Vyvinutý digitálny ultrazvukový diaľkomer
1. Úvod
Ultrazvukové vlny sa šíria rôznymi rýchlosťami v plynoch, kvapalinách a pevných látkach, s dobrou smerovosťou, koncentrovanou energiou, minimálnym útlmom počas prenosu a silnou schopnosťou odrazu. Ultrazvukové vlny sa môžu šíriť určitou rýchlosťou a vytvárať odrazy pri stretnutí s prekážkami. Použitím tejto charakteristiky je možné vypočítať skutočnú vzdialenosť meraním času potrebného na prechod ultrazvukových vĺn tam a späť, čím sa dosiahne bezkontaktné meranie vzdialenosti objektov. Ultrazvukový rozsah je rýchly, pohodlný a neovplyvňujú ho faktory ako svetlo. Je široko používaný pri hydrologickom meraní hladiny kvapalín, meraní na stavenisku, monitorovaní polohy na mieste, detekcii prekážok pri spätnom chode vozidla, detekcii a polohovaní mobilných strojov a ďalších oblastiach. Digitálny ultrazvukový diaľkomer navrhnutý v tomto článku počíta vstupné hodinové impulzy na špecifickú frekvenciu počítadla počas ultrazvukového spiatočného času a zobrazuje zodpovedajúcu meranú vzdialenosť.
2. Zloženie obvodu a princíp činnosti ultrazvukového diaľkomeru
Ultrazvukový diaľkomer sa skladá z ultrazvukového generujúceho obvodu, ultrazvukového prijímacieho zosilňovacieho obvodu, počítacieho a zobrazovacieho obvodu.
2.1 Okruh generovania ultrazvuku
Generačný obvod ultrazvuku. Duálny časovač EN556 (U2b) tvorí monostabilný spúšťač. R6 a C6 tvoria diferenciálny obvod, ktorý funguje nasledovne: po stlačení tlačidla S2 sa z nízkej úrovne stane kladný a záporný špičkový impulz, ktorý prechádza cez VD1, čím sa získa záporný špičkový impulz, čím sa spustí monostabilné preklopenie spúšte. Vysoká úroveň trvania monostabilného flip výstupu je približne 1 ms, čo je tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1 ms. EN556 (U2n) tvorí viac harmonický oscilátor s frekvenciou oscilácií f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 kHz. Oscilácia oscilátora je riadená výstupnou úrovňou monostabilnej spúšte. Keď monostabilný spúšťač vydáva vysokú úroveň, multiharmonický oscilátor osciluje, kolík 5 normy EN556 vydáva približne 40 pravouhlých impulzov s frekvenciou 40 kHz a pracovným cyklom približne 50 %. Vzhľadom na nestabilitu štartovacieho stupňa multi harmonického oscilátora je navrhnutý väčší počet výstupných impulzov. Ak je počet výstupných impulzov príliš malý, intenzita emisie je nízka a meracia vzdialenosť je krátka. Sonda snímača vlhkosti, snímač elektrickej vykurovacej trubice z nehrdzavejúcej ocele PT100, ohrievač z liateho hliníka, solenoidový ventil kvapaliny vykurovacej špirály, ale počet impulzov je príliš vysoký a trvanie emisie je dlhé. Keď je vzdialenosť od meraného objektu blízka, sled impulzov nebol úplne vyžarovaný, čo spôsobí, že ozvena generovaná prvým vyžarovaným impulzom dosiahne prijímací koniec, čo ovplyvní výsledok merania a zväčší mŕtvy bod merania. U1a~U1e z 74HC04 (U1) tvorí ultrazvukový impulzný riadiaci obvod, ktorý môže zvýšiť amplitúdu impulzného napätia riadiaceho ultrazvukového snímača, efektívne vykonávať elektrickú/akustickú konverziu, zlepšiť schopnosť vyžarovať ultrazvukové vlny a zväčšiť meraciu vzdialenosť. 40kHz sled impulzov je invertovaný cez Ula a potom invertovaný cez paralelné invertory Ulb a Ule; Iný spôsob je cez reverznú fázu paralelných striedačov U1c a U1d na juhu.
