Đề tài: Tìm Hiểu Cảm Biến Siêu Âm(Ultrasonic Sensors) Nhóm 4: Lê Hữu Nam Lê Quang Thăng Lê Quang Danh Cảm Biến Siêu Âm Khái Niệm .Cảm biến siêu âm cảm biến dùng để phát xác định vị trí vật thông qua phát sóng siêu âm .Sóng siêu âm gì? Sóng siêu âm sóng học có tần số lớn tần số nghe thấy (trên 20kHZ) Thính giác người nghe âm với dải tần số từ vài Hz đến âm cao (gần 20kHz) Một số loại dơi ong, cá heo, cá voi nhận sóng siêu âm .Cảm biến siêu âm phát hầu hết đối tượng kim loại kim loại, chất lỏng chất rắn, vật hoăc mờ đục(những vật có hệ số phản xạ sóng âm đủ lớn) Cảm Biến Siêu Âm Cấu tạo nguyên lý hoạt động a Sơ đồ cấu tạo  Chú thích: Bộ biến âm Đế nhựa tổng hợp Phần giảm âm Cáp điện Vỏ kim loại Vỏ bọc Cảm Biến Siêu Âm b Nguyên lý hoạt động  Một cảm biến siêu âm làm việc với bốn phận: - Bộ phận phát nhận sóng siêu âm - Bộ phận so sánh - Mạch phát - Mạch ngõ Cảm Biến Siêu Âm  Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm  Cảm biến phát sóng siêu âm Nếu có chướng ngại vật đường đi, sóng siêu âm phản xạ lại tác động lên module nhận sóng  Khi cảm biến phát sóng siêu âm thu sóng phản xạ đồng thời, đo khoảng thời gian từ lúc phát tới lúc sóng phản hồi ghi nhận, quãng đường mà sóng di chuyển không gian hoàn toàn xác định Quãng đường di chuyển sóng hai lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật theo hướng phát sóng siêu âm Khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật tính theo nguyên lý Time of flight (TOF): Cảm Biến Siêu Âm  Khoảng cách từ cảm biến tới vật : v.t.cos Θ L0 = Trong đó: L0 - khoảng cách cần đo v - vận tóc sóng siêu âm (343 m/s không khí) t - thời gian từ lúc phát đến lúc sóng ghi nhận lại Cảm Biến Siêu Âm   Lưu ý: khoảng cách cảm biến siêu âm tới đối tượng xa độ xác giảm, góc quét cảm biến mở rộng theo hình nón Tín hiệu ngõ digital analog Tín hiệu từ cảm biến digital báo có hay không xuất đối tượng vùng cảm nhận cảm biến Tín hiệu từ cảm biến analog chứa đựng thông tin khoảng cách đối tượng tới cảm biến Cảm Biến Siêu Âm Ưu điểm, nhược điểm cảm biến tiệm cận siêu âm a Ưu điểm          Vùng cảm biến rộng khoảng cách phát vật thể lên đến vài m Đo khoảng cách rời rạc vật di chuyển Ít ảnh hưởng vật liệu bề mặt Không ảnh hưởng màu sắc, dùng để xác định vật thể có màu sắc vật liệu khó phân biệt Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách Có thể phát vật nhỏ khoảng cách xa Ít bị suy giảm môi trường nước Có thể phát vật thể suốt ( vật liệu thủy tinh ) Có thể làm việc môi trường dơ bụi Cảm Biến Siêu Âm b Nhược điểm    Cảm biến siêu âm có giá thành cao, không kinh tế   Tần số chuyển mạch từ đến 125 HZ Sóng phản hồi bị ảnh hưởng sóng âm tạp âm Cần khoảng thời gian sau lần sóng phát để sẵn sàng nhận sóng phản hồi  thời gian tác động chậm CB khác Khó phát vật có mật độ vật chất thấp khoảng cách xa  Một số hình ảnh cảm biến siêu âm thực tế Cảm Biến Siêu Âm  Thông thường ngõ vào PLC dạng sinking nên ta kết nối với cảm biến loại sourcing  Lưu ý : tiếp điểm cảm biến sinking đóng ngõ nối với L-(COM), tiếp điểm cảm biến sourcing ngõ nối với L+ Cảm Biến Siêu Âm  Kết nối cảm biến hai dây với PLC a Ngõ vào PLC loại sourcing b Ngõ vào PLC Loại sinking Cảm Biến Siêu Âm  Kết nối cảm biến ba dây với PLC a Ngõ vào PLC loại sourcing(PNP) b Ngõ vào PLC loại sinking(NPN) Cảm Biến Siêu Âm  Lưu ý: Trong cảm biến PNP(sourcing) NPN(sinking) có kí hiêu dây nối màu sắc sau: dây màu nâu dây L+, dây màu xanh dương dây L-, ngõ màu trắng sinking(NPN) màu đen sourcing(PNP) Một số loại cảm biến siêu âm thực tế Các cảm biến ngày đa dạng mẫu mã, chủng loại kích thước tùy thuộc khoảng cách đối tượng nhận biết xa hay gần, tính chất đối tượng cần phát hiện, điều kiện môt trường đo khác nhau, giá thành ngày giảm thấp trở nên thông dụng Chúng có nhiều hình dáng khác sản xuất nhiều công ty, tập đoàn khác : Siemens(đức), Omron(nhật), Pepperl+Fuch(đức), Carlo Gavazzi(italia) Autonics(hàn quốc), Schneider (mỹ ) Dưới số loại cảm biến siêu âm thực tế: Cảm Biến Siêu Âm  Cảm biến siêu âm đo khoảng cách E4PA-LS400-M1-N Thông số kỹ thuật: - Hãng Siemens(Đức) - Ngõ ra: analog - Nguồn cấp: 10-30VDC,1800mW Max - Ngõ ra: 4-20mA (tải 500Ω Max.), - 0-10VDC (tải 1000Ω Min.) - Độ xác: 0.1% FS Max - Nhiệt độ làm việc: -10 ~ 55oC - Cấp bảo vệ: IEC60529: IP65 UA30CAD60PGTI  Thông số kỹ thuật:  Hãng: CARLO GAVAZZI Xuất xứ : Italia  – Nguồn cấp cho cảm biến : 15-30VDC – Output: 4-20mm 0-10VDC, tích hợp thêm ngõ NPN/PNP – IP: 67 – Cáp kết nối với cảm biến mặc định: dài 2m PVC – Thời gian đáp ứng: Nhỏ 500ms –– Nhiệt độ hoạt động: -20~70 độ C – Góc phát sóng: độ độ – Độ phân giải: mm – Bán kính hoạt động: 450mm XX930A2A1230M12  Thông số kỹ thuật: - Hãng: Scheider Xuất xứ: Mỹ - Cảm biến loại dây - Điện áp cấp: 12 24 V DC - Ngõ ra: 10 V - Khoảng cách làm việc: 0.12 m - Kích thước tối thiểu vật: đường kính - 0.02 m - Góc nhìn: 10 ° - Tần số siêu âm: 200 kHz - Nhiệt độ làm việc: -20 60 °C -khối lượng: 0.095 kg E4C-Omron  Cảm biến siêu âm hình trụ ᴓ18, khuếch đại rời  Nguồn cấp 12-24VDC ±10%  Không phụ thuộc hình dáng, tính chất, màu sắc vật thể  Ngỏ dạng transistor NPN, PNP với trạng thái NO/NC lựa chọn  Nhiều kiểu lựa chọn: tự thu phát điều chỉnh được, thu phát riêng  Tần số sóng siêu âm hoạt động 270Kz  Góc phát sóng hẹp ±8 , kiểm tra vật có diện tích nhỏ 100x100mm  Đèn báo thị trạng thái ngỏ màu xanh  Nhiệt độ hoạt động -10~550C, đạt độ kín IEC IP66  Lắp đặt đơn giản, dễ dàng bảo trì, thiết kế với tuổi thọ cao  Ứng dụng phát vật thể, kiểm tra sản phẩm  Một số model thông dụng:  E4C-LS35 2M đầu cảm biến loại thu phát riêng khoảng cách 500mm  E4C-TS50 2M đầu cảm biến loại phản xạ khuếch tán khoảng cách 100-350mm  E4C-WH4T Bộ khuếch thu phát  E4C-WH4L Bộ khuếch phản xạ khuếch tán E4C-UDA -Omron  Cảm biến siêu âm hình trụ phi 18, khuếch đại rời loại số  Nguồn cấp 12-24VDC ±10%  Không phụ thuộc hình dáng, tính chất, màu sắc vật thể  Ngỏ dạng transistor NPN, PNP với trạng thái NO/NC lựa chọn  Tần số sóng siêu âm hoạt động 255-390Kz  Góc phát sóng hẹp ±8 , kiểm tra vật có diện tích nhỏ 100x100mm  Nhiệt độ hoạt động -10~550C, đạt độ kín IEC IP65  Ứng dụng phát vật thể  Một số model thông dụng:  E4C-DS30 đầu cảm biến loại phản xạ khuếch tán khoảng cách 50-300mm  E4C-DS80 đầu cảm biến loại phản xạ khuếch tán khoảng cách 70-800mm  E4C-DS100 đầu cảm biến loại phản xạ khuếch tán khoảng cách 90-1000mm  E4C-UDA11 Bộ khuếch phản xạ khuếch tán, ngỏ NPN  E4C-UDA41 Bộ khuếch phản xạ khuếch tán, ngỏ NPN E4B phát vật nhỏ - Omron  Cảm biến siêu âm dạng khối 60x80x35  Nguồn cấp 12-24VDC ±10%,  Ngỏ dạng transistor NPN-NO  Nhiều kiểu lựa chọn: tự thu phát điều chỉnh được, phản xạ gương, thu phát riêng  Tần số sóng siêu âm 200Kz  Góc phát sóng hẹp 80, kiểm tra vật có kích thước nhỏ 20x20mm  Nhiệt độ hoạt động -10~550C, đạt độ kín IEC IP66  Một số model thông dụng:  E4B-TS50E4 loại thu phát riêng khoảng cách 0.5m  E4B-T1E4 loại thu phát riêng khoảng cách 1m  E4B-LS20E4 loại phản xạ khuyếch tán với khoảng cách đặt từ 50-200mm  E4B-LS70E4 loại phản xạ khuyếch tán với khoảng cách đặt từ 200-700mm  E4B-RS70E4 loại phản xạ khuyếch tán với vùng phát đặt từ 200-700mm E4A-3K - Omron  Cảm biến siêu âm dạng khối 105x150x50mm  Khoảng cách đo chỉnh 0.3~3m  Nguồn cấp 100/110, 200/220VAC 50/60Hz, 12-24VDC  Ngỏ dạng contact 3A-250VAC/30VDC, NO-NC  Cho phép nối nhiều cảm biến để hoạt động đồng  Nhiệt độ hoạt động -20~550C, đạt độ kín IEC IP6  Một số model thông dụng:  E4A-3K Cảm biến siêu âm nguồn cấp AC110/220V  E4A-3K AC120/240 Cảm biến siêu âm nguồn cấp AC120/240V  E4A-3K DC12-24 Cảm biến siêu âm nguồn cấp DC1224V Thank For Watching! [...]... Cảm Biến Siêu Âm  Một số hình ảnh ứng dụng của cảm biến siêu âm: Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Đo mực chất lỏng trong bình bồn chứa Cảm Biến Siêu Âm 5 Bố trí cảm biến siêu âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm 7 Kết nối cảm biến với PLC How to connect? Cảm Biến. .. Một số hình ảnh cảm biến siêu âm trong thực tế Cảm Biến Siêu Âm 4 Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận siêu âm Từ lâu thì cảm biến siêu âm đã được sử dụng trong các lĩnh vực như:  Rada siêu âm( sona) dùng để phát hiện các mục tiêu thăm dò dưới nước như tham dò đáy biển, phát hiện tàu ngầm, đàn cá Nhờ vào... MBA sẽ phát sinh sóng siêu âm lan truyền trong dầu Nhờ bộ cảm biến siêu âm gắn trên thùng dầu có thể phân tích sóng tới và sóng phản xạ của nguồn phóng điện và xác định chính xác vị trí của dây quấn MBA có phóng điện cục bộ Cảm Biến Siêu Âm  Trong nghành y tế : ra đa siêu âm giúp bác sĩ có thể nhìn thấy nội tại của cơ thể, chẩn đoán chính xác khối u, thai nhi  Cảm biến siêu âm còn được ứng dụng... Khi cảm biến không phát hiện đối tượng thì cực B của transistor ở giá trị L+, và transistor ở trạng thái ngưng dẫn Khi cảm biến được kích hoạt thì cực B sẽ ỏ trạng thái 0v, và transistor cho phép dòng điện chày tù cảm biến ra ngoại thiết bị được nối Cảm Biến Siêu Âm  Thông thường thì các ngõ vào của PLC là dạng sinking nên ta kết nối với các cảm biến loại sourcing  Lưu ý : các tiếp điểm trong cảm biến. .. loại sourcing  Lưu ý : các tiếp điểm trong cảm biến sinking đóng thì ngõ ra được nối với L-(COM), tiếp điểm trong cảm biến sourcing thì ngõ ra nối với L+ Cảm Biến Siêu Âm  Kết nối cảm biến hai dây với PLC a Ngõ vào PLC loại sourcing b Ngõ vào PLC Loại sinking Cảm Biến Siêu Âm  Kết nối cảm biến ba dây với PLC a Ngõ vào PLC loại sourcing(PNP) b Ngõ vào PLC loại sinking(NPN) ... Transistor PNP được sử dụng cho các ngõ ra sourcing, và NPN cho các ngõ ra sinking Cảm Biến Siêu Âm  Sinking  Để cảm biến hoạt động thì cần phải có nguồn cấp(chân L+ và chân L-) khi mà cảm biến phát hiện đối tượng thì có điện áp tại cực B của transistor NPN transistor chuyển sang trạng thái dẫm và cho biến dòng chảy từ cảm biến xuống mass(L-)  Khi không không phát hiện đối tượng thì cực B của transistor... chạy vào cảm biến  Các sensor ngõ ra sourcing(nguồn dòng) cho phép dòng điện chạy từ sensor ra đối tượng được kết nối Ở hai cái loại ngõ ra này cần chú ý tới dòng điện chứ không phải là điện áp bằng cách sử dụng dòng điện thì nhiễu được loại trừ bớt Cảm Biến Siêu Âm - Để hiểu về sourcing/sinking thì chúng ta quy các ngõ ra của cảm biến như là một cái công tắc Trong thực tế thì ngõ ra của cảm biến thường... trong các nghành gia công kim loại Sóng siêu âm là sóng cơ đàn hồi mang năng lượng có thể làm sạch các bề mặt chi tiết trước khi gia công như mạ, hàn  Trong kĩ thuật đo và kiểm tra công nghiệp việc đo và phân tích khi chùm siêu âm được chiếu lên bề mặt kiểm tra giúp ta phát hiện được trạng thái bề mặt và các khuyết tật bên trong cấu trúc  Ngoài ra cảm biến siêu âm còn dùng để điều khiển mực chất lỏng,... Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm Cảm Biến Siêu Âm 7 Kết nối cảm biến với PLC How to connect? Cảm Biến Siêu Âm  Khi một sensor phát hiện sự thay đổi một trạng logic thì nó phải truyền trạng thái thay đổi này đến PLC Tiêu biểu là việc đóng hay là ngắt điện áp  Các ngõ ra tiêu biểu của cảm biến là :  sinking/sourcing : Đóng cắt dòng điện Đóng cắt điện áp  Switches :  TLT(transistor logic): sử