Sóng siêu âm là một phần không thể thiếu trong các lĩnh vực như y học chẩn đoán, kiểm tra không phá hủy (NDT), đo mực chất lỏng, và khảo sát thủy văn. Để ứng dụng hiệu quả công nghệ này, việc hiểu rõ nguyên lý tạo và thu sóng siêu âm là điều cực kỳ quan trọng. Sự chính xác và không xâm lấn của sóng siêu âm giúp nâng cao độ tin cậy trong đo lường ,giám sát kỹ thuật và công cụ hỗ trợ như thiết bị thủy văn. Việc nắm vững nguyên lý hoạt động còn giúp người dùng khai thác tối đa hiệu quả và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Nguyên lý tạo và thu sóng siêu âm
Nguyên lý tạo sóng siêu âm
Sóng siêu âm được tạo ra dựa trên nguyên lý áp điện ngược (inverse piezoelectric effect), xảy ra khi một vật liệu có tính áp điện như thạch anh, titanat bari hoặc gốm áp điện (PZT) biến đổi hình dạng cơ học dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều. Khi đặt một tín hiệu điện xoay chiều vào đầu dò (transducer) chứa vật liệu này, các dao động cơ học cực nhanh được sinh ra, từ đó phát ra các sóng cơ học tần số cao, chính là sóng siêu âm. Tần số của sóng này thường cao hơn 20 kHz – ngưỡng trên của khả năng nghe của con người – và trong nhiều ứng dụng công nghiệp hoặc y tế, tần số có thể lên tới từ vài MHz đến hàng chục MHz để tăng độ phân giải khi quét.
Đầu dò siêu âm không chỉ có chức năng phát mà còn thu nhận sóng phản hồi khi chúng dội lại từ bề mặt hoặc vật thể bên trong môi trường khảo sát. Tùy vào cấu tạo và mục đích sử dụng, thiết bị có thể tạo ra sóng dọc (longitudinal wave) – thường dùng trong chất lỏng hoặc môi trường đồng nhất, hoặc sóng ngang (shear wave) – phù hợp cho khảo sát vật liệu rắn, kiểm tra mối hàn hay phát hiện khuyết tật. Việc lựa chọn loại sóng và tần số phù hợp đóng vai trò quan trọng để đảm bảo độ chính xác, độ xuyên sâu và chất lượng tín hiệu thu về, từ đó phục vụ hiệu quả cho các ứng dụng như siêu âm y khoa, kiểm tra không phá hủy (NDT), đo độ dày vật liệu, khảo sát kết cấu công trình hay đo mực chất lỏng trong bồn chứa.
Nguyên lý thu sóng siêu âm
Trong hệ thống máy đo sâu hồi âm, nguyên lý thu sóng siêu âm dựa trên hiện tượng áp điện thuận. Sau khi sóng siêu âm được phát ra và lan truyền trong môi trường nước, khi gặp vật cản như đáy sông, đá, bùn hoặc các vật thể chìm, sóng sẽ bị phản xạ ngược lại. Các sóng phản xạ này sẽ quay trở lại đầu dò (transducer), nơi chúng được chuyển đổi từ dao động cơ học thành tín hiệu điện nhờ vào vật liệu áp điện tích hợp trong đầu dò. Quá trình chuyển đổi này là yếu tố then chốt giúp ghi nhận lại thông tin về khoảng cách và cấu trúc đáy nước.
Sau khi tín hiệu điện được tạo ra từ sóng phản xạ, bộ xử lý trung tâm của máy đo sâu sẽ tính toán thời gian từ lúc phát sóng đến khi thu sóng, từ đó xác định được khoảng cách đến vật cản dưới đáy (tức là độ sâu). Dữ liệu thu được sẽ tiếp tục được xử lý để tạo ra bản đồ địa hình đáy nước hoặc biểu đồ độ sâu. Nhờ vào nguyên lý thu sóng siêu âm này, các máy đo sâu hồi âm hiện đại như Hi-Target HD-MAX có thể cung cấp thông tin chi tiết, hỗ trợ hiệu quả cho các công tác như lập bình đồ dưới nước, khảo sát thủy văn, và thi công công trình thủy lợi.
Máy đo sâu Hi-Target HD Max II sử dụng công nghệ siêu âm để đo độ sâu chính xác trong các công trình khảo sát dưới nước. Nguyên lý tạo và thu sóng siêu âm của máy này bắt đầu khi tín hiệu điện được truyền vào đầu dò, gây ra sự dao động trong vật liệu áp điện của thiết bị. Những dao động này tạo ra sóng siêu âm, được phát ra vào môi trường (chẳng hạn như nước hoặc đất).
>>>Xem thêm: Top máy đo sâu phổ biến trong khảo sát thủy đạc: Giải pháp ưu việt từ máy đo sâu Hi-target
Ứng dụng thực tiễn của nguyên lý tạo và thu sóng siêu âm
Nguyên lý tạo và thu sóng siêu âm là nền tảng hoạt động của máy đo sâu hồi âm – thiết bị chuyên dụng được sử dụng phổ biến trong khảo sát thủy văn và đo đạc địa hình đáy sông, hồ, biển. Khi máy hoạt động, đầu dò sẽ phát ra sóng siêu âm hướng xuống dưới nước. Sóng này lan truyền qua môi trường chất lỏng và khi gặp đáy sông, đá hoặc vật cản chìm, nó phản xạ ngược lại. Đầu dò sau đó sẽ thu tín hiệu phản hồi và tính toán thời gian truyền – nhận. Dựa vào vận tốc âm thanh trong nước, máy sẽ tính được khoảng cách từ mặt nước đến điểm phản xạ, từ đó xác định độ sâu tại từng vị trí.
Khảo sát và lập bình đồ địa hình đáy sông, hồ, kênh rạch: Đây là bước quan trọng phục vụ quy hoạch, nạo vét, thiết kế cầu cống, công trình thủy lợi, và giao thông thủy. Máy đo sâu sử dụng sóng siêu âm giúp thu thập dữ liệu nhanh chóng, chính xác và an toàn, đặc biệt trong những khu vực khó tiếp cận.
Giám sát an toàn công trình và biến động địa hình đáy: Trong quá trình vận hành đập thủy điện, hồ chứa, cảng biển… việc theo dõi sự thay đổi địa hình đáy (do lắng đọng phù sa, sạt lở…) là vô cùng quan trọng. Thiết bị đo sâu dùng sóng siêu âm cung cấp dữ liệu liên tục, giúp đánh giá mức độ an toàn và kịp thời đưa ra biện pháp xử lý.
Ứng dụng trong giao thông thủy và hàng hải: Các tàu thuyền sử dụng máy đo sâu để tránh va chạm với đá ngầm, vật thể chìm và xác định luồng chạy tàu. Việc áp dụng nguyên lý siêu âm giúp thiết bị phản ứng gần như tức thì với các thay đổi về địa hình đáy.
Hỗ trợ nuôi trồng thủy sản và nghiên cứu môi trường: Sóng siêu âm giúp xác định đặc điểm đáy ao, hồ phục vụ thiết kế khu nuôi phù hợp. Đồng thời, dữ liệu đo sâu cũng được dùng trong các nghiên cứu về dòng chảy, lắng đọng và chất lượng nước.
Máy Đo Sâu Hi-Target HD-MAX sử dụng công nghệ siêu âm tiên tiến hơn để đo độ sâu với độ chính xác cực kỳ cao. Máy hoạt động dựa trên nguyên lý sóng siêu âm được tạo ra khi dòng điện xoay chiều được cấp vào các vật liệu áp điện trong đầu dò. Sóng siêu âm sau khi phát ra sẽ truyền qua môi trường khảo sát và gặp các vật cản như đáy sông hoặc các vật thể chìm, gây ra hiện tượng phản xạ.
>>>Xem thêm: Nguyên lý hoạt động máy đo sâu hồi âm – Cách thiết bị xác định độ sâu đáy nước chính xác
Lưu ý khi sử dụng thiết bị siêu âm
- Luôn kiểm tra hiệu chuẩn đầu dò và thiết bị trước khi sử dụng.
- Chọn tần số phù hợp với mục đích đo để có độ xuyên sâu và độ phân giải tốt nhất.
- Đảm bảo tiếp xúc tốt giữa đầu dò và bề mặt khảo sát để tránh mất tín hiệu.
Nguyên lý tạo và thu sóng siêu âm là một quá trình quan trọng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng hiện đại, từ y tế, xây dựng đến kiểm tra vật liệu. Công nghệ này sử dụng hiệu ứng áp điện để tạo ra sóng siêu âm, sau đó thu lại sóng phản xạ để phân tích, mang lại những kết quả chính xác và chi tiết. Nhờ vào tính năng không phá hủy và khả năng phát hiện các khuyết tật, sóng siêu âm ngày càng trở thành công cụ không thể thiếu trong việc chẩn đoán bệnh lý, kiểm tra công trình, và khảo sát địa hình.
Be the first to review “Nguyên lý tạo và thu sóng siêu âm – Định nghĩa và ứng dụng”