Digitaalisen ultraäänietäisyysmittarin kehittäminen
Ultraääniaallot etenevät eri nopeuksilla kaasuissa, nesteissä ja kiinteissä aineissa. Niillä on hyvä suuntaavuus, keskitetty energia, pieni vaimennus lähetyksen aikana ja vahva heijastuskyky. Ultraääniaallot voivat levitä suunnassa tietyllä nopeudella ja muodostaa heijastuksia, kun ne kohtaavat esteitä. Tämän ominaisuuden avulla todellinen etäisyys voidaan laskea mittaamalla aika, joka kuluu ultraääniaaltojen palautumiseen, jolloin saavutetaan kosketukseton kohteen etäisyyden mittaus. Ultraäänietäisyysmittaus on nopeaa, kätevää, eikä siihen vaikuta esimerkiksi valo. Sitä käytetään laajalti hydrologisen tason mittaamisessa, rakennustyömaan mittauksessa, paikan päällä tapahtuvassa sijainnin seurannassa, ajoneuvon peruutusesteen havaitsemisessa, liikkuvan koneen sisääntulon havaitsemisessa ja paikantamisessa ja muilla aloilla. Tässä artikkelissa suunniteltu digitaalinen ultraäänietäisyysmittari laskee laskuriin syötetyn tietyn taajuuden kellopulssit ultraäänen edestakaisen matkan aikana ja näyttää sitten vastaavan mittausetäisyyden.
Ultraäänietäisyysmittarin piirin koostumus ja toimintaperiaate
Ultraäänietäisyysmittari koostuu ultraäänigeneraattoripiiristä, ultraäänivastaanottovahvistinpiiristä sekä laskenta- ja näyttöpiiristä.
Ultraääni generoiva piiri
Kaksoisajastin EN556 (U2b) muodostaa monostabiilin liipaisimen. R6 ja C6 muodostavat differentiaalipiirin, ja sen tehtävänä on: kun painiketta S2 painetaan, matalasta tasosta tulee positiivinen ja negatiivinen huippupulssi, ja negatiivinen huippupulssi saadaan VD1:n kautta, mikä laukaisee monostabiilin liipaisimen käännöksen. Monostabiilin läppälähdön korkea taso kestää noin 1 ms, eli tw≈1.1R5C5≈1ms. EN556 (U2n) muodostaa multivibraattorin, jonka värähtelytaajuus on f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22) }}R4)]C3≈40 kHz. Oskillaattorin värähtelyä ohjataan monostabiililla flip-flop-lähtötasolla. Kun monostabiili liipaisin antaa korkean tason, multivibraattori värähtelee ja EN556:n nasta 5 tuottaa noin 40 suorakulmaista pulssia taajuudella 40 kHz ja käyttösuhteella noin 50 %. Ottaen huomioon, että multivibraattori on epävakaa käynnistysvaiheessa, se on suunniteltu antamaan suurempi määrä m pulssia. Jos lähtöpulssien määrä on liian pieni, emissiointensiteetti on pieni ja mittausetäisyys lyhyt. Kosteusanturin anturi, , ruostumattomasta teräksestä valmistettu sähkölämmitysputki PT100 anturi, , alumiinivalettu lämmitin, lämpöpatterin nestemagneettiventtiili. Pulssien määrä on kuitenkin liian suuri ja päästökesto pitkä. Kun etäisyys mitattavaan kohteeseen on lähellä, pulssijonoa ei ole lähetetty kokonaan, mikä aiheuttaa Ensin lähetetyn pulssin synnyttämä kaiku saavuttaa vastaanottopään, mikä vaikuttaa etäisyystuloksiin ja aiheuttaa mittaussokean vyöhykkeen kasvamisen. 74HC04:n (U1) U1a~U1e muodostaa ultraäänipulssiohjauspiirin, joka voi lisätä ultraäänilähetysanturia ohjaavan pulssijännitteen amplitudia, suorittaa tehokkaasti sähköisen/akustisen muunnoksen, parantaa kykyä lähettää ultraääniaaltoja ja parantaa mittausta. etäisyys. Yksi 40 kHz:n pulssijonon polku käännetään U1a:n kautta ja käännetään sitten invertterin kautta, joka on kytketty rinnan U1b:n ja U1e:n väliin; toinen polku käännetään U1c:n ja U1d:n väliin rinnakkain kytketyn invertterin kautta.
