Circuitul poate fi folosit și pentru măsurarea distanțelor dintre două suprafețe sau pereți.
Lucrul de bază
Ultrasunetele fac parte din gama de sunete care sunt inaudibile de urechea umană datorită frecvenței lor, care este mai mare de 25 kHz. Cu toate acestea, ele sunt într-adevăr unde sonore ale căror variații de compresie se propagă de la un mediu la altul cu aceeași viteză cu sunetul audibil.
Trebuie remarcat faptul că această viteză este de 330 m/s la aproximativ 20 de grade Celsius. Distanța dintre două maxime consecutive de presiune se numește lungime de undă și depinde în primul rând de frecvența ultrasunetelor.
În prezenta cerere, frecvența este de 40 kHz, corespunzătoare unei perioade de 25 de microsecunde. Ca rezultat, lungimea de undă (λ) este dată de formula λ = V × T, care este de aproximativ 8,25 mm la 20°C.
Similar cu sunetul, ultrasunetele reflectă obstacolele. Măsurând cu precizie timpul necesar unui semnal ultrasonic să se deplaseze înainte și înapoi (sub formă de ecou) între un punct și un obstacol, este ușor de determinat distanța (d) dintre sursă și obstacol.
În acest caz, dacă dt reprezintă timpul măsurat, relația poate fi scrisă ca 2d = V × dt, din care poate fi derivată valoarea lui d. Această proprietate a ultrasunetelor este exploatată în circuitul de bandă de măsurare electronică descris în acest articol.
Scheme de circuite
Principiul de funcționare
Un dispozitiv este format dintr-un emițător și un receptor cu ultrasunete, sub formă de capsulă, așezate unul lângă altul și cu fața în jos.
Sunt situate într-un plan separat de sol la o distanță de 2 metri. Undele de ultrasunete sunt reflectate de craniul individului, a cărui dimensiune dorim să o măsurăm.
Aceste semnale sunt emise periodic.
Un dispozitiv de cronometrare măsoară timpul și, prin urmare, distanța dintre planul de poziție al traductoarelor ultrasonice și craniul individului.
Această distanță, determinată prin numărarea proporțională a timpului, se scade din 2 metri.
De exemplu, dacă această distanță este de 17 cm, individul are o înălțime de 1,83 m.
Indicatorul de înălțime este lizibil direct prin trei afișaje cu 7 segmente plasate în fața ochilor, într-o a doua carcasă.
Alimentare electrică
Energia este preluată de la rețeaua de 220V printr-un transformator activat de comutatorul I.
Pe partea secundară se obține un potențial alternativ de 12V, care este redresat printr-o punte de diode. Condensatorul C1 efectuează filtrarea inițială.
La ieșirea unui regulator 7809 se obține un potențial constant de 9V, iar condensatorul C2 asigură o filtrare suplimentară.
Condensatorul C3 cuplează sursa de alimentare cu restul circuitului.
Baza de timp
Porțile NOR lll și IV ale IC1 formează un multivibrator astable.
Un astfel de circuit generează impulsuri de unde pătrate la ieșire, perioada fiind determinată în primul rând de valorile lui R2 și C4.
În cazul de față, această perioadă este de aproximativ 0,5 secunde.
Ea formează baza pentru periodicitatea măsurătorilor.
Condensatorul C5, rezistența R4 și dioda D1 constituie un dispozitiv de sincronizare.
Pe catodul lui D1, se observă scurte impulsuri pozitive la fiecare 0,5 secunde, rezultate din încărcarea rapidă a C5 prin R4 în timpul fronturilor de creștere ale semnalelor generate de multivibrator.
Comanda semnalului ultrasonic
Porțile NOR I și II ale IC1 sunt configurate ca un flip-flop monostabil. Pentru fiecare impuls de comandă, la ieșirea acestui flip-flop se observă o stare ridicată, a cărei durată este calibrată în principal de valorile lui R10 și C7.
În prezenta aplicație, această durată este setată la 150 de microsecunde.
Emisiune periodică de ultrasunete
Porțile NAND III și IV ale IC3 sunt configurate ca un multivibrator astable comandat de comandă. Atâta timp cât intrarea de control rămâne scăzută, și ieșirea rămâne scăzută.
Cu toate acestea, dacă la intrarea de control este prezentată o stare ridicată, la ieșire se observă impulsuri de unde pătrate. Prin reglarea componentei reglabile A1, perioada acestor impulsuri este setată la 25 de microsecunde, ceea ce corespunde unei frecvențe de 40 kHz.
Traductorul transmițător cu ultrasunete, bazat pe tehnologie piezoelectrică, este conectat la intrările/ieșirile porții NAND III.
La bornele acestui traductor se obțin impulsuri de unde pătrate cu frecvența de 40 kHz, dar cu o amplitudine (adică diferența dintre maxim și minim) de 18V, ceea ce crește intensitatea transmisiei ultrasonice.
