Razvit digitalni ultrazvočni merilnik razdalje
1. Uvod
Ultrazvočni valovi se širijo z različnimi hitrostmi v plinih, tekočinah in trdnih snoveh, z dobro usmerjenostjo, koncentrirano energijo, minimalnim slabljenjem med prenosom in močno odbojno sposobnostjo. Ultrazvočni valovi se lahko širijo z določeno hitrostjo in tvorijo odboje, ko naletijo na ovire. Z uporabo te lastnosti je mogoče izračunati dejansko razdaljo z merjenjem časa, ki je potreben, da ultrazvočni valovi potujejo naprej in nazaj, s čimer dosežemo brezkontaktno merjenje razdalje predmetov. Ultrazvočno merjenje je hitro, priročno in nanj ne vplivajo dejavniki, kot je svetloba. Široko se uporablja pri hidroloških meritvah nivoja tekočine, meritvah na gradbiščih, spremljanju položaja na kraju samem, zaznavanju ovir pri vzvratni vožnji vozila, zaznavanju in pozicioniranju mobilnih strojev ter na drugih področjih. Digitalni ultrazvočni merilnik razdalje, zasnovan v tem članku, šteje vhodne impulze ure na določeno frekvenco števca med ultrazvočnim povratnim časom in prikaže ustrezno razdaljo merjenja.
2. Sestava vezja in princip delovanja ultrazvočnega daljinomera
Ultrazvočni merilnik razdalje je sestavljen iz vezja za ustvarjanje ultrazvoka, vezja za ojačevanje sprejemnika ultrazvoka, vezja za štetje in prikaza.
2.1 Ultrazvočno generacijsko vezje
Ultrazvočno generacijsko vezje. Dvojni časovnik EN556 (U2b) tvori monostabilen sprožilec. R6 in C6 tvorita diferencialno vezje, ki deluje na naslednji način: ko pritisnete gumb S2, nizka raven postane pozitiven in negativen impulz konice, ki gre skozi VD1, da dobi negativen impulz konice, ki sproži monostabilni preklop sprožilca. Trajanje monostabilnega obračanja na visoki ravni je približno 1 ms, kar je tw ≈ 1,1R5C5 ≈ 1 ms. EN556 (U2n) tvori večharmonski oscilator s frekvenco nihanja f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40kHz. Nihanje oscilatorja je krmiljeno z izhodnim nivojem monostabilnega sprožilca. Ko monostabilni sprožilec odda visoko raven, večharmonski oscilator oscilira, Pin 5 EN556 odda približno 40 pravokotnih impulzov s frekvenco 40 kHz in delovnim ciklom približno 50 %. Glede na nestabilnost začetne stopnje multiharmoničnega oscilatorja je zasnovano večje število izhodnih impulzov. Če je število izhodnih impulzov premajhno, je intenziteta emisije nizka in merilna razdalja kratka. Sonda senzorja vlažnosti, senzor električne grelne cevi iz nerjavečega jekla PT100, grelec iz litega aluminija, elektromagnetni ventil za tekočino grelne tuljave, vendar je število impulzov previsoko in trajanje emisije je dolgo. Ko je razdalja od merjenega predmeta blizu, niz impulzov ni bil v celoti oddan, kar povzroči, da odmev, ki ga ustvari prvi oddani impulz, doseže sprejemni konec, kar vpliva na rezultat določanja razdalje in povečuje slepo pego določanja razdalje. U1a~U1e iz 74HC04 (U1) tvorijo pogonsko vezje ultrazvočnega impulza, ki lahko poveča amplitudo impulzne napetosti pogonskega ultrazvočnega senzorja, učinkovito izvede električno/akustično pretvorbo, izboljša sposobnost oddajanja ultrazvočnih valov in poveča merilno razdaljo. Niz impulzov 40 kHz se obrne skozi U1a in nato obrne skozi vzporedna inverterja U1b in U1e; Drugi način je preko reverzne faze vzporednih inverterjev U1c in U1d na jugu.
