מדידת מרחק קולי וחיישני קולי

אם אתה צריך למדוד את המרחק לחפץ שנמצא במרחק כלשהו לפניך, או למכשול מרכזי כלשהו בדרך ללא מגע, אז אתה יכול להשתמש בחיישן קולי. התקנים מסוג זה נוחים מאוד לשימוש, הם אמינים וחסכוניים, בעוד שהם אינם דורשים חומרים מתכלים.

העיקרון של מדידת מרחק מבוסס כאן על הטכנולוגיה בה חיות מסוימות משתמשות פשוט בגלל המבנה הספציפי של גופם ומאפייני הסביבה. התנאי העיקרי הוא שיש אוויר בינך לבין האובייקט שהמרחק אליו נמדד.

חיישן הקולי מייצר קטניות צליל אינדיבידואליות בטווח הקולי, כלומר כאלו שאינם נשמעים לאדם. ומכיוון שקטניות אלו מתפשטות באוויר, הן נעות במהירות הצליל.

ברגע שהצליל הזה מגיע לגבול הקרוב ביותר של האובייקט שממול, הוא משתקף ממנו על פי עקרון המראה של הד ואז החיישן, המקבל את האות המוחזר, מחשב את המרחק לאובייקט ממנו התרחשה ההשתקפות. ראשית, הזמן שחלף בין העברת האות לרגע שהוא חוזר נרשם, ואז הוא מוכפל במהירות הקול, ואחריו הוא מחולק לשניים.

מכיוון שהמרחק לאובייקט נקבע כאן על ידי זמן ההתפשטות והחזרת גל הקול, הדיוק של המדידות שבוצע על ידי חיישן האולטרה סאונד אינו תלוי בהפרעה.

באופן עקרוני, ניתן לאתר כל אובייקט המשקף צליל ללא קשר לצבעו ולהארתו. זה יכול להיות גדר עץ או חלון זכוכית, חתיכת חוט נירוסטה או פוליקרבונט. לא משנה אם יש ערפל בנתיב האולטרסאונד, או אם בקרום חיישן החיישן יש לכלוך קל. זה לא ישפיע על תפקוד החיישן.

ניתן לאתר את הסקיצות הראשונות בנושא מדידת מרחק קולי עד שנת 1790, אז גילה הפיזיקאי האיטלקי לאזארו ספאלנזאני כי עטלפים מנווטים ומתמרנים במהלך טיסה אפילו בחושך מוחלט, תוך שימוש בשמיעה, ובכלל לא בראייה.

החוקר עשה תצפיות רבות על עטלפים, ביצע מספר ניסויים, שבזכותם הגיע למסקנה החד משמעית כי עטלפים מכוונים ונווטים בחושך מוחלט בעזרת אוזניים וצליל. אז ספאלנזאני היה הראשון שחקר הדה-מחדש, החל בתצפיות על עטלפים.

רק בשנת 1930 אישר סופית הזואולוג האמריקני דונלד גריפין, שבחן את מנגנוני החישה של בעלי חיים, כי עטלפים נעים אפילו בחושך מוחלט, תוך שימוש באולטרסאונד למטרות ניווט. התברר שהעטלפים עצמם מספקים אולטרסאונד כדי לשמוע אז את השתקפותו, כדי להבין היכן ובאיזו מרחק בדרכם נמצאים חפצים, מכשולים, חרקים וכו '.

המדען כינה טכניקה חושית-אקוסטית זו של הדה-ניווט של עטלפים. כפי שאתה בוודאי זוכר מהקורס בפיזיקה בבית הספר, בדרך כלל נקרא הדה-מחדש השימוש הטכני בגלי קולי ולימוד השתקפותם (הדים) כדי לקבוע את מיקומם וגודלם של העצמים.

אגב, לא רק עטלפים, אלא גם בעלי חיים וים וחרקים ליליים רבים משתמשים בתדרי קולי כדי להבטיח בטיחות אישית, ציד והישרדות. תדרי קול שאינם נשמעים לאוזן האנושית חשובים כל כך באופיים.

עם זאת אנו חוזרים לחיישני קולי. המודול מורכב ממשדר ומקלט קולי (כמו אוזן של עטלף).המשדר משמש לייצור קרינת אולטרסאונד בתדר של 40 קילו הרץ, והמקלט - לתפוס אולטראסאונד בתדר זה.

המשדר ממוקם על הלוח בסמוך למקלט, כך שהוא מסוגל לתפוס גלים קולי הנפלטים על ידי המקלט ומשתקף מהאובייקט מול החיישן, אם יש אוויר בין החיישן לאובייקט ממנו הוא משתקף.

כאשר מכשול כלשהו נכנס לאזור הפעולה של קרן האולטרה סאונד, המעגל מחשב את הזמן שחלף מהרגע שנשלח אות האולטרסאונד עד שהוא חוזר חזרה - למקלט.

זה קל לעשות, במיוחד לאלקטרוניקה, מכיוון שידוע מהירות הצליל באוויר, הוא 343.2 מטר לשנייה, ולכן מכפילים את הזמן במהירות זו, אנו מקבלים את אורך הנתיב הישר לאורך נתיב האולטרסאונד מהמקלט למקום ההשתקפות ובחזרה.

מחלקים לשניים - אנו מקבלים את המרחק למשטח ההשתקפות, ללא קשר אם הוא קשה או רך, צבעוני או שקוף, שטוח או איזו צורה ביזארית. וכמה מחיישנים אלה, הממוקמים בזוויות ישרות, יקבעו את גודל העצמים.

מבחינה מבנית, לחיישן שני קרומים, הראשון לקרינת אולטרסאונד, השני לקליטת הד. בעיקרו של דבר מדובר ברמקול ובמיקרופון. במעגל מותקן גנרטור דופק אולטרה סאונד המפעיל את הטיימר האלקטרוני ברגע תחילת המדידה, וברגע שהמיקרופון מקבל את הצליל המוחזר, טיימר נעצר.

הבא בקר מיקרו מחשבת את המרחק שהצליל נסע בזמן שנספר. המרחק הזה יהיה כפול מהמרחק לאובייקט, מכיוון שגל הקול התחיל לראשונה לשם ואז חזר אחורה. התוצאה מוצגת בתצוגה או מועברת ליחידה האלקטרונית הבאה.

חיישני מרחק אולטראסוניים נמצאים בשימוש נרחב בהנדסה תעשייתית ובחיי היומיום: גילוי מכשולים באזור הפעולה של המכונה, הבטחת בטיחות הרכב במהלך חניה, מדידת מרחקים במהלך פעולת מכונות ומכונות, במהלך תנועות מסוע.

הם עוזרים לקבוע את מיקומו של חפץ, חומר, מפלס מים, למדוד גרגיריות, מכיוון שאולטרה-סאונד יכול להשתקף כמעט מכל משטח אם משטחים אלה אינם סופגים צליל (כפי שנעשה למשל עם בידוד קול מיוחד או צמר).

חיישני קולי פופולריים במיוחד כיום. עם שליטה על ארדואינו ברובוטיקה וכו ', פשוט בגלל העובדה שחיישנים אלה (אפילו כמה במכשיר אחד) מתממשקים בקלות עם גאדג'טים רבים, ואם רוצים, יכולים להיות מובנים בכל מערכת אוטומציה.

דוגמא ליצירת מד טווח קולי פשוט בבית: