अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर का तंत्र

सूचना प्रसारित करने के माध्यम के रूप में, अल्ट्रासोनिक अपने प्रत्यक्ष और परावर्तक गुणों और इसकी विशेषताओं के कारण दोष का पता लगाने, रेंजिंग और गति माप जैसे विभिन्न क्षेत्रों में अधिक से अधिक महत्वपूर्ण है जो प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय तरंगों जैसे बाहरी कारकों से आसानी से प्रभावित नहीं होते हैं। अल्ट्रासोनिक तरंग एक ध्वनि तरंग है जिसकी आवृत्ति 20KHz से अधिक होती है। इसमें अच्छी दिशात्मकता, मजबूत भेदन शक्ति, केंद्रित ध्वनि ऊर्जा प्राप्त करना आसान है, जो पानी में लंबी दूरी तय करती है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग दूरी माप, गति माप, सफाई, वेल्डिंग, क्रशिंग, नसबंदी के लिए किया जा सकता है। कीटाणुशोधन, आदि चिकित्सा, सेना, उद्योग और कृषि में कई अनुप्रयोग हैं। अल्ट्रासाउंड का नाम इसकी निचली आवृत्ति सीमा के कारण रखा गया है, जो मानव श्रवण की ऊपरी सीमा के लगभग बराबर है।

अल्ट्रासोनिक डिटेक्शन सर्किट में, आउटपुट पल्स ट्रांसमिटिंग सिरे पर वर्गाकार तरंगों की एक श्रृंखला होती है। वर्गाकार तरंगों की इस श्रृंखला की चौड़ाई अल्ट्रासोनिक तरंगों को प्रसारित करने और अल्ट्रासोनिक तरंगों को प्राप्त करने के बीच का समय अंतराल है। जाहिर है, मापने वाली वस्तुओं के बीच की दूरी जितनी अधिक होगी, पल्स की चौड़ाई और आउटपुट पल्स उतनी ही अधिक होगी। संख्या माप दूरी के समानुपाती होती है। अल्ट्रासोनिक रेंजिंग ट्रांसड्यूसर में आम तौर पर निम्नलिखित विधियाँ होती हैं:

(1) आउटपुट पल्स का औसत वोल्टेज लेते हुए, वोल्टेज (वोल्टेज का आयाम मूल रूप से तय होता है) दूरी के समानुपाती होता है, और मापने वाले वोल्टेज को मापा जा सकता है;

(2) आउटपुट पल्स की चौड़ाई को मापना, यानी ट्रांसमिटिंग अल्ट्रासोनिक तरंग और प्राप्त अल्ट्रासोनिक तरंग के बीच का समय अंतराल टी। इसलिए, मापने की दूरी S = 1/2 vt है।

अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर एक निश्चित दिशा में अल्ट्रासोनिक तरंगों को प्रसारित करते हैं, और उसी समय ट्रांसमिशन समय शुरू होता है। जब अल्ट्रासोनिक तरंगें हवा में फैलती हैं, तो वे तुरंत बाधाओं पर लौट आएंगी, और अल्ट्रासोनिक रिसीवर परावर्तित तरंगों को प्राप्त करने पर तुरंत समय बंद कर देंगे। हवा में अल्ट्रासोनिक तरंग की प्रसार गति V है, और प्रेषित और प्राप्त प्रतिध्वनि को मापने के लिए टाइमर द्वारा मापे गए समय के अंतर के अनुसार, बाधा से उत्सर्जन बिंदु की दूरी S की गणना की जा सकती है, अर्थात: S = V·Δt / 2, यह समय अंतर लेकर विधि है। चूंकि अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर भी एक प्रकार की ध्वनि तरंगें हैं, इसलिए उनकी ध्वनि की गति तापमान से संबंधित होती है, और कई अलग-अलग तापमानों पर ध्वनि की गति सूचीबद्ध होती है। उपयोग में, यदि तापमान में अधिक परिवर्तन नहीं होता है, तो ध्वनि की गति को काफी हद तक स्थिर माना जा सकता है। सामान्य तापमान पर अल्ट्रासोनिक तरंग की प्रसार गति 334 मीटर/सेकेंड होती है, लेकिन इसका प्रसार वेग V तापमान, आर्द्रता और हवा में दबाव जैसे कारकों से आसानी से प्रभावित होता है, जो तापमान से बहुत प्रभावित होते हैं। तापमान में प्रत्येक 1°C वृद्धि पर ध्वनि की गति 0.6 m/s बढ़ जाती है। यदि रेंजिंग की सटीकता बहुत अधिक है, तो इसे तापमान क्षतिपूर्ति की विधि द्वारा ठीक किया जाना चाहिए। जब परिवेश का तापमान T ज्ञात होता है, तो अल्ट्रासोनिक प्रसार वेग V की गणना करने का सूत्र है:V = 331.45 + 0.607T

ध्वनि की गति निर्धारित होने के बाद, अल्ट्रासोनिक राउंड ट्रिप के समय को मापकर दूरी प्राप्त की जा सकती है। यह अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर का तंत्र है।

1. रेंजिंग को ट्रिगर करने के लिए IO पोर्ट TRIG का उपयोग करें, जो न्यूनतम 10us उच्च स्तरीय सिग्नल देता है (एक पल्स चौड़ाई 10us / एक उच्च शक्ति है, फ्लैट अवधि 10us है।

2. मॉड्यूल स्वचालित रूप से 840khz वर्ग तरंगें भेजता है ताकि स्वचालित रूप से पता लगाया जा सके कि कोई सिग्नल रिटर्न है या नहीं।

3. एक सिग्नल रिटर्न होता है, और IO पोर्ट ECHO के माध्यम से एक उच्च स्तर का आउटपुट होता है। उच्च स्तरीय अवधि ट्रांसमिशन से लेकर अल्ट्रासोनिक तरंग की वापसी तक का समय है। परीक्षण दूरी = (उच्च समय * ध्वनि गति / 2), वीसीसी जीएनडी बिजली की आपूर्ति है, टीआरआईजी नियंत्रण अंत (इनपुट) है, और ईसीएचओ रिटर्न अंत (आउटपुट) है। TRIG एक उच्च स्तरीय पल्स देता है, और SR40 अल्ट्रासोनिक तरंगें भेजना शुरू कर देता है। परावर्तित तरंग प्राप्त करते समय, ECHO एक वैध सिग्नल आउटपुट करता है। TRIG ट्रिगर की शुरुआत से ECHO की प्राप्ति तक के समय के अंतर को मापकर दूरी को परिवर्तित किया जा सकता है।

HCSR04 अल्ट्रासोनिक रेंजिंग मॉड्यूल, VCC 5V बिजली की आपूर्ति प्रदान करता है, GND ग्राउंड है, TRIG ट्रिगर कंट्रोल सिग्नल इनपुट, ECHO इको सिग्नल आउटपुट और अन्य चार इंटरफ़ेस टर्मिनल। 10us या अधिक का पल्स ट्रिगर सिग्नल प्रदान किया जाता है, और मॉड्यूल आंतरिक रूप से 40khz चक्र स्तर उत्सर्जित करेगा और गूँज का पता लगाएगा। एक बार इको सिग्नल का पता चलने के बाद, आउटपुट इको सिग्नल का पता लगाया जाता है। इको सिग्नल की पल्स चौड़ाई मापी गई दूरी के समानुपाती होती है, जिससे प्राप्त इको सिग्नल को सिग्नल संचारित करके दूरी की गणना की जा सकती है।