ניתן להשתמש במעגל גם למדידת מרחקים בין שני משטחים או קירות.
עבודה בסיסית
אולטרסאונד הוא חלק ממגוון הצלילים שאינם נשמעים לאוזן האנושית בשל התדר שלהם, הגבוה מ-25 קילו-הרץ. עם זאת, הם אכן גלי קול שהווריאציות שלהם בדחיסה מתפשטות ממדיום אחד למשנהו באותה מהירות כמו צליל נשמע.
יש לציין שמהירות זו היא 330 מ'ש בסביבות 20 מעלות צלזיוס. המרחק בין שני מקסימום לחץ עוקבים נקרא אורך הגל, והוא תלוי בעיקר בתדירות האולטרסאונד.
ביישום הנוכחי, התדר הוא 40 קילו-הרץ, המתאים לפרק זמן של 25 מיקרו-שניות. כתוצאה מכך, אורך הגל (λ) ניתן על ידי הנוסחה λ = V × T, שהיא כ-8.25 מ'מ ב-20 מעלות צלזיוס.
בדומה לקול, אולטרסאונד משקף מכשולים. על ידי מדידה מדויקת של הזמן שלוקח לאות קולי לעבור הלוך ושוב (בצורת הד) בין נקודה למכשול, קל לקבוע את המרחק (ד) בין המקור למכשול.
במקרה זה, אם dt מייצג את הזמן הנמדד, ניתן לכתוב את הקשר כ-2d = V × dt, שממנו ניתן לגזור את הערך של d. תכונה זו של אולטרסאונד היא שמנוצלת במעגל סרט המדידה האלקטרוני המתואר במאמר זה.
דיאגרמות מעגלים
עקרון הפעלה
מכשיר מורכב ממשדר ומקלט קולי, בצורת קפסולה, המונחים זה לצד זה ופונים כלפי מטה.
הם ממוקמים במישור המופרד מהקרקע במרחק של 2 מטרים. גלי אולטרסאונד משתקפים מהגולגולת של האדם, שאת גודלה אנו רוצים למדוד.
אותות אלה נפלטים מעת לעת.
מכשיר תזמון מודד את הזמן, ובכך את המרחק, בין מישור המיקום של המתמרים האולטראסוניים לגולגולת הפרט.
מרחק זה, שנקבע על ידי ספירת זמן פרופורציונלית, מופחת מ-2 מטרים.
לדוגמה, אם המרחק הזה הוא 17 ס'מ, לאדם יש גובה של 1.83 מ'.
מחוון הגובה ניתן לקריאה ישירה דרך שלוש צגים בני 7 מקטעים הממוקמים מול העיניים, במארז שני.
ספק כוח
האנרגיה נמשכת מרשת 220V דרך שנאי המופעל על ידי מתג I.
בצד המשני מתקבל פוטנציאל לסירוגין של 12V, המתוקן על ידי גשר דיודה. הקבל C1 מבצע סינון ראשוני.
ביציאה של וסת 7809 מתקבל פוטנציאל קבוע של 9V, והקבל C2 מספק סינון נוסף.
הקבל C3 מצמיד את ספק הכוח לשאר המעגל.
בסיס זמן
שערי NOR lll ו-IV של IC1 יוצרים מולטיוויברטור אסטטי.
מעגל כזה יוצר פולסים של גל ריבועי על הפלט שלו, כאשר התקופה נקבעת בעיקר על ידי הערכים של R2 ו-C4.
במקרה הנוכחי, פרק זמן זה הוא כ-0.5 שניות.
הוא מהווה את הבסיס למחזוריות של המדידות.
הקבל C5, הנגד R4 והדיודה D1 מהווים התקן תזמון.
על הקתודה של D1, פולסים חיוביים קצרים נצפים כל 0.5 שניות, הנובעים מהטעינה המהירה של C5 עד R4 במהלך הקצוות העולים של האותות שנוצרו על ידי המולטיברטור.
פיקוד האות האולטראסוני
שערי NOR I ו-II של IC1 מוגדרים ככפכף מונו-יציב. עבור כל פולס פקודה, נצפה מצב גבוה במוצא הכפכף הזה, שמשך הזמן שלו מכויל בעיקר לפי הערכים של R10 ו-C7.
ביישום הנוכחי, משך זמן זה מוגדר ל-150 מיקרו-שניות.
פליטה תקופתית של אולטרסאונד
שערי ה-NAND III ו-IV של IC3 מוגדרים כמולטיוויברטור אסטטי מונע פקודה. כל עוד קלט הבקרה נשאר נמוך, הפלט נשאר נמוך גם כן.
עם זאת, אם מוצג מצב גבוה בכניסת הבקרה, נצפים פולסים של גל ריבוע במוצא. על ידי התאמת הרכיב המתכוונן A1, משך הפולסים הללו מוגדר ל-25 מיקרו-שניות, המתאים לתדר של 40 קילו-הרץ.
מתמר המשדר האולטראסוני, המבוסס על טכנולוגיה פיזואלקטרית, מחובר לכניסות/יציאות של שער NAND III.
במסופים של מתמר זה מתקבלים פולסים של גל ריבוע בתדר 40 קילו-הרץ, אך עם משרעת (כלומר, ההבדל בין מקסימום למינימום) של 18V, מה שמגביר את עוצמת השידור האולטראסוני.
