Ανάπτυξη ψηφιακού αποστασιόμετρου υπερήχων
Τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται με διαφορετικές ταχύτητες σε αέρια, υγρά και στερεά. Έχουν καλή κατευθυντικότητα, συγκεντρωμένη ενέργεια, μικρή εξασθένηση κατά τη μετάδοση και ισχυρές δυνατότητες ανάκλασης. Τα υπερηχητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν κατευθυντικά με συγκεκριμένη ταχύτητα και να σχηματίσουν αντανακλάσεις όταν συναντούν εμπόδια. Χρησιμοποιώντας αυτό το χαρακτηριστικό, η πραγματική απόσταση μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας το χρόνο που χρειάζεται για να επιστρέψουν τα υπερηχητικά κύματα, επιτυγχάνοντας έτσι τη μέτρηση της απόστασης του αντικειμένου χωρίς επαφή. Η εμβέλεια υπερήχων είναι γρήγορη, βολική και δεν επηρεάζεται από παράγοντες όπως το φως. Χρησιμοποιείται ευρέως στη μέτρηση υδρολογικού επιπέδου, στη μέτρηση εργοταξίου, στην επιτόπια παρακολούθηση θέσης, στην ανίχνευση εμποδίων με αναστροφή οχήματος, στην ανίχνευση εισόδου και στον εντοπισμό θέσης κινητής μηχανής και σε άλλα πεδία. Ο ψηφιακός μετρητής απόστασης υπερήχων που σχεδιάστηκε σε αυτό το άρθρο μετράει τους παλμούς ρολογιού μιας συγκεκριμένης εισόδου συχνότητας στον μετρητή κατά τη διάρκεια του χρόνου μετ' επιστροφής υπερήχων και, στη συνέχεια, εμφανίζει την αντίστοιχη απόσταση μέτρησης.
Σύνθεση και αρχή λειτουργίας κυκλώματος μετρητή απόστασης υπερήχων
Ο μετρητής απόστασης υπερήχων αποτελείται από ένα κύκλωμα παραγωγής υπερήχων, ένα κύκλωμα ενισχυτή λήψης υπερήχων και ένα κύκλωμα μέτρησης και απεικόνισης.
Κύκλωμα παραγωγής υπερήχων
Ο διπλός χρονοδιακόπτης EN556 (U2b) σχηματίζει μια μονοσταθερή σκανδάλη. Τα R6 και C6 σχηματίζουν ένα διαφορικό κύκλωμα και η λειτουργία του είναι: όταν πατηθεί το κουμπί S2, το χαμηλό επίπεδο γίνεται θετικός και αρνητικός παλμός κορυφής και ένας αρνητικός παλμός κορυφής λαμβάνεται μέσω του VD1, ενεργοποιώντας την αναστροφή της μονοσταθερής σκανδάλης. Το υψηλό επίπεδο της μονοσταθερής εξόδου αναστροφής διαρκεί περίπου 1ms, δηλαδή tw≈1.1R5C5≈1ms. Το EN556 (U2n) σχηματίζει έναν πολυδονητή με συχνότητα ταλάντωσης f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]C3≈40kHz. Η ταλάντωση του ταλαντωτή ελέγχεται από το μονοσταθερό επίπεδο εξόδου flip-flop. Όταν η μονοσταθερή σκανδάλη εξάγει υψηλό επίπεδο, ο πολυδονητής ταλαντώνεται και η ακίδα 5 του EN556 εξάγει περίπου 40 ορθογώνιους παλμούς με συχνότητα 40 kHz και κύκλο λειτουργίας περίπου 50%. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο πολυδονητής είναι ασταθής στο στάδιο εκκίνησης, έχει σχεδιαστεί για να εκπέμπει μεγαλύτερο αριθμό m παλμών. Εάν ο αριθμός των παλμών εξόδου είναι πολύ λίγος, η ένταση εκπομπής θα είναι μικρή και η απόσταση μέτρησης μικρή. Αισθητήρας υγρασίας, , ηλεκτρικός σωλήνας θέρμανσης από ανοξείδωτο χάλυβα αισθητήρας PT100, , θερμαντήρας από χυτό αλουμίνιο, ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγρού πηνίου θέρμανσης. Ωστόσο, ο αριθμός των παλμών είναι πάρα πολλοί και η διάρκεια εκπομπής είναι μεγάλη. Όταν η απόσταση από το μετρούμενο αντικείμενο είναι κοντά, η σειρά παλμών δεν έχει μεταδοθεί πλήρως, γεγονός που προκαλεί Η ηχώ που δημιουργείται από τον παλμό που εκπέμπεται πρώτο θα φτάσει στο άκρο λήψης, επηρεάζοντας τα αποτελέσματα εμβέλειας και προκαλώντας αύξηση της τυφλής ζώνης εμβέλειας. Το U1a~U1e του 74HC04 (U1) σχηματίζει ένα κύκλωμα κίνησης παλμών υπερήχων, το οποίο μπορεί να αυξήσει το πλάτος της τάσης παλμού που οδηγεί τον αισθητήρα αποστολής υπερήχων, να εκτελέσει αποτελεσματικά ηλεκτρική/ακουστική μετατροπή, να ενισχύσει την ικανότητα μετάδοσης υπερηχητικών κυμάτων και να αυξήσει τη μέτρηση απόσταση. Μία διαδρομή του παλμικού συστήματος 40 kHz αναστρέφεται μέσω του U1a και, στη συνέχεια, αναστρέφεται μέσω του μετατροπέα που είναι συνδεδεμένος παράλληλα μεταξύ U1b και U1e. η άλλη διαδρομή αναστρέφεται μέσω του μετατροπέα που συνδέεται παράλληλα μεταξύ U1c και U1d.
