Het circuit kan ook worden gebruikt om afstanden tussen twee oppervlakken of muren te meten.
Basis werken
Ultrageluiden maken deel uit van het geluidsbereik dat door hun frequentie, die hoger is dan 25 kHz, onhoorbaar is voor het menselijk oor. Het zijn echter inderdaad geluidsgolven waarvan de variaties in compressie zich met dezelfde snelheid als hoorbaar geluid van het ene medium naar het andere voortplanten.
Opgemerkt moet worden dat deze snelheid 330 m/s is bij ongeveer 20 graden Celsius. De afstand tussen twee opeenvolgende drukmaxima wordt de golflengte genoemd en hangt voornamelijk af van de frequentie van ultrageluiden.
In de onderhavige aanvrage is de frequentie 40 kHz, wat overeenkomt met een periode van 25 microseconden. Als resultaat wordt de golflengte (λ) gegeven door de formule λ = V × T, wat ongeveer 8,25 mm is bij 20°C.
Net als geluid weerkaatsen ultrasone golven op obstakels. Door nauwkeurig de tijd te meten die een ultrasoon signaal nodig heeft om heen en weer te reizen (in de vorm van een echo) tussen een punt en een obstakel, kan eenvoudig de afstand (d) tussen de bron en het obstakel worden bepaald.
In dit geval, als dt de gemeten tijd vertegenwoordigt, kan de relatie worden geschreven als 2d = V × dt, waaruit de waarde van d kan worden afgeleid. Het is deze eigenschap van ultrageluid die wordt uitgebuit in het elektronische meetlintcircuit dat in dit artikel wordt beschreven.
Schakelschema's
Operatie principe
Een apparaat bestaat uit een ultrasone zender en ontvanger, in de vorm van een capsule, naast elkaar en naar beneden gericht.
Ze bevinden zich in een vlak dat op een afstand van 2 meter van de grond is gescheiden. Ultrasone golven worden weerkaatst door de schedel van het individu, wiens grootte we willen meten.
Deze signalen worden periodiek uitgezonden.
Een timingapparaat meet de tijd, en dus de afstand, tussen het positievlak van de ultrasone transducers en de schedel van het individu.
Deze afstand, bepaald door proportionele tijdtelling, wordt afgetrokken van 2 meter.
Als deze afstand bijvoorbeeld 17 cm is, heeft de persoon een lengte van 1,83 m.
De hoogte-indicator is direct afleesbaar via drie 7-segment displays die voor de ogen zijn geplaatst, in een tweede behuizing.
Stroomvoorziening
De energie wordt onttrokken aan het 220V-net via een transformator die wordt geactiveerd door schakelaar I.
Aan de secundaire zijde wordt een wisselpotentiaal van 12V verkregen, die wordt gelijkgericht door een diodebrug. De condensator C1 voert initiële filtering uit.
Op de uitgang van een 7809-regelaar wordt een constant potentiaal van 9V verkregen en de condensator C2 zorgt voor extra filtering.
De condensator C3 koppelt de voeding aan de rest van de schakeling.
Tijdsbasis
De NOR-poorten lll en IV van IC1 vormen een astabiele multivibrator.
Zo'n schakeling genereert blokgolfpulsen op zijn uitgang, waarbij de periode voornamelijk wordt bepaald door de waarden van R2 en C4.
In het onderhavige geval is deze periode ongeveer 0,5 seconde.
Het vormt de basis voor de periodiciteit van de metingen.
De condensator C5, weerstand R4 en diode D1 vormen een timingapparaat.
Op de kathode van D1 worden elke 0,5 seconden korte positieve pulsen waargenomen, die het gevolg zijn van het snel opladen van C5 tot en met R4 tijdens de stijgende flanken van de signalen die door de multivibrator worden gegenereerd.
Beheersing van het ultrasone signaal
De NOR-poorten I en II van IC1 zijn als monostabiele flip-flop geconfigureerd. Voor elke commandopuls wordt aan de uitgang van deze flip-flop een hoge toestand waargenomen, waarvan de duur voornamelijk wordt gekalibreerd door de waarden van R10 en C7.
In de onderhavige aanvrage is deze duur ingesteld op 150 microseconden.
Periodieke emissie van ultrageluid
De NAND-poorten III en IV van IC3 zijn geconfigureerd als een commandogestuurde astabiele multivibrator. Zolang de stuuringang laag blijft, blijft de uitgang ook laag.
Als er echter een hoge toestand wordt gepresenteerd aan de besturingsingang, worden blokgolfpulsen waargenomen aan de uitgang. Door de instelbare component A1 in te stellen, wordt de periode van deze pulsen ingesteld op 25 microseconden, wat overeenkomt met een frequentie van 40 kHz.
De ultrasone zendertransducer, gebaseerd op piëzo-elektrische technologie, is aangesloten op de ingangen/uitgangen van de NAND-poort III.
Aan de uiteinden van deze transducer worden blokgolfpulsen met een frequentie van 40 kHz verkregen, maar met een amplitude (d.w.z. het verschil tussen maximum en minimum) van 18V, wat de intensiteit van de ultrasone transmissie verhoogt.
