Piiriä voidaan käyttää myös kahden pinnan tai seinän välisten etäisyyksien mittaamiseen.
Perustyö
Ultraäänet ovat osa äänialuetta, jota ihmiskorva ei kuule niiden taajuuden vuoksi, joka on yli 25 kHz. Ne ovat kuitenkin todellakin ääniaaltoja, joiden puristusvaihtelut etenevät väliaineesta toiseen samalla nopeudella kuin kuultava ääni.
On huomattava, että tämä nopeus on 330 m/s noin 20 celsiusasteessa. Kahden peräkkäisen painemaksimin välistä etäisyyttä kutsutaan aallonpituudeksi, ja se riippuu ensisijaisesti ultraäänien taajuudesta.
Esillä olevassa hakemuksessa taajuus on 40 kHz, mikä vastaa 25 mikrosekunnin jaksoa. Tämän seurauksena aallonpituus (λ) saadaan kaavasta λ = V × T, joka on noin 8,25 mm 20 °C:ssa.
Äänen tavoin ultraäänet heijastavat esteitä. Mittaamalla tarkasti aika, joka kuluu ultraäänisignaalin kulkemiseen edestakaisin (kaiun muodossa) pisteen ja esteen välillä, lähteen ja esteen välinen etäisyys (d) on helppo määrittää.
Tässä tapauksessa, jos dt edustaa mitattua aikaa, suhde voidaan kirjoittaa muodossa 2d = V × dt, josta voidaan johtaa d:n arvo. Juuri tätä ultraäänen ominaisuutta hyödynnetään tässä artikkelissa kuvatussa elektronisessa mittanauhapiirissä.
Piirikaaviot
Toimintaperiaate
Laite koostuu kapselin muodossa olevasta ultraäänilähettimestä ja -vastaanottimesta, jotka on sijoitettu vierekkäin alaspäin.
Ne sijaitsevat tasossa, joka on erotettu maasta 2 metrin etäisyydellä. Ultraääniaallot heijastuvat yksilön kallosta, jonka kokoa haluamme mitata.
Näitä signaaleja lähetetään ajoittain.
Ajoituslaite mittaa aikaa ja siten etäisyyttä ultraääniantureiden sijaintitason ja henkilön kallon välillä.
Tämä suhteellisella aikalaskemalla määritetty etäisyys vähennetään 2 metristä.
Jos tämä etäisyys on esimerkiksi 17 cm, yksilön pituus on 1,83 metriä.
Korkeusosoitin on luettavissa suoraan kolmesta 7-segmenttisestä näytöstä, jotka on sijoitettu silmien eteen, toisessa kotelossa.
Virtalähde
Energia otetaan 220 V verkkovirrasta kytkimellä I aktivoitavan muuntajan kautta.
Toisiopuolella saadaan 12V vaihtojännite, joka tasasuuntautuu diodisillalla. Kondensaattori C1 suorittaa alkusuodatuksen.
7809-säätimen lähdössä saadaan vakio 9V potentiaali, ja kondensaattori C2 tarjoaa lisäsuodatuksen.
Kondensaattori C3 kytkee virtalähteen muuhun piiriin.
Aikapohja
IC1:n NOR-portit lll ja IV muodostavat vakaan multivibraattorin.
Tällainen piiri generoi ulostulokseen neliöaaltopulsseja, joiden jakson määräävät ensisijaisesti R2- ja C4-arvot.
Tässä tapauksessa tämä ajanjakso on noin 0,5 sekuntia.
Se muodostaa perustan mittausten jaksollisuudelle.
Kondensaattori C5, vastus R4 ja diodi D1 muodostavat ajastuslaitteen.
D1:n katodilla havaitaan lyhyitä positiivisia pulsseja 0,5 sekunnin välein, jotka johtuvat C5:n ja R4:n nopeasta latautumisesta multivibraattorin tuottamien signaalien nousevien reunojen aikana.
Ultraäänisignaalin komento
IC1:n NOR-portit I ja II on konfiguroitu monostabiiliksi flip-flopiksi. Jokaisen komentopulssin kohdalla havaitaan korkea tila tämän kiikun lähdössä, jonka kesto on pääasiassa kalibroitu R10- ja C7-arvoilla.
Esillä olevassa hakemuksessa tämä kesto on asetettu 150 mikrosekuntiin.
Säännöllinen ultraäänisäteily
IC3:n NAND-portit III ja IV on konfiguroitu komentoohjatuksi vakaaksi multivibraattoriksi. Niin kauan kuin ohjaustulo pysyy alhaisena, myös lähtö pysyy alhaisena.
Jos ohjaustulossa on kuitenkin korkea tila, lähdössä havaitaan neliöaaltopulsseja. Säätämällä säädettävää komponenttia A1 näiden pulssien jaksoksi asetetaan 25 mikrosekuntia, mikä vastaa 40 kHz:n taajuutta.
Pietsosähköiseen tekniikkaan perustuva ultraäänilähetinanturi on kytketty NAND-portin III tuloihin/lähtöihin.
Tämän anturin liittimissä saadaan neliöaaltopulsseja, joiden taajuus on 40 kHz, mutta joiden amplitudi (eli maksimin ja minimin välinen ero) on 18 V, mikä lisää ultraäänilähetyksen intensiteettiä.
