Obvod je možné použiť aj na meranie vzdialeností medzi dvoma povrchmi alebo stenami.
Základná práca
Ultrazvuky sú súčasťou spektra zvukov, ktoré sú pre ľudské ucho nepočuteľné pre ich frekvenciu, ktorá je vyššia ako 25 kHz. V skutočnosti sú to však zvukové vlny, ktorých zmeny kompresie sa šíria z jedného média do druhého rovnakou rýchlosťou ako počuteľný zvuk.
Treba poznamenať, že táto rýchlosť je 330 m/s pri teplote okolo 20 stupňov Celzia. Vzdialenosť medzi dvoma po sebe idúcimi maximami tlaku sa nazýva vlnová dĺžka a závisí predovšetkým od frekvencie ultrazvuku.
V tejto prihláške je frekvencia 40 kHz, čo zodpovedá perióde 25 mikrosekúnd. Výsledkom je, že vlnová dĺžka (λ) je daná vzorcom λ = V × T, čo je približne 8,25 mm pri 20 °C.
Podobne ako zvuk, aj ultrazvuk sa odráža od prekážok. Presným meraním času potrebného na prechod ultrazvukového signálu tam a späť (vo forme ozveny) medzi bodom a prekážkou je ľahké určiť vzdialenosť (d) medzi zdrojom a prekážkou.
V tomto prípade, ak dt predstavuje nameraný čas, vzťah možno zapísať ako 2d = V × dt, z čoho možno odvodiť hodnotu d. Práve táto vlastnosť ultrazvukov sa využíva v obvode elektronickej meracej pásky opísanom v tomto článku.
Schémy obvodov
Prevádzkový princíp
Zariadenie pozostáva z ultrazvukového vysielača a prijímača vo forme kapsuly, ktoré sú umiestnené vedľa seba a smerujú nadol.
Sú umiestnené v rovine oddelenej od zeme vo vzdialenosti 2 metre. Ultrazvukové vlny sa odrážajú od lebky jedinca, ktorého veľkosť chceme zmerať.
Tieto signály sú vydávané periodicky.
Časomiera meria čas a teda vzdialenosť medzi polohovou rovinou ultrazvukových meničov a lebkou jednotlivca.
Táto vzdialenosť, určená proporcionálnym počítaním času, sa odpočítava od 2 metrov.
Napríklad, ak je táto vzdialenosť 17 cm, jednotlivec má výšku 1,83 m.
Indikátor výšky je priamo čitateľný prostredníctvom troch 7-segmentových displejov umiestnených pred očami v druhom kryte.
Zdroj
Energia je odoberaná z 220V siete cez transformátor aktivovaný spínačom I.
Na sekundárnej strane sa získa striedavý potenciál 12V, ktorý je usmernený diódovým mostíkom. Kondenzátor C1 vykonáva počiatočné filtrovanie.
Na výstupe regulátora 7809 sa získa konštantný potenciál 9V a kondenzátor C2 poskytuje dodatočné filtrovanie.
Kondenzátor C3 spája napájanie so zvyškom obvodu.
Časová základňa
NOR hradla 111 a IV IC1 tvoria astabilný multivibrátor.
Takýto obvod generuje na svojom výstupe impulzy so štvorcovými vlnami, pričom perióda je primárne určená hodnotami R2 a C4.
V tomto prípade je táto doba približne 0,5 sekundy.
Tvorí základ pre periodicitu meraní.
Kondenzátor C5, odpor R4 a dióda D1 tvoria časovacie zariadenie.
Na katóde D1 sa každých 0,5 sekundy pozorujú krátke pozitívne impulzy, ktoré sú výsledkom rýchleho nabíjania C5 až R4 počas stúpajúcich hrán signálov generovaných multivibrátorom.
Príkaz ultrazvukového signálu
Hradla NOR I a II IC1 sú konfigurované ako monostabilný klopný obvod. Pre každý príkazový impulz je na výstupe tohto klopného obvodu pozorovaný vysoký stav, ktorého trvanie je hlavne kalibrované hodnotami R10 a C7.
V tejto prihláške je toto trvanie nastavené na 150 mikrosekúnd.
Periodické vyžarovanie ultrazvuku
Brány NAND III a IV IC3 sú nakonfigurované ako príkazom riadený astabilný multivibrátor. Pokiaľ zostáva riadiaci vstup nízky, zostáva nízky aj výstup.
Ak je však na riadiacom vstupe prítomný vysoký stav, na výstupe sú pozorované impulzy pravouhlých vĺn. Úpravou nastaviteľného komponentu A1 sa perióda týchto impulzov nastaví na 25 mikrosekúnd, čo zodpovedá frekvencii 40 kHz.
Prevodník ultrazvukového vysielača, založený na piezoelektrickej technológii, je pripojený na vstupy/výstupy brány NAND III.
Na svorkách tohto prevodníka sa získavajú impulzy pravouhlých vĺn s frekvenciou 40 kHz, ale s amplitúdou (t. j. rozdielom medzi maximom a minimom) 18 V, čo zvyšuje intenzitu prenosu ultrazvuku.
