Схема также может быть использована для измерения расстояний между двумя поверхностями или стенами.
Базовая работа
Ультразвуки являются частью диапазона звуков, неслышимых человеческому уху из-за их частоты, превышающей 25 кГц. Однако они действительно являются звуковыми волнами, вариации сжатия которых распространяются от одной среды к другой с той же скоростью, что и слышимый звук.
Следует отметить, что эта скорость составляет 330 м/с при температуре около 20 градусов Цельсия. Расстояние между двумя последовательными максимумами давления называется длиной волны и в первую очередь зависит от частоты ультразвуков.
В настоящей заявке частота составляет 40 кГц, что соответствует периоду в 25 микросекунд. В результате длина волны (λ) определяется формулой λ = V × T, что составляет примерно 8,25 мм при 20°C.
Подобно звуку, ультразвук отражается от препятствий. Точно измеряя время, необходимое ультразвуковому сигналу для прохождения туда и обратно (в форме эха) между точкой и препятствием, легко определить расстояние (d) между источником и препятствием.
В этом случае, если dt представляет измеренное время, отношение можно записать как 2d = V × dt, из которого можно получить значение d. Именно это свойство ультразвука используется в электронной схеме измерительной ленты, описанной в этой статье.
Принципиальные схемы
Принцип работы
Устройство состоит из ультразвукового передатчика и приемника в виде капсулы, расположенных рядом друг с другом и направленных вниз.
Они расположены в плоскости, отстоящей от земли на расстояние 2 метра. Ультразвуковые волны отражаются от черепа человека, размер которого мы хотим измерить.
Эти сигналы излучаются периодически.
Устройство для измерения времени измеряет время и, следовательно, расстояние между плоскостью положения ультразвуковых преобразователей и черепом человека.
Это расстояние, определяемое пропорциональным счетом времени, вычитается из 2 метров.
Например, если это расстояние равно 17 см, то человек имеет рост 1,83 м.
Индикатор высоты считывается непосредственно через три 7-сегментных дисплея, расположенных перед глазами во втором корпусе.
Источник питания
Энергия берется из сети 220 В через трансформатор, активируемый выключателем I.
На вторичной стороне получается переменный потенциал 12В, который выпрямляется диодным мостом. Конденсатор С1 выполняет начальную фильтрацию.
На выходе регулятора 7809 получается постоянный потенциал 9В, а конденсатор С2 обеспечивает дополнительную фильтрацию.
Конденсатор C3 соединяет источник питания с остальной частью схемы.
Временная база
Элементы НЕ-ИЛИ III и IV микросхемы IC1 образуют нестабильный мультивибратор.
Такая схема генерирует на своем выходе импульсы прямоугольной формы, период которых в основном определяется значениями резисторов R2 и C4.
В данном случае этот период составляет приблизительно 0,5 секунды.
Он формирует основу для периодичности измерений.
Конденсатор С5, резистор R4 и диод D1 составляют синхронизирующее устройство.
На катоде D1 каждые 0,5 секунды наблюдаются короткие положительные импульсы, возникающие в результате быстрой зарядки C5 через R4 во время нарастания сигналов, генерируемых мультивибратором.
Подача ультразвукового сигнала
Вентиляторы НЕ-ИЛИ I и II микросхемы IC1 сконфигурированы как моностабильный триггер. Для каждого командного импульса на выходе этого триггера наблюдается высокое состояние, длительность которого в основном калибруется значениями R10 и C7.
В настоящем приложении эта продолжительность установлена на 150 микросекунд.
Периодическое излучение ультразвука
Ворота И-НЕ III и IV IC3 сконфигурированы как управляемый командами нестабильный мультивибратор. Пока управляющий вход остается низким, выход также остается низким.
Однако, если на входе управления присутствует высокое состояние, на выходе наблюдаются прямоугольные импульсы. Регулировкой регулируемой составляющей А1 устанавливается период этих импульсов равным 25 мкс, что соответствует частоте 40 кГц.
Преобразователь ультразвукового передатчика, основанный на пьезоэлектрической технологии, подключен к входам/выходам логического элемента И-НЕ III.
На выводах этого преобразователя получаются прямоугольные импульсы частотой 40 кГц, но с амплитудой (т. е. разницей между максимумом и минимумом) 18 В, что увеличивает интенсивность ультразвуковой передачи.
