El circuit també es pot utilitzar per mesurar distàncies entre dues superfícies o parets.
Treball bàsic
Els ultrasons formen part de la gamma de sons que són inaudibles per l'oïda humana per la seva freqüència, que és superior a 25 kHz. No obstant això, són realment ones sonores les variacions de compressió de les quals es propaguen d'un mitjà a un altre a la mateixa velocitat que el so audible.
Cal tenir en compte que aquesta velocitat és de 330 m/s a uns 20 graus centígrads. La distància entre dos màxims de pressió consecutius s'anomena longitud d'ona i depèn principalment de la freqüència dels ultrasons.
En la present aplicació, la freqüència és de 40 kHz, que correspon a un període de 25 microsegons. Com a resultat, la longitud d'ona (λ) ve donada per la fórmula λ = V × T, que és d'aproximadament 8,25 mm a 20 °C.
De manera semblant al so, els ultrasons reflecteixen els obstacles. En mesurar amb precisió el temps que triga un senyal ultrasònic a viatjar d'anada i tornada (en forma d'eco) entre un punt i un obstacle, és fàcil determinar la distància (d) entre la font i l'obstacle.
En aquest cas, si dt representa el temps mesurat, la relació es pot escriure com 2d = V × dt, a partir de la qual es pot derivar el valor de d. Aquesta propietat dels ultrasons és la que s'aprofita en el circuit de cinta mètrica electrònica descrit en aquest article.
Esquemes de circuits
Principi de funcionament
Un dispositiu consisteix en un transmissor i receptor d'ultrasons, en forma de càpsula, col·locats un al costat de l'altre i mirant cap avall.
Estan situats en un pla separat del terra per una distància de 2 metres. Les ones d'ultrasò es reflecteixen al crani de l'individu, la mida del qual volem mesurar.
Aquests senyals s'emeten periòdicament.
Un dispositiu de cronometratge mesura el temps, i per tant la distància, entre el pla de posició dels transductors ultrasònics i el crani de l'individu.
Aquesta distància, determinada pel recompte de temps proporcional, es resta de 2 metres.
Per exemple, si aquesta distància és de 17 cm, l'individu té una alçada d'1,83 m.
L'indicador d'alçada es pot llegir directament a través de tres pantalles de 7 segments col·locades davant dels ulls, en un segon recinte.
Font d'alimentació
L'energia s'obté de la xarxa de 220 V mitjançant un transformador activat per l'interruptor I.
Al costat secundari s'obté un potencial altern de 12V, que es rectifica mitjançant un pont de díodes. El condensador C1 realitza el filtrat inicial.
A la sortida d'un regulador 7809, s'obté un potencial constant de 9V i el condensador C2 proporciona un filtratge addicional.
El condensador C3 acobla la font d'alimentació a la resta del circuit.
Base de temps
Les portes NOR lll i IV de IC1 formen un multivibrador astable.
Aquest circuit genera polsos d'ona quadrada a la seva sortida, amb el període determinat principalment pels valors de R2 i C4.
En el cas present, aquest període és d'aproximadament 0,5 segons.
Constitueix la base per a la periodicitat de les mesures.
El condensador C5, la resistència R4 i el díode D1 constitueixen un dispositiu de temporització.
Al càtode de D1, s'observen breus polsos positius cada 0,5 segons, derivats de la càrrega ràpida de C5 a R4 durant les vores ascendents dels senyals generats pel multivibrador.
Comandament del senyal ultrasònic
Les portes NOR I i II d'IC1 es configuren com un flip-flop monoestable. Per a cada pols d'ordre, s'observa un estat alt a la sortida d'aquest flip-flop, la durada del qual es calibra principalment pels valors de R10 i C7.
En la present aplicació, aquesta durada s'estableix en 150 microsegons.
Emissió periòdica d'ultrasons
Les portes NAND III i IV d'IC3 es configuren com un multivibrador astable impulsat per comandaments. Mentre l'entrada de control es mantingui baixa, la sortida també es manté baixa.
Tanmateix, si es presenta un estat alt a l'entrada de control, s'observen polsos d'ona quadrada a la sortida. Ajustant el component ajustable A1, el període d'aquests polsos s'estableix en 25 microsegons, que correspon a una freqüència de 40 kHz.
El transductor d'ultrasons, basat en tecnologia piezoelèctrica, està connectat a les entrades/sortides de la porta NAND III.
Als terminals d'aquest transductor s'obtenen polsos d'ona quadrada de 40 kHz de freqüència, però amb una amplitud (és a dir, la diferència entre el màxim i el mínim) de 18V, que augmenta la intensitat de la transmissió ultrasònica.
