デジタル超音波距離計の開発
1. はじめに
超音波は気体、液体、固体の中で異なる速度で伝播し、指向性が良く、エネルギーが集中し、伝送中の減衰が少なく、反射能力が強い。超音波は一定の速度で方向性を持って伝播し、障害物に遭遇した後に反射を形成します。この特徴を利用して、超音波の往復時間を測定することで実際の距離から計算し、物体までの距離を非接触で測定することができます。超音波による距離測定は迅速で便利であり、光などの影響を受けないため、水位測定、建築現場の測定、現場位置監視、車両後退時の障害物検知、移動機械の検出と位置決めなどの分野で広く使用されています。本稿では、デジタル超音波距離計の設計を通じて、超音波の往復時間をカウンターに入力し、特定の周波数のクロックパルスをカウントし、対応する測定距離を表示します。
2、超音波距離計の回路構成と動作原理
超音波発生回路、超音波受信増幅回路、計数表示回路による超音波距離計。
2.1 超音波発生回路
超音波発生回路。デュアルタイマーEN556（U2b）モノステーブルトリガー。R6とC6は差動回路を構成し、その役割は次のとおりです。S2キーが押されると、低レベルが正と負のスパイクパルスに変換され、VD1の後に負のスパイクパルスが得られ、モノステーブルトリガーフリップフロップがトリガーされます。モノステーブルフリップフロップの出力ハイレベルは約1ms続きます。つまり、tw ≈ 1.1R5C5 ≈ 1msです。EN556（U2n）はポリトンネル発振器で構成され、発振周波数f 1=1 / T1 ≈ 1 / 0.7 [(R 1 + R2) + 2 (R 3 + R4)] C3 ≈ 40kHz。発振器の発振は、モノステーブルトリガー出力レベルによって制御されます。 単安定トリガーがハイレベルを出力すると、多調波発振器が発振し、EN556のピン5は、周波数40kHz、デューティサイクル約50％の約40個の矩形パルスを出力します。 多高調波発振器の起動位相の不安定性を考慮して、より多くのパルスを出力するように設計されています。 出力パルス数が少なすぎると、放射強度が小さく、測定距離が短くなります。 湿度センサープローブ、ステンレス鋼ヒーターPT100センサー、鋳造アルミニウムヒーター、加熱コイル流体ソレノイドバルブただし、パルス数が多すぎると、発射持続時間が長くなり、測定対象物との距離が比較的近いときにパルス列がまだ発射されていないため、最初に発射されたパルスによって生成されたエコーが受信端に到達し、測距結果に影響を及ぼし、測距死角が増加します。 74HC04 (U1) U1a~U1e 超音波パルス駆動回路の構成により、超音波伝送センサーの駆動パルス電圧振幅が向上し、電気/音響変換が効率的になり、超音波の発射能力が高まり、測定距離が伸びます。40kHz パルス列は U1a を介して反転され、次に U1b と U1e によって並列インバータで反転されます。反対方向には U1c と U1d によって並列インバータで反転されます。
