O circuito também pode ser usado para medir distâncias entre duas superfícies ou paredes.
Trabalho Básico
Os ultrassons fazem parte da gama de sons inaudíveis ao ouvido humano devido à sua frequência, que é superior a 25 kHz. No entanto, são de fato ondas sonoras cujas variações de compressão se propagam de um meio para outro na mesma velocidade do som audível.
Deve-se notar que esta velocidade é de 330 m/s a cerca de 20 graus Celsius. A distância entre dois máximos de pressão consecutivos é chamada de comprimento de onda e depende principalmente da frequência dos ultrassons.
No presente pedido, a frequência é de 40 kHz, correspondendo a um período de 25 microssegundos. Como resultado, o comprimento de onda (λ) é dado pela fórmula λ = V × T, que é aproximadamente 8,25 mm a 20°C.
Semelhante ao som, os ultrassons refletem os obstáculos. Ao medir com precisão o tempo que leva para um sinal ultrassônico viajar para frente e para trás (na forma de um eco) entre um ponto e um obstáculo, é fácil determinar a distância (d) entre a fonte e o obstáculo.
Neste caso, se dt representa o tempo medido, a relação pode ser escrita como 2d = V × dt, a partir da qual o valor de d pode ser derivado. É essa propriedade dos ultrassons que é explorada no circuito da fita métrica eletrônica descrito neste artigo.
Diagramas de circuito
Princípio de Funcionamento
Um dispositivo consiste em um transmissor ultrassônico e um receptor, em forma de cápsula, colocados lado a lado e voltados para baixo.
Eles estão localizados em um plano separado do solo por uma distância de 2 metros. As ondas de ultrassom são refletidas no crânio do indivíduo, cujo tamanho queremos medir.
Esses sinais são emitidos periodicamente.
Um dispositivo de cronometragem mede o tempo e, portanto, a distância entre o plano de posição dos transdutores ultrassônicos e o crânio do indivíduo.
Esta distância, determinada pela contagem proporcional do tempo, é subtraída de 2 metros.
Por exemplo, se esta distância for de 17cm, o indivíduo tem 1,83m de altura.
O indicador de altura é legível diretamente através de três displays de 7 segmentos colocados na frente dos olhos, em um segundo gabinete.
Fonte de energia
A energia é retirada da rede elétrica de 220 V através de um transformador acionado pela chave I.
No lado secundário, obtém-se um potencial alternado de 12V, que é retificado por uma ponte de diodos. O capacitor C1 realiza a filtragem inicial.
Na saída do regulador 7809, é obtido um potencial constante de 9V e o capacitor C2 fornece filtragem adicional.
O capacitor C3 acopla a fonte de alimentação ao resto do circuito.
Base de tempo
As portas NOR lll e IV do IC1 formam um multivibrador astável.
Tal circuito gera pulsos de onda quadrada em sua saída, com o período determinado principalmente pelos valores de R2 e C4.
No presente caso, este período é de aproximadamente 0,5 segundos.
Ele forma a base para a periodicidade das medições.
O capacitor C5, o resistor R4 e o diodo D1 constituem um dispositivo de temporização.
No cátodo de D1, breves pulsos positivos são observados a cada 0,5 segundos, resultantes do carregamento rápido de C5 a R4 durante as bordas de subida dos sinais gerados pelo multivibrador.
Comando do sinal ultrassônico
As portas NOR I e II do IC1 são configuradas como um flip-flop monoestável. Para cada pulso de comando, um estado alto é observado na saída deste flip-flop, cuja duração é calibrada principalmente pelos valores de R10 e C7.
No presente pedido, esta duração é definida para 150 microssegundos.
Emissão periódica de ultrassom
As portas NAND III e IV do IC3 são configuradas como um multivibrador astável acionado por comando. Enquanto a entrada de controle permanecer baixa, a saída também permanecerá baixa.
Entretanto, se um estado alto é apresentado na entrada de controle, pulsos de onda quadrada são observados na saída. Ajustando o componente ajustável A1, o período desses pulsos é ajustado para 25 microssegundos, o que corresponde a uma frequência de 40 kHz.
O transdutor transmissor ultrassônico, baseado em tecnologia piezoelétrica, é conectado às entradas/saídas do portão NAND III.
Nos terminais deste transdutor, são obtidos pulsos de onda quadrada de frequência de 40 kHz, mas com amplitude (ou seja, a diferença entre máximo e mínimo) de 18V, o que aumenta a intensidade da transmissão ultrassônica.
