Razvoj digitalnog ultrazvučnog mjerača udaljenosti
Ultrazvučni valovi se šire različitim brzinama u plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima. Imaju dobru usmjerenost, koncentriranu energiju, malu atenuaciju tijekom prijenosa i jaku sposobnost refleksije. Ultrazvučni valovi mogu se širiti usmjereno određenom brzinom i stvarati refleksije kada naiđu na prepreke. Pomoću ove karakteristike, stvarna udaljenost može se izračunati mjerenjem vremena potrebnog da se ultrazvučni valovi vrate, čime se postiže beskontaktno mjerenje udaljenosti objekta. Ultrazvučno mjerenje je brzo, praktično i na njega ne utječu čimbenici kao što je svjetlost. Široko se koristi u mjerenju hidrološke razine, mjerenju gradilišta, praćenju lokacije na licu mjesta, detekciji prepreka pri vožnji unazad, detekciji ulaska i pozicioniranju mobilnih strojeva i drugim poljima. Digitalni ultrazvučni mjerač udaljenosti dizajniran u ovom članku broji taktne impulse određene frekvencije ulazne u brojač tijekom ultrazvučnog povratnog vremena, a zatim prikazuje odgovarajuću udaljenost mjerenja.
Sastav kruga i princip rada ultrazvučnog mjerača udaljenosti
Ultrazvučni mjerač udaljenosti sastoji se od kruga za generiranje ultrazvuka, kruga pojačala za primanje ultrazvuka i kruga za brojanje i prikaz.
Ultrazvučni generatorski krug
Dvostruki mjerač vremena EN556 (U2b) tvori monostabilni okidač. R6 i C6 tvore diferencijalni krug, a njegova funkcija je: kada se pritisne tipka S2, niska razina postaje pozitivni i negativni vršni impuls, a negativni vršni impuls se dobiva kroz VD1, aktivirajući okretanje monostabilnog okidača. Visoka razina monostabilnog flip izlaza traje oko 1 ms, odnosno tw≈1.1R5C5≈1ms. EN556 (U2n) tvori multivibrator s frekvencijom osciliranja f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]C3≈40kHz. Oscilacija oscilatora kontrolirana je izlaznom razinom monostabilnog flip-flopa. Kada monostabilni okidač emitira visoku razinu, multivibrator oscilira, a pin 5 EN556 daje oko 40 pravokutnih impulsa s frekvencijom od 40 kHz i radnim ciklusom od oko 50%. S obzirom na to da je multivibrator nestabilan u fazi pokretanja, projektiran je za izlaz većeg broja m impulsa. Ako je broj izlaznih impulsa premali, intenzitet emisije bit će mali, a udaljenost mjerenja kratka. Sonda senzora vlažnosti, , električna grijaća cijev od nehrđajućeg čelika PT100 senzor, , grijač od lijevanog aluminija, solenoidni ventil tekućine zavojnice grijanja. Međutim, broj impulsa je prevelik i trajanje emisije je dugo. Kada je udaljenost do mjerenog objekta blizu, niz impulsa nije u potpunosti odaslan, što uzrokuje Odjek generiran prvim odaslanim impulsom doći će do prijemnog kraja, utječući na rezultate mjerenja dometa i uzrokujući povećanje slijepe zone određivanja dometa. U1a~U1e od 74HC04 (U1) formiraju ultrazvučni impulsni pogonski krug, koji može povećati amplitudu pulsnog napona koji pokreće ultrazvučni senzor za slanje, učinkovito izvršiti električnu/akustičnu pretvorbu, poboljšati sposobnost prijenosa ultrazvučnih valova i povećati mjerenje udaljenost. Jedna putanja niza impulsa od 40 kHz je invertirana kroz U1a, a zatim invertirana kroz inverter spojen paralelno između U1b i U1e; drugi put je invertiran kroz pretvarač spojen paralelno između U1c i U1d.
