Stafrænn ultrasonic fjarlægðarmælir þróaður
1. Inngangur
Úthljóðsbylgjur dreifast á mismunandi hraða í lofttegundum, vökvum og föstum efnum, með góðri stefnu, einbeittri orku, lágmarksdeyfingu við sendingu og sterka endurkastsgetu. Úthljóðsbylgjur geta breiðst út á ákveðnum hraða og myndað endurkast þegar þær lenda í hindrunum. Með því að nota þennan eiginleika er hægt að reikna út raunverulega fjarlægð með því að mæla þann tíma sem það tekur úthljóðsbylgjur að ferðast fram og til baka, þannig að ná snertilausri fjarlægðarmælingu á hlutum. Ultrasonic svið er hratt, þægilegt og hefur ekki áhrif á þætti eins og ljós. Það er mikið notað í vatnsfræðilegum vökvastigsmælingum, mælingu á byggingarstað, staðsetningarvöktun á staðnum, skynjun ökutækja í öfugum hindrunum, uppgötvun og staðsetningu farsíma og á öðrum sviðum. Stafræni úthljóðsfjarlægði mælirinn sem hannaður er í þessari grein telur klukkupúlsinntakið að tiltekinni tíðni teljarans á úthljóðstímanum fram og til baka og sýnir samsvarandi mælingarfjarlægð.
2. Hringrásarsamsetning og vinnuregla ultrasonic fjarlægðarmælir
Úthljóðsfjarmælirinn samanstendur af úthljóðsframleiðslurás, úthljóðsmóttökumögnunarrás, talningar- og skjárás.
2.1 Ultrasonic kynslóð hringrás
Ultrasonic kynslóð hringrás. Tvöfaldur tímamælir EN556 (U2b) myndar einstöðugan kveikju. R6 og C6 mynda mismunarás, sem virkar sem hér segir: þegar ýtt er á hnapp S2 verður lága stigið að jákvæðum og neikvæðum topppúlsi, sem fer í gegnum VD1 til að fá neikvæðan topppúls, sem kallar fram einstöðuga kveikjuflís. Lengd einsstöðu flipúttaks á háu stigi er um 1ms, sem er tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1ms. EN556 (U2n) myndar fjölharmonískan sveiflu með sveiflutíðni f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40kHz. Sveiflu sveiflunnar er stjórnað af úttaksstigi monostable kveikjarans. Þegar einstöðugi kveikjan gefur frá sér hátt stigi, sveiflast fjölharmóníski sveiflurinn, pinna 5 á EN556 gefur frá sér um það bil 40 rétthyrndum púlsum með tíðninni 40kHz og um það bil 50% vinnulotu. Með hliðsjón af óstöðugleika byrjunarstigs fjölharmónísks sveiflusveiflu er meiri fjöldi úttakspúlsa hannaður. Ef fjöldi úttakspúlsa er of lítill er losunarstyrkurinn lítill og mælingarfjarlægðin stutt. Rakaskynjarinn, rafhitunarrör úr ryðfríu stáli PT100 skynjari, hitari úr steyptu áli, segulloka fyrir hitaspóluvökva, en fjöldi púlsa er of hár og losunartíminn er langur. Þegar fjarlægðin frá mælda hlutnum er nálægt hefur púlslestin ekki verið gefin að fullu, sem veldur því að bergmálið sem myndast af fyrsta púlsinum sem gefur frá sér nær til móttökuenda, sem hefur áhrif á fjarlægðarniðurstöðuna og eykur blinda blettinn á fjarlægðinni. U1a~U1e af 74HC04 (U1) myndar úthljóðspúlsakstursrás, sem getur aukið púlsspennu amplitude aksturs úthljóðsnemans, framkvæmt í raun raf-/hljóðumbreytingu, aukið getu til að gefa frá sér úthljóðsbylgjur og aukið mælingarfjarlægð. 40kHz púlslestinni er snúið í gegnum U1a og síðan snúið í gegnum samhliða invertara U1b og U1e; Hin leiðin er í gegnum öfuga fasa samhliða inverteranna U1c og U1d í suðri.
