Desarrollan un telémetro ultrasónico digital
1. Introducción
Las ondas ultrasónicas se propagan a diferentes velocidades en gases, líquidos y sólidos, con buena direccionalidad, energía concentrada, atenuación mínima durante la transmisión y una gran capacidad de reflexión. Las ondas ultrasónicas pueden propagarse a cierta velocidad y formar reflejos al encontrar obstáculos. Al utilizar esta característica, la distancia real se puede calcular midiendo el tiempo que tardan las ondas ultrasónicas en viajar de un lado a otro, logrando así una medición de la distancia de los objetos sin contacto. El alcance ultrasónico es rápido, conveniente y no se ve afectado por factores como la luz. Es ampliamente utilizado en medición de nivel de líquido hidrológico, medición en sitios de construcción, monitoreo de posición en sitio, detección de obstáculos en reversa de vehículos, detección y posicionamiento de máquinas móviles y otros campos. El telémetro ultrasónico digital diseñado en este artículo cuenta los pulsos de reloj ingresados a una frecuencia específica del contador durante el tiempo de ida y vuelta del ultrasonido y muestra la distancia de medición correspondiente.
2. Composición del circuito y principio de funcionamiento del telémetro ultrasónico.
El telémetro ultrasónico consta de un circuito generador de ultrasonidos, un circuito de amplificación de recepción de ultrasonidos y un circuito de conteo y visualización.
2.1 Circuito de generación ultrasónica
Circuito de generación de ultrasonidos. El temporizador dual EN556 (U2b) forma un disparador monoestable. R6 y C6 forman un circuito diferencial, que funciona de la siguiente manera: cuando se presiona el botón S2, el nivel bajo se convierte en un pulso de pico positivo y negativo, que pasa a través de VD1 para obtener un pulso de pico negativo, lo que activa un disparo monoestable. La duración de alto nivel de la salida flip monoestable es de aproximadamente 1 ms, que es tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1 ms. EN556 (U2n) forma un oscilador multiarmónico con una frecuencia de oscilación de f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40kHz. La oscilación del oscilador está controlada por el nivel de salida del disparador monoestable. Cuando el disparador monoestable genera un nivel alto, el oscilador multiarmónico oscila, el pin 5 de EN556 genera aproximadamente 40 pulsos rectangulares con una frecuencia de 40 kHz y un ciclo de trabajo de aproximadamente el 50 %. Considerando la inestabilidad de la etapa inicial de un oscilador multiarmónico, se diseña un mayor número de pulsos de salida. Si el número de pulsos de salida es demasiado pequeño, la intensidad de emisión es baja y la distancia de medición es corta. La sonda del sensor de humedad, el sensor PT100 del tubo de calentamiento eléctrico de acero inoxidable, el calentador de aluminio fundido, la válvula solenoide de fluido de la bobina de calentamiento, pero el número de pulsos es demasiado alto y la duración de la emisión es larga. Cuando la distancia desde el objeto medido es cercana, el tren de pulsos no se ha emitido por completo, lo que hace que el eco generado por el primer pulso emitido llegue al extremo receptor, afectando el resultado de la medición y aumentando el punto ciego de la medición. Los U1a ~ U1e de 74HC04 (U1) forman un circuito de conducción de pulso ultrasónico, que puede aumentar la amplitud del voltaje del pulso del sensor ultrasónico de conducción, realizar de manera efectiva la conversión eléctrica/acústica, mejorar la capacidad de emitir ondas ultrasónicas y aumentar la distancia de medición. El tren de impulsos de 40 kHz se invierte a través de U1a y luego se invierte a través de los inversores paralelos U1b y U1e; La otra forma es mediante la fase inversa de los inversores paralelos U1c y U1d en el sur.
