Mạch cũng có thể được sử dụng để đo khoảng cách giữa hai bề mặt hoặc tường.
làm việc cơ bản
Siêu âm là một phần của dải âm thanh mà tai người không nghe được do tần số của chúng cao hơn 25 kHz. Tuy nhiên, chúng thực sự là sóng âm thanh có các biến thể nén lan truyền từ môi trường này sang môi trường khác với cùng tốc độ như âm thanh nghe được.
Cần lưu ý rằng tốc độ này là 330 m/s ở khoảng 20 độ C. Khoảng cách giữa hai cực đại áp suất liên tiếp được gọi là bước sóng và nó chủ yếu phụ thuộc vào tần số siêu âm.
Trong ứng dụng hiện tại, tần số là 40 kHz, tương ứng với khoảng thời gian 25 micro giây. Kết quả là, bước sóng (λ) được cho bởi công thức λ = V × T, xấp xỉ 8,25 mm ở 20°C.
Tương tự như âm thanh, siêu âm phản xạ các chướng ngại vật. Bằng cách đo chính xác thời gian cần thiết để tín hiệu siêu âm di chuyển qua lại (dưới dạng tiếng vang) giữa một điểm và chướng ngại vật, có thể dễ dàng xác định khoảng cách (d) giữa nguồn và chướng ngại vật.
Trong trường hợp này, nếu dt đại diện cho thời gian đo được, mối quan hệ có thể được viết là 2d = V × dt, từ đó có thể suy ra giá trị của d. Đây là đặc tính của siêu âm được khai thác trong mạch băng đo điện tử được mô tả trong bài báo này.
sơ đồ mạch
Nguyên lý hoạt động
Một thiết bị bao gồm một máy phát và máy thu siêu âm, ở dạng viên nang, được đặt cạnh nhau và hướng xuống dưới.
Chúng nằm trong một mặt phẳng cách mặt đất một khoảng 2 mét. Sóng siêu âm được phản xạ khỏi hộp sọ của cá nhân, kích thước mà chúng tôi muốn đo.
Các tín hiệu này được phát ra định kỳ.
Một thiết bị đo thời gian đo thời gian, và do đó là khoảng cách, giữa mặt phẳng vị trí của đầu dò siêu âm và hộp sọ của cá nhân.
Khoảng cách này, được xác định bằng cách đếm thời gian theo tỷ lệ, được trừ đi 2 mét.
Ví dụ khoảng cách này là 17cm thì cá nhân có chiều cao 1,83m.
Chỉ báo chiều cao có thể đọc trực tiếp thông qua ba màn hình 7 đoạn được đặt trước mắt, trong vỏ bọc thứ hai.
Nguồn cấp
Năng lượng được lấy từ nguồn điện 220V thông qua một máy biến áp được kích hoạt bởi công tắc I.
Ở phía thứ cấp, thu được điện thế xoay chiều 12V, điện thế này được chỉnh lưu bằng cầu đi-ốt. Tụ điện C1 thực hiện lọc ban đầu.
Trên đầu ra của bộ điều chỉnh 7809, thu được điện thế không đổi 9V và tụ điện C2 cung cấp bộ lọc bổ sung.
Tụ điện C3 ghép nối nguồn điện cho phần còn lại của mạch.
Cơ sở thời gian
Các cổng NOR lll và IV của IC1 tạo thành một bộ đa hài không ổn định.
Một mạch như vậy tạo ra các xung sóng vuông ở đầu ra của nó, với chu kỳ chủ yếu được xác định bởi các giá trị của R2 và C4.
Trong trường hợp hiện tại, khoảng thời gian này là khoảng 0,5 giây.
Nó tạo cơ sở cho tính tuần hoàn của các phép đo.
Tụ điện C5, điện trở R4 và điốt D1 tạo thành một thiết bị định thời.
Trên cực âm của D1, các xung dương ngắn được quan sát thấy cứ sau 0,5 giây, do quá trình sạc nhanh từ C5 đến R4 trong các cạnh tăng của tín hiệu do bộ đa hài tạo ra.
Lệnh của tín hiệu siêu âm
Các cổng NOR I và II của IC1 được cấu hình như một flip-flop đơn ổn định. Đối với mỗi xung lệnh, trạng thái cao được quan sát thấy ở đầu ra của flip-flop này, thời lượng của nó chủ yếu được hiệu chỉnh bởi các giá trị của R10 và C7.
Trong ứng dụng hiện tại, thời lượng này được đặt thành 150 micro giây.
Định kỳ phát xạ siêu âm
Các cổng NAND III và IV của IC3 được cấu hình như một bộ đa hài ổn định điều khiển bằng lệnh. Miễn là đầu vào điều khiển vẫn ở mức thấp, thì đầu ra cũng ở mức thấp.
Tuy nhiên, nếu trạng thái cao xuất hiện ở đầu vào điều khiển, các xung sóng vuông sẽ xuất hiện ở đầu ra. Bằng cách điều chỉnh thành phần có thể điều chỉnh A1, chu kỳ của các xung này được đặt thành 25 micro giây, tương ứng với tần số 40 kHz.
Đầu dò của máy phát siêu âm, dựa trên công nghệ áp điện, được kết nối với đầu vào/đầu ra của cổng NAND III.
Tại các cực của đầu dò này, thu được các xung sóng vuông có tần số 40 kHz, nhưng có biên độ (nghĩa là chênh lệch giữa cực đại và cực tiểu) là 18V, giúp tăng cường độ truyền siêu âm.
