تطوير جهاز قياس المسافة الرقمي بالموجات فوق الصوتية
تنتشر الموجات فوق الصوتية بسرعات مختلفة في الغازات والسوائل والمواد الصلبة. لديهم اتجاهية جيدة، وطاقة مركزة، وتوهين بسيط أثناء الإرسال، وقدرات انعكاس قوية. يمكن للموجات فوق الصوتية أن تنتشر في الاتجاه بسرعة معينة وتشكل انعكاسات عند مواجهة العوائق. باستخدام هذه الخاصية، يمكن حساب المسافة الفعلية عن طريق قياس الوقت الذي تستغرقه الموجات فوق الصوتية للعودة، وبالتالي تحقيق قياس عدم الاتصال لمسافة الجسم. النطاق بالموجات فوق الصوتية سريع ومريح ولا يتأثر بعوامل مثل الضوء. يتم استخدامه على نطاق واسع في قياس المستوى الهيدرولوجي، وقياس موقع البناء، ومراقبة الموقع في الموقع، واكتشاف العوائق العكسية للمركبة، واكتشاف دخول الآلة المتنقلة وتحديد موضعها، وغيرها من المجالات. يقوم مقياس المسافة الرقمي بالموجات فوق الصوتية المصمم في هذه المقالة بحساب نبضات الساعة لإدخال تردد معين إلى العداد أثناء وقت الذهاب والإياب بالموجات فوق الصوتية، ثم يعرض مسافة القياس المقابلة.
تكوين دائرة قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية ومبدأ العمل
يتكون مقياس المسافة بالموجات فوق الصوتية من دائرة توليد بالموجات فوق الصوتية، ودائرة مضخم استقبال بالموجات فوق الصوتية، ودائرة العد والعرض.
دائرة توليد بالموجات فوق الصوتية
يشكل المؤقت المزدوج EN556 (U2b) مشغلًا أحادي الاستقرار. يشكل R6 وC6 دائرة تفاضلية، ووظيفتها هي: عند الضغط على الزر S2، يصبح المستوى المنخفض نبضة ذروة موجبة وسالبة، ويتم الحصول على نبضة ذروة سلبية من خلال VD1، مما يؤدي إلى قلب الزناد الأحادي الاستقرار. يستمر المستوى العالي لإخراج الوجه الأحادي الاستقرار لمدة 1 مللي ثانية تقريبًا، أي tw≈1.1R5C5≈1ms. يشكل EN556 (U2n) هزازًا متعددًا بتردد تذبذب f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22) }}R4)]C3≈40 كيلو هرتز. يتم التحكم في تذبذب المذبذب من خلال مستوى إخراج التقليب أحادي الاستقرار. عندما يُخرج الزناد الأحادي الاستقرار مستوى عالٍ، يتأرجح الهزاز المتعدد، ويخرج الدبوس 5 من EN556 حوالي 40 نبضة مستطيلة بتردد 40 كيلو هرتز ودورة تشغيل تبلغ حوالي 50%. وبالنظر إلى أن الهزاز المتعدد غير مستقر في مرحلة البدء، فقد تم تصميمه لإخراج عدد أكبر من نبضات m. إذا كان عدد نبضات الخرج قليلًا جدًا، ستكون كثافة الانبعاث صغيرة وستكون مسافة القياس قصيرة. مسبار مستشعر الرطوبة، أنبوب التسخين الكهربائي من الفولاذ المقاوم للصدأ مستشعر PT100، سخان الألمنيوم المصبوب، صمام الملف اللولبي لسائل التسخين. ومع ذلك، فإن عدد النبضات كبير جدًا ومدة البث طويلة. عندما تكون المسافة إلى الكائن المقاس قريبة، لم يتم نقل قطار النبض بالكامل، مما يتسبب في وصول الصدى الناتج عن النبض المرسل أولاً إلى الطرف المتلقي، مما يؤثر على نتائج النطاق ويتسبب في زيادة المنطقة العمياء. تشكل U1a~U1e من 74HC04 (U1) دائرة محرك نبض بالموجات فوق الصوتية، والتي يمكن أن تزيد من سعة جهد النبض الذي يحرك مستشعر الإرسال بالموجات فوق الصوتية، وإجراء تحويل كهربائي/صوتي بشكل فعال، وتعزيز القدرة على نقل الموجات فوق الصوتية، وزيادة القياس مسافة. يتم عكس مسار واحد من قطار النبض 40 كيلو هرتز من خلال U1a، ثم يتم قلبه من خلال العاكس المتصل بالتوازي بين U1b وU1e؛ ويتم عكس المسار الآخر من خلال العاكس المتصل بالتوازي بين U1c وU1d.
