Obwód może być również używany do pomiaru odległości między dwiema powierzchniami lub ścianami.
Podstawowa praca
Ultradźwięki należą do zakresu dźwięków niesłyszalnych dla ludzkiego ucha ze względu na ich częstotliwość wyższą niż 25 kHz. Jednak w rzeczywistości są to fale dźwiękowe, których zmiany kompresji rozchodzą się z jednego ośrodka do drugiego z taką samą prędkością jak dźwięk słyszalny.
Należy zauważyć, że prędkość ta wynosi 330 m/s w temperaturze około 20 stopni Celsjusza. Odległość między dwoma kolejnymi maksimami ciśnienia nazywana jest długością fali i zależy przede wszystkim od częstotliwości ultradźwięków.
W niniejszym zastosowaniu częstotliwość wynosi 40 kHz, co odpowiada okresowi 25 mikrosekund. W rezultacie długość fali (λ) jest określona wzorem λ = V × T, co wynosi około 8,25 mm w temperaturze 20°C.
Podobnie jak dźwięk, ultradźwięki odbijają się od przeszkód. Dokładny pomiar czasu, jaki zajmuje sygnałowi ultradźwiękowemu przejście tam i z powrotem (w postaci echa) między punktem a przeszkodą, pozwala łatwo określić odległość (d) między źródłem a przeszkodą.
W tym przypadku, jeśli dt reprezentuje zmierzony czas, zależność można zapisać jako 2d = V × dt, z którego można wyprowadzić wartość d. Właśnie ta właściwość ultradźwięków jest wykorzystywana w opisanym w artykule obwodzie elektronicznej taśmy mierniczej.
Schematy obwodów
Zasada działania
Urządzenie składa się z nadajnika i odbiornika ultradźwięków, w formie kapsuły, umieszczonych obok siebie i skierowanych w dół.
Znajdują się one w płaszczyźnie oddzielonej od podłoża na odległość 2 metrów. Fale ultradźwiękowe odbijają się od czaszki osoby, której rozmiar chcemy zmierzyć.
Sygnały te są emitowane okresowo.
Urządzenie do pomiaru czasu mierzy czas, a tym samym odległość między płaszczyzną położenia przetworników ultradźwiękowych a czaszką osoby.
Odległość ta, określona przez proporcjonalne zliczanie czasu, jest odejmowana od 2 metrów.
Na przykład, jeśli ta odległość wynosi 17 cm, osoba ma wzrost 1,83 m.
Wskaźnik wzrostu można bezpośrednio odczytać na trzech 7-segmentowych wyświetlaczach umieszczonych przed oczami w drugiej obudowie.
Zasilacz
Energia pobierana jest z sieci 220V przez transformator uruchamiany wyłącznikiem I.
Po stronie wtórnej uzyskuje się potencjał przemienny 12V, który jest prostowany przez mostek diodowy. Kondensator C1 przeprowadza wstępne filtrowanie.
Na wyjściu regulatora 7809 uzyskuje się stały potencjał 9V, a kondensator C2 zapewnia dodatkowe filtrowanie.
Kondensator C3 łączy zasilanie z resztą obwodu.
Podstawa czasu
Bramki NOR lll i IV układu IC1 tworzą astabilny multiwibrator.
Układ taki generuje na swoim wyjściu impulsy o przebiegu prostokątnym, których okres określają przede wszystkim wartości R2 i C4.
W omawianym przypadku okres ten wynosi około 0,5 sekundy.
Stanowi podstawę do okresowości pomiarów.
Kondensator C5, rezystor R4 i dioda D1 stanowią układ czasowy.
Na katodzie D1 obserwuje się krótkie impulsy dodatnie co 0,5 sekundy, wynikające z szybkiego ładowania C5 do R4 podczas narastających zboczy sygnałów generowanych przez multiwibrator.
Polecenie sygnału ultradźwiękowego
Bramki NOR I i II układu IC1 są skonfigurowane jako przerzutnik monostabilny. Dla każdego impulsu sterującego na wyjściu tego przerzutnika obserwuje się stan wysoki, którego czas trwania jest głównie kalibrowany wartościami R10 i C7.
W niniejszym zgłoszeniu ten czas trwania jest ustawiony na 150 mikrosekund.
Okresowa emisja ultradźwięków
Bramki NAND III i IV układu IC3 są skonfigurowane jako astabilny multiwibrator sterowany poleceniami. Dopóki wejście sterujące pozostaje niskie, wyjście również pozostaje niskie.
Jeśli jednak na wejściu sterującym pojawi się stan wysoki, na wyjściu obserwowane są impulsy o przebiegu prostokątnym. Regulując składową nastawną A1, okres tych impulsów ustawia się na 25 mikrosekund, co odpowiada częstotliwości 40 kHz.
Przetwornik ultradźwiękowy, oparty na technologii piezoelektrycznej, jest podłączony do wejść/wyjść bramki NAND III.
Na zaciskach tego przetwornika uzyskuje się impulsy prostokątne o częstotliwości 40 kHz, ale o amplitudzie (tj. różnicy między maksimum a minimum) 18V, co zwiększa intensywność transmisji ultradźwiękowej.
