Sviluppo del distanziometro digitale ad ultrasuoni
Le onde ultrasoniche si propagano a velocità diverse nei gas, nei liquidi e nei solidi. Hanno una buona direttività, energia concentrata, piccola attenuazione durante la trasmissione e forti capacità di riflessione. Le onde ultrasoniche possono propagarsi direzionalmente 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 ritornare, ottenendo così una misurazione senza contatto della distanza dell'oggetto. La misurazione a ultrasuoni è veloce, comoda e non è influenzata da fattori come la luce. È ampiamente utilizzato nella misurazione del livello idrologico, nella misurazione dei cantieri, nel monitoraggio della posizione in loco, nel rilevamento degli ostacoli in retromarcia dei veicoli, nel rilevamento e nel posizionamento dell'ingresso di macchine mobili e in altri campi. Il misuratore di distanza digitale a ultrasuoni progettato in questo articolo conta gli impulsi di clock di una frequenza specifica in ingresso al contatore durante il tempo di andata e ritorno degli ultrasuoni, quindi visualizza la distanza di misurazione corrispondente.
Composizione del circuito del misuratore di distanza ad ultrasuoni e principio di funzionamento
Il misuratore di distanza ad ultrasuoni è composto da un circuito generatore di ultrasuoni, un circuito amplificatore di ricezione ad ultrasuoni e un circuito di conteggio e visualizzazione.
Circuito generatore di ultrasuoni
Il doppio timer EN556 (U2b) costituisce un trigger monostabile. R6 e C6 formano un circuito differenziale e la sua funzione è: quando viene premuto il pulsante S2, il livello basso diventa un impulso di picco positivo e negativo e un impulso di picco negativo viene ottenuto tramite VD1, attivando l'inversione del trigger monostabile. Il livello alto dell'uscita flip monostabile dura circa 1 ms, ovvero tw≈1.1R5C5≈1ms. EN556 (U2n) forma un multivibratore con frequenza di oscillazione f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]DO3≈40kHz. L'oscillazione dell'oscillatore è controllata dal livello di uscita del flip-flop monostabile. Quando il trigger monostabile emette un livello elevato, il multivibratore oscilla e il pin 5 dell'EN556 emette circa 40 impulsi rettangolari con una frequenza di 40kHz e un ciclo di lavoro di circa il 50%. Considerando che il multivibratore è instabile nella fase di avvio, è progettato per emettere un numero maggiore di m impulsi. Se il numero di impulsi in uscita è troppo basso, l'intensità dell'emissione sarà ridotta e la distanza di misurazione sarà breve. Sonda sensore di umidità, tubo di riscaldamento elettrico in acciaio inossidabile, sensore PT100, riscaldatore in alluminio pressofuso, elettrovalvola del fluido della serpentina di riscaldamento. Tuttavia, il numero di impulsi è eccessivo e la durata dell'emissione è lunga. Quando la distanza dall'oggetto misurato è vicina, il treno di impulsi non è stato completamente trasmesso, il che fa sì che l'eco generato dall'impulso trasmesso raggiunga per primo l'estremità ricevente, influenzando i risultati della misurazione e provocando un aumento della zona cieca della misurazione. U1a~U1e di 74HC04 (U1) formano un circuito di azionamento di impulsi ultrasonici, che può aumentare l'ampiezza della tensione di impulso che guida il sensore di invio ultrasonico, eseguire efficacemente la conversione elettrica/acustica, migliorare la capacità di trasmettere onde ultrasoniche e aumentare la misurazione distanza. Un percorso del treno di impulsi a 40kHz viene invertito attraverso U1a, e poi invertito attraverso l'inverter collegato in parallelo tra U1b e U1e; l'altro percorso viene invertito tramite l'inverter collegato in parallelo tra U1c e U1d.
