Digital ultralyds afstandsmåler udviklet
1. Introduktion
Ultralydsbølger forplanter sig med forskellige hastigheder i gasser, væsker og faste stoffer, med god retningsbestemthed, koncentreret energi, minimal dæmpning under transmission og stærk reflektionsevne. Ultralydsbølger kan forplante sig med en vis hastighed og danne refleksioner, når de møder forhindringer. Ved at bruge denne karakteristik kan den faktiske afstand beregnes ved at måle den tid, det tager for ultralydsbølger at rejse frem og tilbage, og dermed opnå berøringsfri afstandsmåling af objekter. Ultralydsmåling er hurtig, bekvem og påvirkes ikke af faktorer som lys. Det er meget udbredt inden for hydrologisk væskeniveaumåling, byggepladsmåling, positionsovervågning på stedet, registrering af omvendte forhindringer, registrering og positionering af mobilmaskiner og andre områder. Den digitale ultralydsafstandsmåler, der er designet i denne artikel, tæller urimpulserne input til en specifik frekvens af tælleren under ultralyds-rundturen og viser den tilsvarende måleafstand.
2. Kredsløbssammensætning og arbejdsprincip for ultralydsafstandsmåler
Ultralydsafstandsmåleren består af et ultralydsgenererende kredsløb, et ultralydsmodtagende forstærkningskredsløb, et tælle- og displaykredsløb.
2.1 Ultralydsgenereringskredsløb
Ultralydsgenereringskredsløb. Den dobbelte timer EN556 (U2b) danner en monostabil trigger. R6 og C6 danner et differentialkredsløb, som fungerer som følger: når knappen S2 trykkes ned, bliver det lave niveau en positiv og negativ spidsimpuls, som passerer gennem VD1 for at opnå en negativ spidsimpuls, der udløser et monostabilt triggerflip. Højniveauvarigheden af den monostabile flip-output er omkring 1ms, hvilket er tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1ms. EN556 (U2n) danner en multiharmonisk oscillator med en oscillationsfrekvens på f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 kHz. Oscillatorens oscillation styres af udgangsniveauet for den monostabile trigger. Når den monostabile trigger udsender et højt niveau, oscillerer den multiharmoniske oscillator, ben 5 i EN556 udsender cirka 40 rektangulære impulser med en frekvens på 40 kHz og en arbejdscyklus på cirka 50 %. I betragtning af ustabiliteten af startfasen af en multiharmonisk oscillator, er et større antal udgangsimpulser designet. Hvis antallet af udgangsimpulser er for lille, er emissionsintensiteten lav, og måleafstanden er kort. Fugtfølersonden, elektrisk varmerør i rustfrit stål PT100-føler, varmelegeme i støbt aluminium, magnetventil for varmespiralvæske, men antallet af impulser er for højt, og emissionsvarigheden er lang. Når afstanden fra det målte objekt er tæt på, er pulstoget ikke blevet fuldstændigt udsendt, hvilket får ekkoet, der genereres af den første udsendte puls, til at nå den modtagende ende, hvilket påvirker afstandsmålingsresultatet og øger afstandsmålingens blinde vinkel. U1a~U1e af 74HC04 (U1) danner et ultralydspulsdrivkredsløb, som kan øge pulsspændingsamplituden af den drivende ultralydssensor, effektivt udføre elektrisk/akustisk konvertering, forbedre evnen til at udsende ultralydsbølger og øge måleafstanden. 40kHz pulstoget inverteres gennem U1a og inverteres derefter gennem parallelle invertere U1b og U1e; Den anden vej er gennem den omvendte fase af parallelinverterne U1c og U1d i syd.
