Le circuit peut également être utilisé pour mesurer les distances entre deux surfaces ou murs.
Travail de base
Les ultrasons font partie de la gamme des sons inaudibles pour l'oreille humaine en raison de leur fréquence supérieure à 25 kHz. Or, ce sont bien des ondes sonores dont les variations de compression se propagent d'un milieu à l'autre à la même vitesse que le son audible.
A noter que cette vitesse est de 330 m/s à environ 20 degrés Celsius. La distance entre deux maxima de pression consécutifs s'appelle la longueur d'onde et dépend principalement de la fréquence des ultrasons.
Dans la présente demande, la fréquence est de 40 kHz, correspondant à une période de 25 microsecondes. Par conséquent, la longueur d'onde (λ) est donnée par la formule λ = V × T, qui est d'environ 8,25 mm à 20°C.
Semblables au son, les ultrasons se reflètent sur les obstacles. En mesurant avec précision le temps que met un signal ultrasonore pour aller et venir (sous forme d'écho) entre un point et un obstacle, il est facile de déterminer la distance (d) entre la source et l'obstacle.
Dans ce cas, si dt représente le temps mesuré, la relation peut être écrite sous la forme 2d = V × dt, à partir de laquelle la valeur de d peut être dérivée. C'est cette propriété des ultrasons qui est exploitée dans le circuit de mètre à ruban électronique décrit dans cet article.
Schémas de circuits
Principe de fonctionnement
Un appareil est constitué d'un émetteur et d'un récepteur à ultrasons, sous forme de capsule, placés côte à côte et orientés vers le bas.
Ils sont situés dans un plan séparé du sol par une distance de 2 mètres. Les ondes ultrasonores sont réfléchies sur le crâne de l'individu, dont nous voulons mesurer la taille.
Ces signaux sont émis périodiquement.
Un dispositif de chronométrage mesure le temps, et donc la distance, entre le plan de position des transducteurs ultrasonores et le crâne de l'individu.
Cette distance, déterminée par comptage proportionnel du temps, est soustraite de 2 mètres.
Par exemple, si cette distance est de 17 cm, l'individu mesure 1,83 m.
L'indicateur de hauteur est directement lisible au travers de trois afficheurs 7 segments placés devant les yeux, dans une seconde enceinte.
Source de courant
L'énergie est puisée sur le réseau 220V par l'intermédiaire d'un transformateur activé par l'interrupteur I.
Du côté secondaire, un potentiel alternatif de 12V est obtenu, qui est redressé par un pont de diodes. Le condensateur C1 effectue un filtrage initial.
En sortie d'un régulateur 7809, on obtient un potentiel constant de 9V, et le condensateur C2 assure un filtrage supplémentaire.
Le condensateur C3 couple l'alimentation au reste du circuit.
Base de temps
Les portes NOR lll et IV de IC1 forment un multivibrateur astable.
Un tel circuit génère des impulsions d'onde carrée sur sa sortie, avec la période principalement déterminée par les valeurs de R2 et C4.
Dans le cas présent, cette période est d'environ 0,5 seconde.
Il constitue la base de la périodicité des mesures.
Le condensateur C5, la résistance R4 et la diode D1 constituent un dispositif de temporisation.
Sur la cathode de D1, de brèves impulsions positives sont observées toutes les 0,5 secondes, résultant de la charge rapide de C5 à R4 lors des fronts montants des signaux générés par le multivibrateur.
Commande du signal ultrasonore
Les portes NOR I et II de IC1 sont configurées comme une bascule monostable. Pour chaque impulsion de commande, on observe un état haut en sortie de cette bascule dont la durée est principalement calibrée par les valeurs de R10 et C7.
Dans la présente demande, cette durée est fixée à 150 microsecondes.
Émission périodique d'ultrasons
Les portes NAND III et IV de IC3 sont configurées comme un multivibrateur astable commandé par commande. Tant que l'entrée de commande reste basse, la sortie reste basse également.
Cependant, si un état haut est présenté à l'entrée de commande, des impulsions d'onde carrée sont observées à la sortie. En ajustant la composante réglable A1, la période de ces impulsions est fixée à 25 microsecondes, ce qui correspond à une fréquence de 40 kHz.
Le transducteur émetteur ultrasonore, basé sur la technologie piézoélectrique, est connecté aux entrées/sorties de la porte NAND III.
Aux bornes de ce transducteur, on obtient des impulsions carrées de fréquence 40 kHz, mais avec une amplitude (c'est-à-dire la différence entre le maximum et le minimum) de 18V, ce qui augmente l'intensité de la transmission ultrasonore.
