Máy đo khoảng cách siêu âm kỹ thuật số được phát triển
1. Giới thiệu
Sóng siêu âm lan truyền ở các tốc độ khác nhau trong chất khí, chất lỏng và chất rắn, có tính định hướng tốt, năng lượng tập trung, độ suy giảm tối thiểu trong quá trình truyền và khả năng phản xạ mạnh. Sóng siêu âm có thể lan truyền với tốc độ nhất định và tạo thành phản xạ khi gặp chướng ngại vật. Bằng cách sử dụng đặc tính này, khoảng cách thực tế có thể được tính bằng cách đo thời gian để sóng siêu âm truyền qua lại, do đó đạt được phép đo khoảng cách không tiếp xúc của các vật thể. Phạm vi siêu âm nhanh chóng, thuận tiện và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như ánh sáng. Nó được sử dụng rộng rãi trong đo mức chất lỏng thủy văn, đo đạc công trường, giám sát vị trí tại chỗ, phát hiện chướng ngại vật ngược xe, phát hiện và định vị máy di động và các lĩnh vực khác. Máy đo khoảng cách siêu âm kỹ thuật số được thiết kế trong bài viết này đếm xung đồng hồ đầu vào theo tần số cụ thể của bộ đếm trong thời gian khứ hồi siêu âm và hiển thị khoảng cách đo tương ứng.
2. Cấu tạo mạch và nguyên lý làm việc của máy đo xa siêu âm
Máy đo xa siêu âm bao gồm mạch tạo siêu âm, mạch khuếch đại thu siêu âm, mạch đếm và hiển thị.
2.1 Mạch tạo siêu âm
Mạch tạo siêu âm. Bộ hẹn giờ kép EN556 (U2b) tạo thành bộ kích hoạt đơn ổn định. R6 và C6 tạo thành một mạch vi sai, có chức năng như sau: khi nhấn nút S2, mức thấp sẽ trở thành xung tăng đột biến dương và âm, đi qua VD1 để thu được xung tăng đột biến âm, kích hoạt lật cò đơn ổn định. Thời lượng ở mức cao của đầu ra lật ổn định đơn là khoảng 1ms, tức là tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1ms. EN556 (U2n) tạo thành một bộ dao động đa sóng hài với tần số dao động là f1=1/T1 ≈ 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 ≈ 40kHz. Dao động của bộ dao động được điều khiển bởi mức đầu ra của bộ kích hoạt đơn ổn. Khi bộ kích hoạt đơn ổn tạo ra mức cao, bộ dao động đa hài sẽ dao động, Chân 5 của EN556 tạo ra khoảng 40 xung hình chữ nhật có tần số 40kHz và chu kỳ nhiệm vụ khoảng 50%. Xem xét tính không ổn định của giai đoạn bắt đầu của bộ dao động đa sóng hài, số lượng xung đầu ra lớn hơn được thiết kế. Nếu số xung đầu ra quá nhỏ thì cường độ phát xạ thấp và khoảng cách đo ngắn. Đầu dò cảm biến độ ẩm, cảm biến PT100 ống sưởi điện bằng thép không gỉ, lò sưởi bằng nhôm đúc, van điện từ chất lỏng cuộn dây sưởi ấm, nhưng số xung quá cao và thời gian phát xạ dài. Khi khoảng cách đến đối tượng đo gần, chuỗi xung chưa được phát ra hết, điều này khiến tiếng vang do xung phát ra đầu tiên tạo ra sẽ truyền đến đầu thu, ảnh hưởng đến kết quả đo khoảng cách và làm tăng điểm mù của khoảng cách. U1a~U1e của 74HC04 (U1) tạo thành mạch điều khiển xung siêu âm, có thể tăng biên độ điện áp xung của cảm biến siêu âm điều khiển, thực hiện chuyển đổi điện/âm thanh một cách hiệu quả, nâng cao khả năng phát ra sóng siêu âm và tăng khoảng cách đo. Chuỗi xung 40kHz được đảo ngược qua U1a, sau đó được đảo ngược qua các bộ biến tần song song U1b và U1e; Cách khác là thông qua pha ngược của bộ biến tần song song U1c và U1d ở phía Nam.
