Vezje se lahko uporablja tudi za merjenje razdalje med dvema površinama ali stenama.
Osnovno delo
Ultrazvok je del nabora zvokov, ki jih človeško uho nesliši zaradi svoje frekvence, ki je višja od 25 kHz. Vendar so v resnici zvočni valovi, katerih spremembe v kompresiji se širijo iz enega medija v drugega z enako hitrostjo kot slišni zvok.
Omeniti velja, da je ta hitrost 330 m/s pri okoli 20 stopinjah Celzija. Razdalja med dvema zaporednima tlakoma se imenuje valovna dolžina in je odvisna predvsem od frekvence ultrazvoka.
V tej aplikaciji je frekvenca 40 kHz, kar ustreza obdobju 25 mikrosekund. Posledično je valovna dolžina (λ) podana s formulo λ = V × T, kar je približno 8,25 mm pri 20 °C.
Podobno kot zvok se ultrazvok odbija od ovir. Z natančnim merjenjem časa, ki je potreben, da ultrazvočni signal potuje naprej in nazaj (v obliki odmeva) med točko in oviro, je enostavno določiti razdaljo (d) med virom in oviro.
V tem primeru, če dt predstavlja izmerjeni čas, lahko razmerje zapišemo kot 2d = V × dt, iz katerega je mogoče izpeljati vrednost d. Ta lastnost ultrazvoka je izkoriščena v vezju elektronskega merilnega traku, opisanem v tem članku.
Sheme vezij
Načelo delovanja
Napravo sestavljata ultrazvočni oddajnik in sprejemnik v obliki kapsule, ki sta nameščena drug ob drugem in obrnjena navzdol.
Nahajajo se v ravnini, ki je od tal oddaljena 2 metra. Ultrazvočni valovi se odbijajo od lobanje posameznika, katerega velikost želimo izmeriti.
Ti signali se oddajajo občasno.
Naprava za merjenje časa meri čas in s tem razdaljo med položajno ravnino ultrazvočnih pretvornikov in posameznikovo lobanjo.
Ta razdalja, določena s sorazmernim štetjem časa, se odšteje od 2 metrov.
Na primer, če je ta razdalja 17 cm, je posameznik visok 1,83 m.
Indikator višine je neposredno berljiv na treh 7-segmentnih zaslonih, nameščenih pred očmi v drugem ohišju.
Napajanje
Energija se črpa iz omrežja 220 V preko transformatorja, ki se aktivira s stikalom I.
Na sekundarni strani dobimo izmenični potencial 12V, ki ga usmerja diodni most. Kondenzator C1 izvaja začetno filtriranje.
Na izhodu regulatorja 7809 dobimo konstanten potencial 9V, kondenzator C2 pa zagotavlja dodatno filtriranje.
Kondenzator C3 povezuje napajanje s preostalim vezjem.
Časovna osnova
Vrati NOR lll in IV IC1 tvorita astabilen multivibrator.
Takšno vezje na svojem izhodu generira kvadratne valovne impulze, pri čemer periodo določata predvsem vrednosti R2 in C4.
V tem primeru je to obdobje približno 0,5 sekunde.
Je osnova za periodičnost meritev.
Kondenzator C5, upor R4 in dioda D1 sestavljajo časovno napravo.
Na katodi D1 se vsakih 0,5 sekunde opazijo kratki pozitivni impulzi, ki so posledica hitrega polnjenja C5 do R4 med naraščajočimi robovi signalov, ki jih ustvari multivibrator.
Ukaz ultrazvočnega signala
Vrata NOR I in II IC1 so konfigurirana kot monostabilni flip-flop. Za vsak ukazni impulz se na izhodu tega flip-flopa opazi visoko stanje, katerega trajanje je v glavnem kalibrirano z vrednostmi R10 in C7.
V tej aplikaciji je to trajanje nastavljeno na 150 mikrosekund.
Periodično oddajanje ultrazvoka
Vrata NAND III in IV IC3 so konfigurirana kot astabilni multivibrator, ki ga poganja ukaz. Dokler je krmilni vhod nizek, ostane nizek tudi izhod.
Če pa je na krmilnem vhodu predstavljeno visoko stanje, se na izhodu opazijo impulzi pravokotnega valovanja. S prilagoditvijo nastavljive komponente A1 se perioda teh impulzov nastavi na 25 mikrosekund, kar ustreza frekvenci 40 kHz.
Pretvornik ultrazvočnega oddajnika, ki temelji na piezoelektrični tehnologiji, je povezan z vhodi/izhodi vrat NAND III.
Na sponkah tega pretvornika se dobijo kvadratni impulzi frekvence 40 kHz, vendar z amplitudo (tj. razlika med maksimumom in minimumom) 18V, kar poveča intenzivnost ultrazvočnega prenosa.
