Développement d'un télémètre numérique à ultrasons
Les ondes ultrasoniques se propagent à différentes vitesses dans les gaz, les liquides et les solides. Ils ont une bonne directivité, une énergie concentrée, une faible atténuation pendant la transmission et de fortes capacités de réflexion. Les ondes ultrasoniques peuvent se propager de manière directionnelle à une certaine vitesse et former des réflexions lorsqu’elles rencontrent des obstacles. En utilisant cette caractéristique, la distance réelle peut être calculée en mesurant le temps nécessaire au retour des ondes ultrasonores, obtenant ainsi une mesure sans contact de la distance de l'objet. La télémétrie par ultrasons est rapide, pratique et n'est pas affectée par des facteurs tels que la lumière. Il est largement utilisé dans la mesure du niveau hydrologique, la mesure des chantiers de construction, la surveillance de l'emplacement sur site, la détection des obstacles en marche arrière des véhicules, la détection et le positionnement de l'entrée des machines mobiles et d'autres domaines. Le télémètre numérique à ultrasons conçu dans cet article compte les impulsions d'horloge d'une fréquence spécifique entrée dans le compteur pendant le temps aller-retour ultrasonique, puis affiche la distance de mesure correspondante.
Composition du circuit du télémètre à ultrasons et principe de fonctionnement
Le télémètre à ultrasons est composé d'un circuit de génération d'ultrasons, d'un circuit amplificateur de réception d'ultrasons et d'un circuit de comptage et d'affichage.
Circuit générateur d'ultrasons
Le double temporisateur EN556 (U2b) forme un déclencheur monostable. R6 et C6 forment un circuit différentiel, et sa fonction est la suivante : lorsque le bouton S2 est enfoncé, le niveau bas devient une impulsion de crête positive et négative, et une impulsion de crête négative est obtenue via VD1, déclenchant le basculement du déclencheur monostable. Le niveau élevé de la sortie flip monostable dure environ 1 ms, soit tw≈1,1R5C5≈1 ms. EN556 (U2n) forme un multivibrateur avec une fréquence d'oscillation f1=1/T1≈1/{0.7[(R1+R2)+2(R{{22 }}R4)]C3≈40kHz. L'oscillation de l'oscillateur est contrôlée par le niveau de sortie de la bascule monostable. Lorsque le déclencheur monostable produit un niveau élevé, le multivibrateur oscille et la broche 5 de l'EN556 émet environ 40 impulsions rectangulaires avec une fréquence de 40 kHz et un rapport cyclique d'environ 50 %. Étant donné que le multivibrateur est instable au démarrage, il est conçu pour émettre un plus grand nombre de m impulsions. Si le nombre d'impulsions de sortie est trop faible, l'intensité de l'émission sera faible et la distance de mesure sera courte. Sonde de capteur d'humidité, tube de chauffage électrique en acier inoxydable, capteur PT100, chauffage en fonte d'aluminium, électrovanne de fluide de serpentin de chauffage. Cependant, le nombre d'impulsions est trop important et la durée d'émission est longue. Lorsque la distance jusqu'à l'objet mesuré est proche, le train d'impulsions n'a pas été complètement transmis, ce qui fait que l'écho généré par l'impulsion transmise en premier atteindra l'extrémité de réception, affectant les résultats de télémétrie et provoquant une augmentation de la zone aveugle de télémétrie. U1a ~ U1e de 74HC04 (U1) forment un circuit de commande d'impulsions ultrasoniques, qui peut augmenter l'amplitude de la tension d'impulsion qui entraîne le capteur d'envoi ultrasonique, effectuer efficacement une conversion électrique/acoustique, améliorer la capacité de transmettre des ondes ultrasoniques et augmenter la mesure distance. Un chemin du train d'impulsions de 40 kHz est inversé via U1a, puis inversé via l'onduleur connecté en parallèle entre U1b et U1e ; l'autre chemin est inversé via l'onduleur connecté en parallèle entre U1c et U1d.
