Il circuito può essere utilizzato anche per misurare le distanze tra due superfici o pareti.
Lavoro di base
Gli ultrasuoni fanno parte della gamma di suoni non udibili dall'orecchio umano a causa della loro frequenza, che è superiore a 25 kHz. Tuttavia, sono effettivamente onde sonore le cui variazioni di compressione si propagano da un mezzo all'altro alla stessa velocità del suono udibile.
Va notato che questa velocità è di 330 m/s a circa 20 gradi Celsius. La distanza tra due massimi di pressione consecutivi è chiamata lunghezza d'onda e dipende principalmente dalla frequenza degli ultrasuoni.
Nella presente domanda, la frequenza è di 40 kHz, corrispondente ad un periodo di 25 microsecondi. Di conseguenza, la lunghezza d'onda (λ) è data dalla formula λ = V × T, che è di circa 8,25 mm a 20°C.
Simile al suono, gli ultrasuoni si riflettono sugli ostacoli. Misurando accuratamente il tempo impiegato da un segnale ultrasonico per viaggiare avanti e indietro (sotto forma di eco) tra un punto e un ostacolo, è facile determinare la distanza (d) tra la sorgente e l'ostacolo.
In questo caso, se dt rappresenta il tempo misurato, la relazione può essere scritta come 2d = V × dt, da cui si può derivare il valore di d. È questa proprietà degli ultrasuoni che viene sfruttata nel circuito del metro elettronico descritto in questo articolo.
Schemi elettrici
Principio operativo
Un dispositivo è costituito da un trasmettitore e un ricevitore ad ultrasuoni, a forma di capsula, affiancati e rivolti verso il basso.
Si trovano su un piano separato dal suolo da una distanza di 2 metri. Le onde ultrasoniche vengono riflesse dal cranio dell'individuo, di cui vogliamo misurare le dimensioni.
Questi segnali vengono emessi periodicamente.
Un dispositivo di temporizzazione misura il tempo, e quindi la distanza, tra il piano di posizione dei trasduttori ultrasonici e il cranio dell'individuo.
Questa distanza, determinata dal conteggio del tempo proporzionale, viene sottratta da 2 metri.
Ad esempio, se questa distanza è di 17 cm, l'individuo ha un'altezza di 1,83 m.
L'indicatore di altezza è direttamente leggibile attraverso tre display a 7 segmenti posti davanti agli occhi, in un secondo involucro.
Alimentazione elettrica
L'energia viene prelevata dalla rete 220V tramite un trasformatore azionato dall'interruttore I.
Sul lato secondario si ottiene un potenziale alternato di 12V, che viene rettificato da un ponte a diodi. Il condensatore C1 esegue il filtraggio iniziale.
All'uscita di un regolatore 7809 si ottiene un potenziale costante di 9 V e il condensatore C2 fornisce un filtraggio aggiuntivo.
Il condensatore C3 accoppia l'alimentazione al resto del circuito.
Tempo base
Le porte NOR lll e IV di IC1 formano un multivibratore astabile.
Tale circuito genera impulsi ad onda quadra sulla sua uscita, con il periodo determinato principalmente dai valori di R2 e C4.
Nel presente caso, questo periodo è di circa 0,5 secondi.
Costituisce la base per la periodicità delle misurazioni.
Il condensatore C5, il resistore R4 e il diodo D1 costituiscono un dispositivo di temporizzazione.
Sul catodo di D1 si osservano brevi impulsi positivi ogni 0,5 secondi, risultanti dalla rapida carica di C5 attraverso R4 durante i fronti di salita dei segnali generati dal multivibratore.
Comando del segnale ultrasonico
Le porte NOR I e II di IC1 sono configurate come un flip-flop monostabile. Ad ogni impulso di comando si osserva uno stato alto all'uscita di questo flip-flop, la cui durata è principalmente calibrata dai valori di R10 e C7.
Nella presente applicazione, questa durata è impostata a 150 microsecondi.
Emissione periodica di ultrasuoni
Le porte NAND III e IV di IC3 sono configurate come un multivibratore astabile comandato. Finché l'ingresso di controllo rimane basso, anche l'uscita rimane bassa.
Tuttavia, se all'ingresso di controllo viene presentato uno stato alto, all'uscita si osservano impulsi ad onda quadra. Regolando la componente regolabile A1, il periodo di questi impulsi viene impostato a 25 microsecondi, che corrisponde a una frequenza di 40 kHz.
Il trasduttore trasmettitore ad ultrasuoni, basato su tecnologia piezoelettrica, è collegato agli ingressi/uscite della porta NAND III.
Ai terminali di questo trasduttore si ottengono impulsi ad onda quadra di frequenza 40 kHz, ma con un'ampiezza (cioè la differenza tra massimo e minimo) di 18V, che aumenta l'intensità della trasmissione ultrasonica.
