Razvijen digitalni ultrazvučni daljinomjer
1. Uvod
Ultrazvučni valovi šire se različitim brzinama u plinovima, tekućinama i čvrstim tvarima, s dobrom usmjerenošću, koncentriranom energijom, minimalnim prigušenjem tijekom prijenosa i snažnom sposobnošću refleksije. Ultrazvučni valovi mogu se širiti određenom brzinom i stvarati refleksije kada naiđu na prepreke. Korištenjem ove karakteristike, stvarna udaljenost može se izračunati mjerenjem vremena potrebnog ultrazvučnim valovima da putuju naprijed-natrag, čime se postiže beskontaktno mjerenje udaljenosti objekata. Ultrazvučno mjerenje je brzo, praktično i na njega ne utječu čimbenici kao što je svjetlost. Široko se koristi u hidrološkom mjerenju razine tekućine, mjerenju na gradilištu, praćenju položaja na licu mjesta, detekciji prepreka za vožnju unazad, detekciji i pozicioniranju mobilnih strojeva i drugim poljima. Digitalni ultrazvučni daljinomjer dizajniran u ovom članku broji taktne impulse unesene na određenu frekvenciju brojača tijekom ultrazvučnog povratnog vremena i prikazuje odgovarajuću udaljenost mjerenja.
2. Sastav sklopa i princip rada ultrazvučnog daljinomjera
Ultrazvučni daljinomjer sastoji se od kruga za generiranje ultrazvuka, kruga za pojačanje primanja ultrazvuka, kruga za brojanje i prikaza.
2.1 Ultrazvučni generatorski krug
Ultrazvučni generatorski krug. Dvostruki mjerač vremena EN556 (U2b) tvori monostabilni okidač. R6 i C6 tvore diferencijalni krug, koji funkcionira na sljedeći način: kada se pritisne tipka S2, niska razina postaje pozitivni i negativni šiljasti impuls, koji prolazi kroz VD1 kako bi se dobio negativni šiljasti impuls, pokrećući monostabilni okret okidača. Trajanje visoke razine monostabilnog flip izlaza je oko 1ms, što je tw ≈ 1,1R5C5 ≈ 1ms. EN556 (U2n) tvori višeharmonijski oscilator s frekvencijom osciliranja od f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40kHz. Oscilacija oscilatora kontrolira se izlaznom razinom monostabilnog okidača. Kada monostabilni okidač emitira visoku razinu, više harmonijski oscilator oscilira, Pin 5 od EN556 daje približno 40 pravokutnih impulsa s frekvencijom od 40 kHz i radnim ciklusom od približno 50%. S obzirom na nestabilnost početnog stupnja multiharmonijskog oscilatora, projektiran je veći broj izlaznih impulsa. Ako je broj izlaznih impulsa premalen, intenzitet emisije je nizak, a udaljenost mjerenja kratka. Sonda senzora vlage, električna grijaća cijev od nehrđajućeg čelika PT100 senzor, grijač od lijevanog aluminija, solenoidni ventil za tekućinu grijaće spirale, ali broj impulsa je prevelik i trajanje emisije je dugo. Kada je udaljenost od mjerenog objekta mala, niz impulsa nije u potpunosti emitiran, što uzrokuje da eho generiran prvim emitiranim impulsom stigne do prijemnog kraja, što utječe na rezultat mjerenja udaljenosti i povećava mrtvu točku mjerenja udaljenosti. U1a~U1e od 74HC04 (U1) tvore ultrazvučni pulsni pogonski krug, koji može povećati amplitudu pulsnog napona pogonskog ultrazvučnog senzora, učinkovito izvršiti električnu/akustičnu pretvorbu, poboljšati sposobnost emitiranja ultrazvučnih valova i povećati mjernu udaljenost. Niz impulsa od 40 kHz je invertiran kroz U1a, a zatim invertiran kroz paralelne pretvarače U1b i U1e; Drugi način je preko reverzne faze paralelnih izmjenjivača U1c i U1d na jugu.
