Luận văn Thạc sĩ: ảnh hưởng của hơi nước và bụi trong phép đo siêu âm

Tài liệu nghiên cứu Luận văn thạc sĩ ảnh hưởng của hơi nước và bụi trong phép đo siêu âm mang tính hệ thống, nâng cao năng lực chuyên môn

• Tác giả: Âu Dương Kim Sơn
• Người hướng dẫn: PGS. TS Hoàng Sĩ Hồng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Đo lường và các hệ thống điều khiển
• Đề tài: Ảnh hưởng của hơi nước và bụi trong phép đo siêu âm
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Nguyên lý cơ bản của phép đo siêu âm và các yếu tố ảnh hưởng

Phép đo siêu âm là một công nghệ quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đo lường và kiểm soát. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc phát và nhận sóng siêu âm thông qua các cảm biến áp điện. Tuy nhiên, môi trường xung quanh như hơi nước và bụi trong không khí có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phép đo. Những yếu tố này làm thay đổi vận tốc âm thanh, tính hấp thụ âm và cường độ tín hiệu nhận được từ cảm biến. Để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống đo siêu âm, cần phải hiểu rõ cơ chế tác động và phạm vi ảnh hưởng của các yếu tố môi trường này.

1.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, chuyển đổi năng lượng điện thành sóng âm và ngược lại. Sóng siêu âm truyền qua môi trường với vận tốc âm thanh phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trường. Khi gặp vật cản, sóng phản xạ về và được cảm biến ghi nhận, từ đó xác định khoảng cách. Độ chính xác phép đo phụ thuộc vào độ ổn định của vận tốc âm trong không khí.

1.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến phép đo

Môi trường đo lường chứa nhiều yếu tố biến động như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, nồng độ CO2 và hạt bụi. Những yếu tố này tác động trực tiếp đến tính chất truyền sóng của không khí, gây ra sai số trong phép đo. Độ ẩm cao làm thay đổi vận tốc âm thanh và tăng sự hấp thụ âm. Bụi trong không khí gây phân tán sóng và suy giảm tín hiệu.

II. Ảnh hưởng của hơi nước đến hiệu suất phép đo siêu âm

Hơi nước trong không khí là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống đo siêu âm. Khi độ ẩm tương đối thay đổi, vận tốc âm thanh trong không khí cũng biến động theo. Nghiên cứu cho thấy rằng ở nhiệt độ 20°C, sự thay đổi độ ẩm từ 50% đến 99% có thể gây ra sự biến thiên đáng kể trong vận tốc âm. Ngoài ra, hơi nước còn ảnh hưởng đến hệ số hấp thụ âm thanh, làm giảm cường độ tín hiệu nhận được. Mức suy hao tín hiệu có thể tăng từ 10% đến 40% tùy theo mức độ độ ẩm tương đối. Điều này đòi hỏi phải có biện pháp hiệu chỉnh và bù đắp để duy trì độ chính xác của phép đo.

2.1. Tác động của độ ẩm đến vận tốc âm thanh

Độ ẩm tương đối ảnh hưởng phức tạp đến vận tốc âm thanh trong không khí. Ở độ ẩm 50%, vận tốc âm thanh có giá trị cơ sở. Khi tăng độ ẩm đến 70%, vận tốc âm thanh tăng tối đa khoảng 0,2%. Tiếp tục tăng độ ẩm lên 99%, vận tốc âm thanh lại giảm nhẹ. Sự biến thiên này gây sai số trong tính toán khoảng cách nếu không được hiệu chỉnh.

2.2. Hấp thụ âm thanh do hơi nước

Hơi nước có tác dụng làm tăng hệ số hấp thụ âm thanh trong không khí, đặc biệt ở các tần số cao. Mức hấp thụ âm thanh dB/km thay đổi theo độ ẩm tương đối và tần số sóng. Ở tần số 40 kHz và độ ẩm 70%, sự hấp thụ đạt mức cao nhất. Sự gia tăng hấp thụ âm làm suy giảm cường độ tín hiệu phản xạ, ảnh hưởng đến phạm vi đo và độ nhạy của cảm biến.

III. Ảnh hưởng của bụi đến cảm biến siêu âm và hệ thống đo

Bụi trong không khí là yếu tố khác gây ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống đo siêu âm. Các hạt bụi hoạt động như các tâm tán xạ, làm phân tán sóng siêu âm theo nhiều hướng khác nhau. Khi nồng độ bụi tăng cao, lượng tín hiệu phản xạ nhận được tại cảm biến giảm đáng kể, dẫn đến suy hao biên độ tín hiệu từ 20% đến 60% tùy theo mức độ ô nhiễm bụi. Bên cạnh đó, bụi còn có thể tích tụ trên bề mặt của cảm biến siêu âm, làm cản trở việc phát và nhận sóng. Hiện tượng này đặc biệt nghiêm trọng trong các môi trường công nghiệp có mức độ ô nhiễm bụi cao, yêu cầu phải có các biện pháp bảo vệ và làm sạch định kỳ.

3.1. Cơ chế tán xạ sóng do bụi

Khi sóng siêu âm gặp các hạt bụi, chúng bị tán xạ theo nhiều hướng, gây mất năng lượng sóng truyền thẳng. Hiện tượng tán xạ bụi phụ thuộc vào kích thước hạt và nồng độ bụi. Ở nồng độ bụi cao (>10 mg/m³), mức suy hao tín hiệu trở nên rõ rệt, giảm biên độ tín hiệu nhận được. Việc kiểm soát ô nhiễm bụi là yếu tố quan trọng để duy trì hiệu suất phép đo.

3.2. Tác động đến độ nhạy và phạm vi đo

Bụi trong không khí làm giảm độ nhạy của cảm biến siêu âm và phạm vi đo hiệu dụng. Tích tụ bụi trên bề mặt cảm biến tạo lớp cách điện, làm giảm khả năng phát và nhận sóng. Mức suy giảm phạm vi đo có thể lên đến 30-40% trong điều kiện ô nhiễm bụi cao. Cần thực hiện bảo trì định kỳ để duy trì hiệu suất tối ưu.

IV. Giải pháp khắc phục và phương hướng phát triển

Để nâng cao độ tin cậy của phép đo siêu âm trong điều kiện môi trường khó khăn, cần áp dụng nhiều giải pháp toàn diện. Thứ nhất, phải thực hiện hiệu chỉnh tự động dựa trên các thông số môi trường như nhiệt độ và độ ẩm tương đối, giúp bù đắp sự thay đổi vận tốc âm thanh. Thứ hai, sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến để lọc bỏ tín hiệu tán xạ do bụi gây ra. Thứ ba, thiết kế các bộ lọc cơ học hoặc hộp bảo vệ cho cảm biến siêu âm nhằm giảm tác động của hơi nước và bụi. Trong tương lai, việc kết hợp công nghệ AI và máy học sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất phép đo trong các môi trường phức tạp, đảm bảo độ chính xác cao trong các ứng dụng thực tế.

4.1. Phương pháp hiệu chỉnh tự động

Xây dựng hệ thống hiệu chỉnh tự động sử dụng cảm biến nhiệt độ và độ ẩm để điều chỉnh vận tốc âm thanh tham chiếu. Khi độ ẩm tương đối hoặc nhiệt độ thay đổi, hệ thống tự động cập nhật các thông số hiệu chỉnh. Phương pháp này có thể giảm sai số đo lường từ 15-25%, nâng cao độ chính xác của phép đo siêu âm.

4.2. Xử lý tín hiệu và bảo vệ cảm biến

Ứng dụng các thuật toán lọc tín hiệu như bộ lọc Kalman hoặc mạng nơ-ron để phân biệt tín hiệu thực từ tín hiệu tán xạ do bụi. Đồng thời, thiết kế hộp bảo vệ chuyên dụng với lớp lọc không khí giúp giảm ô nhiễm bụi tác động trực tiếp đến cảm biến. Các biện pháp này kết hợp nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống đo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong các hệ thống quan trắc công nghiệp và khí tượng hiện đại, phương pháp đo lưu lượng và vận tốc dòng khí bằng sóng siêu âm đóng vai trò thiết yếu nhờ ưu điểm không gây cản trở dòng chảy và độ nhạy cao. Tuy nhiên, độ chính xác của các thiết bị này bị suy giảm đáng kể bởi điều kiện môi trường thực tế, đặc biệt là khi độ ẩm biến thiên từ 50% đến 99% và nồng độ bụi công nghiệp gia tăng. Tại các khu công nghiệp nhiệt đới, độ ẩm không khí thường xuyên vượt ngưỡng 85%, kết hợp với mật độ bụi lơ lửng cao, làm phát sinh sai số đo lưu lượng khí lên đến hơn 15% hoặc thậm chí gây mất tín hiệu hoàn toàn.

Vấn đề nghiên cứu cốt lõi tập trung vào việc làm rõ cơ chế tác động của hơi nước ngưng tụ và bụi bẩn lắng đọng lên đặc tính truyền sóng, cũng như sự suy giảm biên độ dao động của cảm biến siêu âm. Mục tiêu cụ thể của đề tài là xây dựng hệ thống thực nghiệm chuẩn hóa để định lượng mức độ suy hao biên độ tín hiệu thu, xác định ngưỡng sai lệch điểm không của đầu dò siêu âm tần số 40 kHz trong dải độ ẩm từ 50% đến 99% và khảo sát ảnh hưởng của từng lượng bụi tích tụ từ 0,01 gam trở lên.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm chuyên sâu thuộc Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, hoàn thành vào tháng 03 năm 2018. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng giúp cải thiện độ tin cậy của thiết bị đo, hướng tới việc giảm thiểu sai số đo lường xuống dưới 2% trong môi trường khắc nghiệt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết truyền sóng âm trong môi trường khí thực và hiệu ứng áp điện nghịch đảo. Đầu tiên, lý thuyết lan truyền và suy giảm sóng âm mô tả cách các phân tử khí hấp thụ năng lượng âm thanh thông qua quá trình kích thích dao động phân tử, độ nhớt và dẫn nhiệt. Khi độ ẩm tương đối và nhiệt độ thay đổi, trở kháng âm đặc trưng của môi trường biến thiên, trực tiếp làm đổi vận tốc truyền sóng theo phương trình Laplace và làm gia tăng hệ số suy hao công suất âm thanh trên quãng đường lan truyền.

Thứ hai, lý thuyết chuyển đổi năng lượng điện cơ trên vật liệu gốm áp điện giải thích nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm dải tần số 40 kHz. Ba khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: Mức áp suất âm (Sound Pressure Level - SPL), Sai lệch mức không (Zero-point offset) khi tín hiệu suy giảm, và Đơn vị thu thập dữ liệu (Data Acquisition Unit - DAU). Các mô hình toán học tích hợp đã lượng hóa mối liên hệ phi tuyến giữa độ ẩm tương đối từ 50% đến 99%, nồng độ khí CO2 và sự hấp thụ sóng siêu âm ở tần số làm việc tiêu chuẩn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ hệ thống ống đo lưu lượng khí chuyên dụng tích hợp cặp đầu dò siêu âm TCT40, kết hợp máy tạo sương siêu âm và thiết bị đo độ ẩm kỹ thuật số có độ chính xác cao. Quy trình thực nghiệm bao gồm 50 chu kỳ đo lặp lại cho từng mức độ ẩm biến thiên từ 50% đến 99% với bước nhảy 1%, cùng 20 mẫu thử nghiệm định lượng bụi tăng dần theo từng nấc 0,01 gam nhờ cân tiểu ly phân tích.

Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm theo mức kiểm soát thông số cố định được áp dụng nhằm cách ly các biến số nhiễu ngoại cảnh, giữ nhiệt độ buồng đo ổn định ở mức 20 độ C và 30 độ C. Phương pháp phân tích biên độ đỉnh-đỉnh kết hợp phân tích tương quan thống kê được lựa chọn vì tính trực quan, cho phép đánh giá chính xác mức suy giảm biên độ điện áp nhận được từ đầu thu và sự méo dạng tín hiệu xung. Toàn bộ quá trình chuẩn bị mô hình, chế tạo cơ khí, hiệu chuẩn thiết bị và thực nghiệm đo lường được tiến hành liên tục trong lộ trình 6 tháng tại phòng thí nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã xác định 4 phát hiện mang tính quy luật về sự suy hao tín hiệu và sai số đo:

Thứ nhất, trong dải độ ẩm từ 50% đến 85% ở điều kiện 20 độ C, biên độ tín hiệu siêu âm thu được suy giảm tuyến tính nhẹ với mức suy hao trung bình khoảng 8% so với điều kiện không khí khô tiêu chuẩn, hệ thống vẫn duy trì khả năng nhận dạng xung tương đối ổn định.

Thứ hai, khi độ ẩm tăng cao từ 85% đến 99%, tốc độ suy giảm biên độ diễn ra nhanh đột biến. Đặc biệt, tại mốc độ ẩm vượt quá 92%, hiện tượng ngưng tụ các hạt sương siêu nhỏ trên bề mặt màng rung cảm biến TCT40 đã làm biên độ tín hiệu giảm sâu tới hơn 65%, dẫn đến hiện tượng trôi điểm không và làm sai lệch tín hiệu đọc nghiêm trọng.

Thứ ba, sự lắng đọng bụi tạo ra hiệu ứng cản trở cơ học rõ rệt. Khi rắc lượng bụi mịn thử nghiệm từ 0,01 gam đến 0,05 gam vào bề mặt bên trong đầu phát và thu, biên độ tín hiệu điện áp thu được lập tức suy giảm từ 25% đến gần 70%, đồng thời dạng sóng phản hồi bị biến dạng và xuất hiện nhiễu xung gai.

Thứ tư, khi kết hợp đồng thời độ ẩm trên 90% và bụi bẩn bám dính, lớp bùn ẩm hình thành trên màng kim loại của cảm biến làm tăng tải trọng dao động, khiến biên độ dao động áp điện suy giảm hơn 80%, làm thiết bị mất hoàn toàn khả năng nhận diện thời gian truyền xung âm qua đường ống 1 mét.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản của hiện tượng suy hao đột ngột ở độ ẩm trên 92% xuất phát từ sự thay đổi trở kháng tiếp xúc âm học giữa màng rung kim loại và môi trường không khí khi có màng nước ngưng tụ bao phủ. Lớp nước vi mô này đóng vai trò như một lớp đệm triệt tiêu dao động cơ học của gốm áp điện. Khi đối chiếu với các công bố học thuật quốc tế về mức hấp thụ âm thanh trong không khí khô theo nhiệt độ, kết quả của luận văn đã bổ sung thêm bức tranh thực tế về ảnh hưởng trực tiếp lên bề mặt phần cứng cảm biến thay vì chỉ tính toán thuần túy trên môi trường truyền dẫn.

Các chuỗi dữ liệu thực nghiệm được biểu diễn trực quan qua biểu đồ quan hệ giữa biên độ tín hiệu đỉnh và độ ẩm tương đối từ 50% đến 99%, cùng với bảng thông số suy hao decibel theo khối lượng bụi. Đồ thị thể hiện rõ một điểm uốn cong gãy khúc tại ngưỡng 92% độ ẩm, minh chứng cho sự chuyển pha từ trạng thái suy hao do môi trường sang trạng thái suy hao do ngưng tụ bề mặt đầu dò.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các bằng chứng thực nghiệm thu được, tác giả đưa ra 4 giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác và độ bền cho các hệ thống đo siêu âm công nghiệp:

Thứ nhất, tích hợp bộ vi sấy nhiệt độ thấp tự động tại vỏ đầu dò cảm biến siêu âm. Bộ gia nhiệt cục bộ này kích hoạt khi độ ẩm môi trường chạm ngưỡng 88%, duy trì nhiệt độ màng rung cao hơn nhiệt độ đọng sương từ 2 đến 3 độ C nhằm ngăn chặn triệt để sự ngưng tụ hơi nước, hướng tới mục tiêu duy trì sai số biên độ dưới 3% trong suốt quá trình vận hành liên tục. Giải pháp này do các kỹ sư thiết kế phần cứng thực hiện trong giai đoạn phát triển sản phẩm 3 tháng tới.

Thứ hai, lập trình bổ sung thuật toán bù trừ phi tuyến theo thời gian thực trên khối xử lý dữ liệu DAU. Thuật toán sử dụng dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm đi kèm để tự động hiệu chỉnh độ lợi khuếch đại tín hiệu thu (AGC) và bù sai lệch vận tốc âm thanh, giúp giảm thiểu sai số đo lưu lượng xuống dưới 1,5% khi độ ẩm dao động từ 50% đến 95%. Khâu này do nhóm kỹ thuật điều khiển và xử lý tín hiệu phụ trách triển khai trong vòng 4 tháng.

Thứ ba, chế tạo màng chắn bảo vệ kỵ nước và chống bám bụi bằng vật liệu màng polyme siêu mỏng phía trước đầu dò TCT40. Màng lọc có khả năng ngăn chặn các hạt bụi kích thước trên 5 micromet và chống đọng nước mà không làm suy giảm quá 2 dB mức áp suất âm SPL, do phòng nghiên cứu vật liệu và cơ khí đảm nhiệm thực hiện trong 6 tháng.

Thứ tư, ban hành quy trình bảo trì định kỳ và vệ sinh bề mặt đầu dò siêu âm bằng khí nén khô tự động sau mỗi 168 giờ hoạt động tại các môi trường có nồng độ bụi công nghiệp cao. Các nhà máy vận hành và đội ngũ kỹ thuật nhà xưởng cần áp dụng ngay quy trình này nhằm kéo dài tuổi thọ thiết bị lên gấp 2 lần.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu này là nguồn tham khảo chuyên sâu và hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

Nhóm thứ nhất là các nhà nghiên cứu, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Đo lường, Tự động hóa và Cảm biến. Luận văn cung cấp phương pháp luận thực nghiệm chặt chẽ, mô hình tính toán mức suy hao âm thanh và các số liệu đo kiểm tin cậy để phát triển các đề tài mở rộng về xử lý tín hiệu âm học.

Nhóm thứ hai là các kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các doanh nghiệp chế tạo thiết bị đo lường công nghiệp. Luận văn cung cấp thông số kỹ thuật thực tế của đầu dò TCT40 và mạch thu thập dữ liệu DAU, hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế cơ khí và mạch điện tử cho đồng hồ đo lưu lượng khí gas, thiết bị quan trắc gió và đo mức chất lỏng siêu âm.

Nhóm thứ ba là các kỹ sư vận hành hệ thống giám sát khí thải và trạm quan trắc môi trường tại các khu công nghiệp. Tài liệu giúp nhận diện chính xác nguyên nhân gây trôi điểm không và lỗi tín hiệu do bụi bẩn, từ đó thiết lập ngưỡng cảnh báo và lịch bảo trì thiết bị tối ưu.

Nhóm thứ tư là giảng viên và sinh viên các trường đại học khối kỹ thuật. Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị phục vụ công tác giảng dạy các học phần về Kỹ thuật Cảm biến, Đo lường các đại lượng không điện và Xử lý tín hiệu thực nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao độ ẩm vượt quá 92% lại gây sai lệch tín hiệu nghiêm trọng cho cảm biến siêu âm?
Khi độ ẩm tương đối vượt mốc 92%, hơi nước bắt đầu ngưng tụ thành các hạt sương li ti bám trực tiếp lên bề mặt màng kim loại của đầu dò TCT40. Lớp nước ngưng tụ này làm tăng tải trọng cơ học, triệt tiêu khả năng cộng hưởng áp điện và làm suy giảm biên độ tín hiệu thu hơn 65%, dẫn đến sai lệch mức không rất lớn.

Bụi bẩn ảnh hưởng như thế nào đến khả năng nhận dạng xung sóng siêu âm?
Bụi mịn tích tụ bên trong đầu cảm biến từ 0,01 gam trở lên sẽ cản trở dao động của màng rung áp điện và tán xạ chùm sóng âm phát ra. Điều này làm biên độ điện áp nhận được giảm từ 25% đến 70%, đồng thời làm méo đỉnh xung, khiến mạch đếm thời gian truyền sóng đo sai thời điểm nhận xung.

Phương pháp bù trừ nhiệt độ và độ ẩm cho phép đo siêu âm hoạt động ra sao?
Hệ thống sử dụng cảm biến môi trường đo nhiệt độ và độ ẩm tức thời, sau đó bộ vi điều khiển áp dụng công thức thực nghiệm để tính toán lại vận tốc truyền âm thực tế trong không khí ẩm, đồng thời tự động điều chỉnh ngưỡng so sánh điện áp nhận để bù đắp sự suy hao biên độ.

Đầu dò siêu âm TCT40 có phù hợp để sử dụng ngoài trời trong thời gian dài không?
Đầu dò TCT40 dạng hở thông thường rất dễ bị tổn thương bởi bụi và nước đọng, khiến độ chính xác suy giảm nhanh chóng khi độ ẩm cao. Để hoạt động bền bỉ ngoài trời, cảm biến bắt buộc phải được bọc màng bảo vệ chống thấm nước chuyên dụng hoặc thay thế bằng loại đầu dò kín chống nước.

Làm thế nào để hạn chế sự suy hao tín hiệu siêu âm trong đường ống công nghiệp?
Doanh nghiệp nên lắp đặt hệ thống lọc bụi đầu vào, thiết kế góc nghiêng cho ống đo để tránh đọng nước, tích hợp bộ sấy nhiệt chống ẩm tự động cho cảm biến và định kỳ làm sạch đầu đo bằng luồng khí nén khô áp lực cao.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 5 điểm nhấn then chốt:

• Xác lập hệ thống thực nghiệm chuẩn hóa để đánh giá toàn diện ảnh hưởng của hơi nước và bụi lên cảm biến siêu âm TCT40 tần số 40 kHz.
• Định lượng chính xác mức độ suy giảm biên độ tín hiệu trong dải độ ẩm từ 50% đến 99%, phát hiện ngưỡng tới hạn 92% gây sai lệch điểm không nghiêm trọng do ngưng tụ bề mặt.
• Chứng minh quy luật suy giảm biên độ từ 25% đến 70% khi khối lượng bụi bám tăng từ 0,01 gam đến 0,05 gam trên bề mặt dao động cơ học.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật khả thi về sấy nhiệt màng rung, thuật toán khuếch đại tự động và màng bảo vệ kỵ nước nhằm kiểm soát sai số đo dưới 1,5%.
• Cung cấp tài liệu tham khảo học thuật có giá trị thực tiễn cao cho ngành Kỹ thuật Đo lường và Điều khiển tại Việt Nam.

Kế hoạch phát triển tiếp theo trong 12 tháng tới bao gồm việc thử nghiệm thuật toán bù trừ trên vi xử lý tốc độ cao và mở rộng khảo sát ở các tần số âm học khác nhau. Độc giả quan tâm và các đơn vị nghiên cứu có thể kết nối để cùng ứng dụng các kết quả này vào sản xuất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tìm hiểu chung các phương pháp do sử dụng cám biến siêu âm Chương 2: Tìm hiểu và khảo sát một số ngluên cửu liên quan dến ảnh hướng, trong phép đo siêu âm. Chương 3: Nghiên cửu ảnh hưởng của hơi nước và bụi trong phép đo siêu âm. Dé hoan thành luận văn nay, em xin gửi lời cảm em tới thay — Hoàng Sĩ Ilồng và trường Đại học Bách khoa Hà Nộ đã truyền đạt kiên thức, nhắc nhở, chỉ bão và tạo điều về trang thiết bị, phòng thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối củng, con xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể gia đỉnh đã luôn tạo điều kiện sinh.

Thoạt lỗi nhật cho con. DANIIMUC NII VE Hình1. 1 Dâi tấn số của sóng âm. 2 Hiệu ứng áp điện.seecoee ell Hinh 1.

3 Nguyễn lý do khoảng cách sử dụng phương pháp siêu âm. 4 Hệ đo khoảng cách sử dụng modul siêu âm SRF04 đơn giản. 5 Cấu trúc ống đo lưu lượng bằng siêu âi 14 Tình 1. 6 Cách xác định AL.

7 Cách xác định Ato - - 17 Hình l. 8 Các ứng dụng cần thiết bị đo vận tốc và lưu lượng khí siêu âm. 9 Thiết bị đo vận tốc gió và đo lưu lượng khí trong đường ông sử dụng phương pháp siêu im - - 19 Hình 2. 1 Nguyên tắc hoạt động của một cảm biến siêu âm.

3 Sai số tương đối vẻ vận tốc âm thanh do nông độ CƠ2. 3 Phụ thuộc vận tốc âm thanh (mé$) theo nhiệt độ (Oelsius) 32 Hình 2. 4 Phụ thuộc vận tốc âm thanh (fU/s) theo nhiệt độ (Celsius) 33 Tlinh 2. 5 Thay đổi phan trăm vận tốc âm thanh theo nhiệt độ trong không khi kha -.

6 Tỹ lệ phân trăm thay đổi vận tốc âm thanh theo độ ẩm tương đối như là xnột hảm số cứa nhiệt độ. 7 Hệ số suy giảm tông thể theo độ 4m tương đổi đối với không khí ở 20°C (68°F) như là một hàm sẻ của tân số (trích tử [7], trang 148) 40 2.4 Ảnh hướng của độ am liên quan tới sự hấp thụ âm thanh trong khéng khi.5 Để xuất phương áu nghiên cứu - 43 3.6 Kết luận chương 2. 46 CHUNG 3: Nghiên cứu ảnh hướng của hơi nước và bụi trong.va phep do siêu am.1 Cải đặt hệ thí nghiệm.1 Thiết bị đo vận tốc, lưu lượng 4T 3.2 Tỉnh toàn mức hấp thụ âm thanh trong không khi đối với thiết bị do độ âm tương đối gây ra - - - - - 52 3.2 Ảnh hướng của độ âm tương đối đến cảm biến siêu âm vả toàn bộ hệ đo siêu am.1 Xác định mức suy hao tín hiệu đa độ âm tương đối từ 509% đến 859.2 Xác định mức suy bao tin hiệu do độ âm tương đối từ B59% đến 99%.3 Tổng hợp ảnh hưởng do độ ẩm tương ddi tir 50% đến 99% đến toàn bộ hệ do siêu âm.3 Ảnh hướng của bụi đến cảm biến siêu âm vả toàn bộ hệ đo siêu âm .4 Kết luận chuương 3 KET LUẬN VA HUONG PHAT TRIEN WAL LIGU THAM KHẢO.4 Ảnh hướng của độ am liên quan tới sự hấp thụ âm thanh trong khéng khi.5 Để xuất phương áu nghiên cứu - 43 3.6 Kết luận chương 2. 46 CHUNG 3: Nghiên cứu ảnh hướng của hơi nước và bụi trong.va phep do siêu am.1 Cải đặt hệ thí nghiệm.1 Thiết bị đo vận tốc, lưu lượng 4T 3.2 Tỉnh toàn mức hấp thụ âm thanh trong không khi đối với thiết bị do độ âm tương đối gây ra - - - - - 52 3.2 Ảnh hướng của độ âm tương đối đến cảm biến siêu âm vả toàn bộ hệ đo siêu am.1 Xác định mức suy hao tín hiệu đa độ âm tương đối từ 509% đến 859.2 Xác định mức suy bao tin hiệu do độ âm tương đối từ B59% đến 99%.3 Tổng hợp ảnh hưởng do độ ẩm tương ddi tir 50% đến 99% đến toàn bộ hệ do siêu âm.3 Ảnh hướng của bụi đến cảm biến siêu âm vả toàn bộ hệ đo siêu âm .4 Kết luận chuương 3 KET LUẬN VA HUONG PHAT TRIEN WAL LIGU THAM KHẢO.4 Ảnh hướng của độ am liên quan tới sự hấp thụ âm thanh trong khéng khi.5 Để xuất phương áu nghiên cứu - 43 3.6 Kết luận chương 2.

46 CHUNG 3: Nghiên cứu ảnh hướng của hơi nước và bụi trong.va phep do siêu am.1 Cải đặt hệ thí nghiệm.1 Thiết bị đo vận tốc, lưu lượng 4T 3.2 Tỉnh toàn mức hấp thụ âm thanh trong không khi đối với thiết bị do độ âm tương đối gây ra - - - - - 52 3.2 Ảnh hướng của độ âm tương đối đến cảm biến siêu âm vả toàn bộ hệ đo siêu am.1 Xác định mức suy hao tín hiệu đa độ âm tương đối từ 509% đến 859.2 Xác định mức suy bao tin hiệu do độ âm tương đối từ B59% đến 99%.3 Tổng hợp ảnh hưởng do độ ẩm tương ddi tir 50% đến 99% đến toàn bộ hệ do siêu âm.3 Ảnh hướng của bụi đến cảm biến siêu âm vả toàn bộ hệ đo siêu âm .4 Kết luận chuương 3 KET LUẬN VA HUONG PHAT TRIEN WAL LIGU THAM KHẢO. PHỤ LỤC - - - 8] Hinh 2. 8 Mite hap thu 4m thanh dB/1000 ft (300m) theo độ âm tương dối như là amt ham sẻ của tân số ở 205C (68°l). ào 2201212212152ee "¬ Llinh 2.

9 Mire hấp thụ âm thanh dl3/km theo độ ẩm tương đổi như là một hàm số của tấn số ở 20°C (68 °F). 1 Hinh ảnh tổng thể thiết bị đo lưu lượng khí siêu âm. 2 Vị trị cảm biến siêu âm và câm biển nhiệt độ được lắp đặt phía trong. 3 Thông tín trên man hinh LCD.

4 Bản vẽ tay thiết kế cơ khí - 48 Tlinh 3. 5 Dâu cảm biên TCT40. 6 Xac dinh vig dién ap cho V2 50 Tlinh 3. 7 Lum dé thuật toán.

8 Giao điện công cụ tính toán trên senepielandia com. 9 Mức độ suy hao âm thanh trong không khi (Lm) theo độ ẩm tương đổi ở 30°C - 34 Hình 3. 10 Mức độ suy hao âm thanh trong không khi (30m) theo độ ấm trương đôi ở 20°C ỡ các tản số khác nhau. ào se hhnthnnenrerieraeieoouO9 Tình 3.

11 Múc độ suy hao âm thanh trong không khí theo độ âm lương đổi ở 20°C tính cho thiết bị. sọ nh tong g2 Hung rưới —. I2 8ø đỗ các thiết bị thí nghiệm 3. 13 May tao swong va toan bộ hệ thứ nghiệm sau khi lắp đặt.

14 Thiết bị đo độ ẩm HEC 1. 15 Hinh anh sau khi kh6i dong thiét Bi. ló Phái thực hiện tháo pin máy đo LUC 1 để xóa bộ nhớ Min Max. 8 Mite hap thu 4m thanh dB/1000 ft (300m) theo độ âm tương dối như là amt ham sẻ của tân số ở 205C (68°l).

ào 2201212212152ee "¬ Llinh 2. 9 Mire hấp thụ âm thanh dl3/km theo độ ẩm tương đổi như là một hàm số của tấn số ở 20°C (68 °F). 1 Hinh ảnh tổng thể thiết bị đo lưu lượng khí siêu âm. 2 Vị trị cảm biến siêu âm và câm biển nhiệt độ được lắp đặt phía trong.

3 Thông tín trên man hinh LCD. 4 Bản vẽ tay thiết kế cơ khí - 48 Tlinh 3. 5 Dâu cảm biên TCT40. 6 Xac dinh vig dién ap cho V2 50 Tlinh 3.

7 Lum dé thuật toán. 8 Giao điện công cụ tính toán trên senepielandia com. 9 Mức độ suy hao âm thanh trong không khi (Lm) theo độ ẩm tương đổi ở 30°C - 34 Hình 3. 10 Mức độ suy hao âm thanh trong không khi (30m) theo độ ấm trương đôi ở 20°C ỡ các tản số khác nhau.

ào se hhnthnnenrerieraeieoouO9 Tình 3. 11 Múc độ suy hao âm thanh trong không khí theo độ âm lương đổi ở 20°C tính cho thiết bị. sọ nh tong g2 Hung rưới —. I2 8ø đỗ các thiết bị thí nghiệm 3.

13 May tao swong va toan bộ hệ thứ nghiệm sau khi lắp đặt. 14 Thiết bị đo độ ẩm HEC 1. 15 Hinh anh sau khi kh6i dong thiét Bi. ló Phái thực hiện tháo pin máy đo LUC 1 để xóa bộ nhớ Min Max.60 Hình 3 17 Hơi nước dược đẫn vào dường óng thí nghiệm.ốT Hình 3 18 Các gid tri độ âm do dược rong thí nghiệm 3.

Hình3 19 Dạng tín hiệu thu dược tại dầu thu cảm biển siêu âm. cesses] Hình 3 20 Một đầu ống được tụt kín và chỉ để lại một khe hổ nhỏ để thoái hơi nước 16 THỉnh 3 21 Dé 4m trong thi nghiém đạt được đến 99%. cette enssteeserane Hình 3 22 Biểu dẻ liên hệ biên độ tia hiệu và độ âm tương di từ 85% đến 99% .65 Hinh 3 23 Sai lệch mức không nhỏ ở độ ẩm gân 92%.,ỔỔ, Hình 3 24 Sai lệch mức không rất lớn ở độ âm trên 92% wT Hình 3 25 Biéu dé lién hé bién 46 tin higu va d6 ẩm tương dói từ 80% đến 99% .68 Hình 3 26 Biểu dỏ liên hệ biên dộ tín hiệu và dộ ẩm tương dối từ 50% đến 99% .69 Hình 3 27 Lắp đặt dầu phát và đầu thu. Hình 3 28 Cân tiểu ly có đỏ chia nhỏ nhất 0,01g.

ED Hình 3 29 Hệ thống càn dịnh lượng bui. TỔ, Hình 3 30 Câm biến TCT 40 bị rắc bụi vào trong,. 31 Bién dé tin hiệu thụ được sau khí đần đân cho thêm bụi vào cm biến TCT40, biên độ giảm dẫn từ (a)(b)(e)(đ). 32 Biển dộ tín hiệu phụ thuộc vào khối lượng bụi rắc vào cảm biên TCT40 75 MO DAU Phương pháp do lưu lượng khí siêu âmu phụ thuộc mật thiết vào sự lan truyền sóng âm trong môi trường.

Hơi mước và bụi trong khí là những yêu tố cần khảo sat, chúng ảnh hưởng không chỉ đến vận tóc truyền âm trong không khí mà còn là yếu. tổ gây nên sự hap thụ sóng siêu âm. Ngoài ra, bơi nước ngưng tụ và bụi có thể khiến. căm biển siêu âm hoạt động sai hoặc không thé hoạt động được.

lắt cả những thay đổi và ảnh hướng của chúng gây sai số cho phép đo, hoặc khiến phép đo không thế thực hiện dược. Qua khảo sát và tìm hiểu các nghiên cửu đã được công bổ, đã cỏ nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của độ âm tương đối đến vận tắc âm thanh và sự hấp thụ âm. thanh trưng môi trường truyền, em nhận thay su can thiếL của việc nghiên cứu về ảnh hưởng đổi với cảm biến siêu âm nói riêng và toàn bộ hệ đo siêu âm nói chung, trong khi các nghiên cứu về chủ đề nảy hiện nay chưa được quan tâm và thực hiện. Vị vậy em quyết định thực hiện luận văn “Ảnh hướng của hơi nước vả bụi trung phép đứ siêu âm” để thực hiện các khão sát về ảnh hưởng gủa các nhân lỔ này đến cảm biển siều âm và toàn bộ hệ do siêu âm.