Sviluppato telemetro digitale ad ultrasuoni
1. Introduzione
Le onde ultrasoniche si propagano a velocità diverse nei gas, nei liquidi e nei solidi, con buona direzionalità, energia concentrata, attenuazione minima durante la trasmissione e forte capacità di riflessione. Le onde ultrasoniche possono propagarsi ad una certa velocità e formare riflessioni quando incontrano ostacoli. Utilizzando questa caratteristica, la distanza effettiva può essere calcolata misurando il tempo impiegato dalle onde ultrasoniche per viaggiare avanti e indietro, ottenendo così una misurazione della distanza degli oggetti senza contatto. La misurazione a ultrasuoni è veloce, comoda e non è influenzata da fattori come la luce. È ampiamente utilizzato nella misurazione del livello dei liquidi idrologici, nella misurazione dei cantieri, nel monitoraggio della posizione in loco, nel rilevamento degli ostacoli in retromarcia dei veicoli, nel rilevamento e posizionamento di macchine mobili e in altri campi. Il telemetro digitale a ultrasuoni progettato in questo articolo conta gli impulsi di clock immessi a una frequenza specifica del contatore durante il tempo di andata e ritorno degli ultrasuoni e visualizza la distanza di misurazione corrispondente.
2. Composizione del circuito e principio di funzionamento del telemetro ad ultrasuoni
Il telemetro a ultrasuoni è costituito da un circuito di generazione di ultrasuoni, un circuito di amplificazione di ricezione di ultrasuoni, un circuito di conteggio e visualizzazione.
2.1 Circuito di generazione di ultrasuoni
Circuito di generazione degli ultrasuoni. Il doppio timer EN556 (U2b) costituisce un trigger monostabile. R6 e C6 formano un circuito differenziale, che funziona come segue: quando viene premuto il pulsante S2, il livello basso diventa un impulso di picco positivo e negativo, che passa attraverso VD1 per ottenere un impulso di picco negativo, innescando un trigger flip monostabile. La durata di alto livello dell'uscita flip monostabile è di circa 1 ms, ovvero tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1 ms. EN556 (U2n) forma un oscillatore multiarmonico con una frequenza di oscillazione f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] DO3 ≈ 40kHz. L'oscillazione dell'oscillatore è controllata dal livello di uscita del trigger monostabile. Quando il trigger monostabile emette un livello alto, l'oscillatore multiarmonico oscilla, il pin 5 di EN556 emette circa 40 impulsi rettangolari con una frequenza di 40kHz e un ciclo di lavoro di circa il 50%. Considerando l'instabilità dello stadio iniziale di un oscillatore multiarmonico, viene progettato un numero maggiore di impulsi di uscita. Se il numero di impulsi in uscita è troppo piccolo, l'intensità dell'emissione è bassa e la distanza di misurazione è breve. La sonda del sensore di umidità, il sensore PT100 del tubo di riscaldamento elettrico in acciaio inossidabile, il riscaldatore in alluminio pressofuso, l'elettrovalvola del fluido della serpentina di riscaldamento, ma il numero di impulsi è troppo elevato e la durata dell'emissione è lunga. Quando la distanza dall'oggetto misurato è vicina, il treno di impulsi non è stato completamente emesso, il che fa sì che l'eco generato dal primo impulso emesso raggiunga l'estremità ricevente, influenzando il risultato della misurazione e aumentando il punto cieco della misurazione. Gli U1a~U1e di 74HC04 (U1) formano un circuito di pilotaggio a impulsi ultrasonici, che può aumentare l'ampiezza della tensione di impulso del sensore ultrasonico di pilotaggio, eseguire efficacemente la conversione elettrica/acustica, migliorare la capacità di emettere onde ultrasoniche e aumentare la distanza di misurazione. Il treno di impulsi a 40kHz viene invertito tramite U1a, e poi invertito tramite gli inverter paralleli U1b e U1e; L'altro modo è attraverso l'inversione di fase degli inverter paralleli U1c e U1d nel sud.
