Το κύκλωμα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση αποστάσεων μεταξύ δύο επιφανειών ή τοίχων.
Βασική Εργασία
Οι υπέρηχοι αποτελούν μέρος της σειράς ήχων που δεν ακούγονται στο ανθρώπινο αυτί λόγω της συχνότητάς τους, η οποία είναι μεγαλύτερη από 25 kHz. Ωστόσο, είναι πράγματι ηχητικά κύματα των οποίων οι διακυμάνσεις στη συμπίεση διαδίδονται από το ένα μέσο στο άλλο με την ίδια ταχύτητα με τον ακουστικό ήχο.
Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή η ταχύτητα είναι 330 m/s στους 20 βαθμούς Κελσίου περίπου. Η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών μέγιστων πίεσης ονομάζεται μήκος κύματος και εξαρτάται κυρίως από τη συχνότητα των υπερήχων.
Στην παρούσα εφαρμογή, η συχνότητα είναι 40 kHz, που αντιστοιχεί σε περίοδο 25 μικροδευτερόλεπτων. Ως αποτέλεσμα, το μήκος κύματος (λ) δίνεται από τον τύπο λ = V × T, που είναι περίπου 8,25 mm στους 20°C.
Παρόμοια με τον ήχο, οι υπέρηχοι αντανακλούν τα εμπόδια. Μετρώντας με ακρίβεια τον χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει ένα σήμα υπερήχων εμπρός και πίσω (με τη μορφή ηχούς) μεταξύ ενός σημείου και ενός εμποδίου, είναι εύκολο να προσδιοριστεί η απόσταση (δ) μεταξύ της πηγής και του εμποδίου.
Στην περίπτωση αυτή, εάν το dt αντιπροσωπεύει τον μετρούμενο χρόνο, η σχέση μπορεί να γραφτεί ως 2d = V × dt, από την οποία μπορεί να προκύψει η τιμή του d. Αυτή η ιδιότητα των υπερήχων εκμεταλλεύεται το ηλεκτρονικό κύκλωμα ταινίας μέτρησης που περιγράφεται σε αυτό το άρθρο.
Διαγράμματα κυκλωμάτων
Λειτουργική αρχή
Μια συσκευή αποτελείται από έναν πομπό και έναν δέκτη υπερήχων, σε μορφή κάψουλας, τοποθετημένοι δίπλα-δίπλα και στραμμένοι προς τα κάτω.
Βρίσκονται σε ένα επίπεδο που χωρίζεται από το έδαφος σε απόσταση 2 μέτρων. Τα κύματα υπερήχων αντανακλώνται από το κρανίο του ατόμου, το μέγεθος του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε.
Αυτά τα σήματα εκπέμπονται περιοδικά.
Μια συσκευή χρονισμού μετρά το χρόνο, και συνεπώς την απόσταση, μεταξύ του επιπέδου θέσης των μορφοτροπέων υπερήχων και του κρανίου του ατόμου.
Αυτή η απόσταση, που προσδιορίζεται με αναλογική μέτρηση χρόνου, αφαιρείται από 2 μέτρα.
Για παράδειγμα, αν αυτή η απόσταση είναι 17 cm, το άτομο έχει ύψος 1,83 m.
Ο δείκτης ύψους είναι άμεσα αναγνώσιμος μέσω τριών οθονών 7 τμημάτων που τοποθετούνται μπροστά στα μάτια, σε ένα δεύτερο περίβλημα.
Παροχή ηλεκτρικού ρεύματος
Η ενέργεια αντλείται από το δίκτυο 220 V μέσω ενός μετασχηματιστή που ενεργοποιείται από τον διακόπτη I.
Στη δευτερεύουσα πλευρά, λαμβάνεται ένα εναλλασσόμενο δυναμικό 12 V, το οποίο διορθώνεται με μια γέφυρα διόδου. Ο πυκνωτής C1 εκτελεί το αρχικό φιλτράρισμα.
Στην έξοδο ενός ρυθμιστή 7809, προκύπτει ένα σταθερό δυναμικό 9V και ο πυκνωτής C2 παρέχει πρόσθετο φιλτράρισμα.
Ο πυκνωτής C3 συνδέει την παροχή ρεύματος στο υπόλοιπο κύκλωμα.
Βάση χρόνου
Οι πύλες NOR lll και IV του IC1 σχηματίζουν έναν ασταθή πολυδονητή.
Ένα τέτοιο κύκλωμα δημιουργεί παλμούς τετραγωνικών κυμάτων στην έξοδό του, με την περίοδο να καθορίζεται κυρίως από τις τιμές των R2 και C4.
Στην παρούσα περίπτωση, αυτή η περίοδος είναι περίπου 0,5 δευτερόλεπτα.
Αποτελεί τη βάση για την περιοδικότητα των μετρήσεων.
Ο πυκνωτής C5, η αντίσταση R4 και η δίοδος D1 αποτελούν μια διάταξη χρονισμού.
Στην κάθοδο του D1, παρατηρούνται σύντομοι θετικοί παλμοί κάθε 0,5 δευτερόλεπτα, που προκύπτουν από την ταχεία φόρτιση του C5 μέσω του R4 κατά τη διάρκεια των ανοδικών άκρων των σημάτων που παράγονται από τον πολυδονητή.
Εντολή του σήματος υπερήχων
Οι πύλες NOR I και II του IC1 έχουν διαμορφωθεί ως μονοσταθερό flip-flop. Για κάθε παλμό εντολής, παρατηρείται υψηλή κατάσταση στην έξοδο αυτού του flip-flop, η διάρκεια του οποίου βαθμονομείται κυρίως από τις τιμές R10 και C7.
Στην παρούσα εφαρμογή, αυτή η διάρκεια ορίζεται στα 150 μικροδευτερόλεπτα.
Περιοδική εκπομπή υπερήχων
Οι πύλες NAND III και IV του IC3 έχουν διαμορφωθεί ως ένας ασταθής πολυδονητής που βασίζεται σε εντολές. Όσο η είσοδος ελέγχου παραμένει χαμηλή, η έξοδος παραμένει επίσης χαμηλή.
Ωστόσο, εάν παρουσιάζεται υψηλή κατάσταση στην είσοδο ελέγχου, παρατηρούνται παλμοί τετραγωνικών κυμάτων στην έξοδο. Με τη ρύθμιση του ρυθμιζόμενου στοιχείου A1, η περίοδος αυτών των παλμών ρυθμίζεται στα 25 μικροδευτερόλεπτα, που αντιστοιχεί σε συχνότητα 40 kHz.
Ο μετατροπέας υπερήχων, βασισμένος σε πιεζοηλεκτρική τεχνολογία, συνδέεται με τις εισόδους/εξόδους της πύλης NAND III.
Στα τερματικά αυτού του μορφοτροπέα, λαμβάνονται τετραγωνικοί παλμοί κύματος συχνότητας 40 kHz, αλλά με πλάτος (δηλαδή, η διαφορά μεταξύ μέγιστου και ελάχιστου) 18 V, γεγονός που αυξάνει την ένταση της μετάδοσης υπερήχων.
