Zaloguj się
Wszystkie
29 kwietnia 2025
221
Do realizacji ultradźwiękowego pomiaru odległości wystarczą generator i odbiornik ultradźwięków podłączone do wzmacniacza operacyjnego oraz mikrokontrolera z przynajmniej czterema dostępnymi wyprowadzeniami I/O mającego przy tym wbudowany komparator analogowy.
Zasada działania
Zasada działania dalmierza ultradźwiękowego jest łatwa do zrozumienia. Do jego zbudowania jest potrzebny generator przebiegu o częstotliwości 40 kHz, który umożliwia emitowanie impulsów lub fal ciągłych. Generator ten sterujemy mikrokontrolerem z użyciem fali prostokątnej, trwającej od jednego do kilku okresów fali ultradźwiękowej. Tak wytworzony impuls trafia na obiekt o gęstości większej niż gęstość powietrza i częściowo odbija się wracając do urządzenia pomiarowego. Gdy dotrze do odbiornika, staje się możliwe zmierzenie czasu pomiędzy emisją impulsu, a jego odbiorem, co po uwzględnieniu szybkości poruszania się fali dźwiękowej w powietrzu, pozwala na obliczenie odległości od interesującego nas obiektu.
Pomiarów ultradźwiękowych można dokonywać nie tylko w powietrzu, ale też w innych ośrodkach. Im ośrodek gęstszy, tym szybciej propagują fale dźwiękowe. W przypadku powietrza, a więc w najbardziej typowych zastosowaniach, prędkość propagacji zależy w praktyce od temperatury, wilgotności i wysokości, na której dokonywany jest pomiar, a więc od czynników, które wpływają na gęstość ośrodka. Dla uproszczenia przyjmuje się, że w temperaturze pokojowej, szybkość propagacji fali dźwiękowej jest stała i wynosi 343 m/s. To właśnie tę wartość zaleca się używać w dalmierzach ultradźwiękowych o zasięgu do kilku metrów.
Rodzaj powierzchni, od której odbija się fala nie ma wielkiego znaczenia. Przy częstotliwości 40 kHz niemal wszelkie ciała stałe dobrze odbijają fale, a jedynym problemem może być ich pochylenie. Jeśli jest ono zbyt duże, tylko niewielka część emitowanego sygnału dotrze do odbiornika, co może utrudnić pomiar. Idealne odbicie następuje, gdy fala pada prostopadle do powierzchni, od której ma nastąpić odbicie.
Przetwornik ultradźwiękowy pracuje podobnie do buzzera piezoelektrycznego, tylko, że na wyższej, częstotliwości niesłyszalnej dla człowieka. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez element piezoelektryczny, ugina go, a po wstrzymaniu przepływu prądu – piezoelektryk powraca do pierwotnego kształtu. Podanie sygnału prostokątnego o częstotliwości 40 kHz powoduje wibracje, skutkujące wyemitowaniem fali ultradźwiękowej o tej samej częstotliwości. Odbiornik ultradźwiękowy działa podobnie, ale odwrotnie, generując niewielkie napięcie przemienne na podstawie nadchodzącej fali.
Nadajnik może być zintegrowany z odbiornikiem. Ponadto, w handlu dostępne są modele uszczelnione, których można używać np. w wodzie. Wymagają one silniejszego sygnału do wysterowania, więc na potrzeby tego przykładu skoncentrujemy się na aplikacji ze standardowymi, oddzielnymi piezoelektrycznymi nadajnikami i odbiornikami.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
