Razvijen digitalni ultrazvučni daljinomjer
1. Uvod
Ultrazvučni talasi se šire različitim brzinama u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama, sa dobrom usmerenošću, koncentrisanom energijom, minimalnim slabljenjem tokom prenosa i jakom sposobnošću refleksije. Ultrazvučni talasi se mogu širiti određenom brzinom i formirati refleksiju kada naiđu na prepreke. Koristeći ovu karakteristiku, stvarna udaljenost se može izračunati mjerenjem vremena koje je potrebno ultrazvučnim valovima da putuju naprijed-nazad, čime se postiže beskontaktno mjerenje udaljenosti objekata. Ultrazvučno određivanje raspona je brzo, praktično i na njega ne utiču faktori kao što je svetlost. Široko se koristi u hidrološkom mjerenju nivoa tekućine, mjerenju gradilišta, praćenju položaja na licu mjesta, detekciji prepreka vozila unazad, detekciji i pozicioniranju mobilnih mašina i drugim poljima. Digitalni ultrazvučni daljinomjer dizajniran u ovom članku broji ulazne impulse sata na određenu frekvenciju brojača tokom vremena povratnog ultrazvučnog puta i prikazuje odgovarajuću mjernu udaljenost.
2. Sastav kola i princip rada ultrazvučnog daljinomjera
Ultrazvučni daljinomjer se sastoji od ultrazvučnog kruga za generiranje, kruga za pojačavanje ultrazvučnog prijema, kruga za brojanje i prikaz.
2.1 Ultrazvučni generatorski krug
Ultrazvučni generatorski krug. Dvostruki tajmer EN556 (U2b) formira monostabilan okidač. R6 i C6 formiraju diferencijalno kolo, koje funkcionira na sljedeći način: kada se pritisne dugme S2, niski nivo postaje pozitivan i negativan šik impuls, koji prolazi kroz VD1 da bi dobio negativan šik impuls, pokrećući monostabilno okretanje okidača. Trajanje monostabilnog flip izlaza na visokom nivou je oko 1 ms, što je tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1 ms. EN556 (U2n) formira multiharmonički oscilator sa frekvencijom oscilovanja od f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 kHz. Oscilovanje oscilatora kontroliše se izlaznim nivoom monostabilnog okidača. Kada monostabilni okidač daje visok nivo, multi harmonijski oscilator oscilira, Pin 5 EN556 daje približno 40 pravougaonih impulsa sa frekvencijom od 40 kHz i radnim ciklusom od približno 50%. S obzirom na nestabilnost početne faze multiharmoničkog oscilatora, projektovan je veći broj izlaznih impulsa. Ako je broj izlaznih impulsa premali, intenzitet emisije je nizak i udaljenost mjerenja je kratka. Sonda senzora vlažnosti, električna cijev za grijanje od nehrđajućeg čelika PT100 senzor, grijač od lijevanog aluminija, elektromagnetni ventil za tekućinu za grijanje, ali broj impulsa je prevelik i trajanje emisije je dugo. Kada je udaljenost od mjerenog objekta bliska, niz impulsa nije u potpunosti emitiran, što uzrokuje da eho generiran prvim emitiranim impulsom stigne do prijemnog kraja, utječući na rezultat dometa i povećavajući slijepu tačku određivanja raspona. U1a~U1e od 74HC04 (U1) formiraju ultrazvučni impulsni pogonski krug, koji može povećati amplitudu napona impulsa pokretačkog ultrazvučnog senzora, efikasno izvršiti električnu/akustičku konverziju, poboljšati sposobnost emitiranja ultrazvučnih valova i povećati udaljenost mjerenja. Niz impulsa od 40 kHz se invertuje kroz U1a, a zatim invertuje kroz paralelne pretvarače U1b i U1e; Drugi način je kroz obrnutu fazu paralelnih pretvarača U1c i U1d na jugu.
