تم تطوير جهاز تحديد المدى الرقمي بالموجات فوق الصوتية
1 المقدمة
تنتشر الموجات فوق الصوتية بسرعات مختلفة في الغازات والسوائل والمواد الصلبة، مع اتجاه جيد، وطاقة مركزة، والحد الأدنى من التوهين أثناء الإرسال، وقدرة انعكاس قوية. يمكن أن تنتشر الموجات فوق الصوتية بسرعة معينة وتشكل انعكاسات عند مواجهة العوائق. باستخدام هذه الخاصية، يمكن حساب المسافة الفعلية عن طريق قياس الوقت الذي تستغرقه الموجات فوق الصوتية للانتقال ذهابًا وإيابًا، وبالتالي تحقيق قياس مسافة عدم الاتصال للأشياء. النطاق بالموجات فوق الصوتية سريع ومريح ولا يتأثر بعوامل مثل الضوء. يستخدم على نطاق واسع في قياس مستوى السائل الهيدرولوجي، وقياس موقع البناء، ومراقبة الموقع في الموقع، والكشف عن العوائق العكسية للمركبة، والكشف عن الماكينة المتنقلة وتحديد موضعها، وغيرها من المجالات. يقوم محدد المدى الرقمي بالموجات فوق الصوتية المصمم في هذه المقالة بحساب مدخلات نبضات الساعة إلى تردد محدد للعداد أثناء وقت الذهاب والإياب بالموجات فوق الصوتية، ويعرض مسافة القياس المقابلة.
2. تكوين الدائرة ومبدأ العمل لجهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية
يتكون جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية من دائرة توليد بالموجات فوق الصوتية، ودائرة تضخيم الاستقبال بالموجات فوق الصوتية، ودائرة العد والعرض.
2.1 دائرة توليد الموجات فوق الصوتية
دائرة توليد بالموجات فوق الصوتية. يشكل المؤقت المزدوج EN556 (U2b) مشغلًا أحادي الاستقرار. يشكل R6 وC6 دائرة تفاضلية، تعمل على النحو التالي: عند الضغط على الزر S2، يصبح المستوى المنخفض نبضة ارتفاعية موجبة وسالبة، والتي تمر عبر VD1 للحصول على نبضة ارتفاعية سلبية، مما يؤدي إلى قلب الزناد أحادي الاستقرار. تبلغ المدة عالية المستوى لإخراج الوجه الأحادي الاستقرار حوالي 1 مللي ثانية، وهي tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1 مللي ثانية. يشكل EN556 (U2n) مذبذبًا توافقيًا متعددًا بتردد تذبذب f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40 كيلو هرتز. يتم التحكم في تذبذب المذبذب من خلال مستوى خرج الزناد الأحادي الاستقرار. عندما يصدر الزناد الأحادي الاستقرار مستوى عالٍ، يتأرجح المذبذب التوافقي المتعدد، ويخرج الدبوس 5 من EN556 ما يقرب من 40 نبضة مستطيلة بتردد 40 كيلو هرتز ودورة تشغيل تبلغ حوالي 50%. مع الأخذ في الاعتبار عدم استقرار مرحلة البداية للمذبذب التوافقي المتعدد، تم تصميم عدد أكبر من نبضات الخرج. إذا كان عدد نبضات الخرج صغيرًا جدًا، تكون كثافة الانبعاث منخفضة وتكون مسافة القياس قصيرة. مسبار مستشعر الرطوبة، مستشعر أنبوب التسخين الكهربائي من الفولاذ المقاوم للصدأ PT100، سخان الألمنيوم المصبوب، صمام الملف اللولبي لسائل التسخين، لكن عدد النبضات مرتفع جدًا ومدة الانبعاث طويلة. عندما تكون المسافة من الكائن المقاس قريبة، لم ينبعث قطار النبض بالكامل، مما يتسبب في وصول الصدى الناتج عن النبضة المنبعثة الأولى إلى الطرف المتلقي، مما يؤثر على نتيجة المدى ويزيد من النقطة العمياء للمدى. تشكل U1a~U1e لـ 74HC04 (U1) دائرة قيادة نبض بالموجات فوق الصوتية، والتي يمكنها زيادة سعة جهد النبض لمستشعر القيادة بالموجات فوق الصوتية، وإجراء تحويل كهربائي/صوتي بشكل فعال، وتعزيز القدرة على انبعاث موجات فوق صوتية، وزيادة مسافة القياس. يتم قلب قطار النبض 40 كيلو هرتز من خلال U1a، ثم يتم قلبه من خلال محولات متوازية U1b وU1e؛ والطريقة الأخرى هي من خلال المرحلة العكسية للعاكسات المتوازية U1c و U1d في الجنوب.
