầu hết các đối tượng là kim loại hoặc không phải kim loại,chất lỏng hoặc chất rắn,vật trong hoặc mờ loại hoặc không phải kim loại,chất lỏng hoặc chất rắn,vật trong hoặc mờ đục (những vật có hệ số phản xạ sóng âm thanh đủ lớn) đục (những vật có hệ số phản xạ sóng âm thanh đủ lớn) [...]... hình ảnh về cảm biến siêu âm Một số hình ảnh về cảm biến siêu âm Một số hình ảnh về cảm biến siêu âm Một số cách bố trí cảm biến Bố trí cảm biến Bố trí cảm biến Cấu tạo của cảm biến tiệm cận siêu âm • Cảm biến siêu âm gồm có 4 phần chính: 1/Bộ phận phát và nhận sóng siêu âm 2/bộ phận so sánh 3/mạch phát hiện 4/mạch ngõ ra Cấu tạo của cảm biến tiệm cận siêu âm • Khi cảm biến nhận được sóng phản hồi,bộ phận... nghịch với khoảng cách phát hiện của cảm biến,với tần số 50khz thì phạm vi hoạt động của cảm biến có thể lên tới 10m hoặc hơn,với tần số 200khz thì phạm vi hoạt động của cảm biến giới hạn ở mức 1m Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận siêu âm Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận siêu âm • MẠCH CẢM BIẾN SIÊU ÂM MẠCH CẢM BIẾN SIÊU ÂM Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận siêu âm • Vùng hoạt... định.khoảng cách phát hiện có thể điều chỉnh bởi người sử dụng • Ngoài ra để cảm biến siêu âm không phát hiện đối tượng dù chúng di chuyển vào vùng hoạt động của cảm biến,người ta có thể tạo một lớp vỏ bằng chất liệu có khả năng không phản xạ lại sóng âm thanh Xác định khoảng cách • Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng. .. điểm và nhược điểm của cảm biến tiệm cận siêu âm • Nhược điểm:cảm biến siêu âm yêu cầu đối tượng có một diện tích bề mặt tối thiểu(giá trị này tùy thuộc vào từng loại cảm biến) • Sóng phản hồi cảm biến nhận được có thể chịu ảnh hưởng của sóng âm thanh tạp âm • Cảm biến tiệm cận siêu âm yêu cầu một khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi để sẵn sàng nhận sóng phản hồi.kết quả cảm biến tiệm cận siêu âm. .. sóng được ghi nhận lại Nguyên lý TOF Khi sóng siêu âm phát ra và thu về, cảm biến siêu âm, một cách gián tiếp cho ta biết vị trí các chướng ngại vật theo hướng quét của cảm biến Khi đó, dường như trên quãng đường đi từ cảm biến đến chướng ngại vật, sóng siêu âm không gặp bất cứ vật cản nào, và đâu đó xung quanh vị trí mà thông số cảm biến ghi nhận được, có một chướng ngại vật Và vì thế, cảm biến siêu. .. quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm. Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF : d=v.t/2 Nguyên lý TOF Trong đó: d là khoảng cách cần đo, v là vận tốc sóng siêu âm trong môi trường truyền sóng, t là thời gian từ lúc sóng được phát... khoảng cách,bằng cách so sánh thời gian phát,nhận và vận tốc âm thanh • Tín hiệu ngõ ra có thể là digital hoặc analog Tín hiệu từ cảm biến digital báo có hay không sự xuất hiện của 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 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận siêu âm • Kĩ thuật cảm thuật cảm biến siêu âm dựa... giới hạn khoảng cách lớn nhất và khoảng cách nhỏ nhất • Cảm biến siêu âm có một vùng nhỏ không thể sử dụng gần cảm biến gọi là khu vực mù • Kích thước và vật liệu của đối tượng cần phát hiện quyết định khoảng cách phát hiện lớn nhất (vật xốp . LÝ THUYẾT SÓNG SIÊU ÂM VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM : Khái quát sóng âm • Các môi trường chất đàn hồi (rắn, lỏng và khí) có thể coi Các môi trường chất đàn hồi (rắn, lỏng và. tạo của cảm biến tiệm cận siêu âm siêu âm • Cảm biến siêu âm gồm có 4 phần Cảm biến siêu âm gồm có 4 phần chính: chính: 1/Bộ phận phát và nhận sóng siêu âm 1/Bộ phận phát và nhận sóng siêu âm 2/bộ. phát hiện các đối tượng và đo khoảng cách. Hình ảnh hiện các đối tượng và đo khoảng cách. Hình ảnh siêu âm ( siêu âm ( siêu âm siêu âm ) được sử dụng trong cả hai ) được sử dụng trong