Обычно ультразвуковые измерители применяют для эхолокации. Гидрографы измеряют ими глубины водоемов, чтобы составить карты рельефа их дна, рыбаки ищут скопления рыбы… Основной принцип эхолокации — прием отраженных ультразвуковых импульсов передатчика и вычисление расстояния от объекта по временной задержке принятого импульса. Наш приборчик, конечно, не дотягивает по параметрам до своих профессиональных собратьев, но зато прост в сборке и настройке, не содержит труднодоступных элементов и, благодаря своим небольшим размерам, может быть использован в качестве измерителя расстояния или глубиномера. Максимальное расстояние, измеряемое прибором, равно 10 метрам, а точнее 9,99 метра.

Прибор состоит из двух функциональных частей — передатчик ультразвуковых (УЗ) импульсов и приемника, который принимает отраженные УЗ-импульсы.Передатчик собран на трех микросхемах — DD1 — DDЗ. Генератор на микросхеме DD1 определяет длительность импульса и паузу между ними. Генератор на DD2 производит непосредственно сам импульс частотой 40 кГц. Резистор R12 нужен для точной подстройки генератора на резонансную частоту излучателя Х2. С выхода генератора ВВ2 сигнал поступает на буферный усилитель на элементах ВВЗ.З — DD3.6, включенный по мостовой схеме для удвоения амплитуды сигнала на нагрузке. Нагрузкой служит стандартный УЗ-излучатель (Х2) типа МУП-3, МУП-4 или их иностранные аналоги.

Схема приемника несколько сложнее, но не слишком, если в ней хорошенько разобраться. Что мы сейчас и сделаем.
На элементах DА1.1, DА1.2 собран усилитель принятого сигнала. Кстати, сигнал принимается на аналогичный излучатель передатчика МУП-3 или МУП-4. Сигнал усиливается приблизительно в 1000 раз. В 100 раз — в первом каскаде (DА1.1) и в 10 раз — во втором (DА1.2). Далее, на детекторе VВЗ, VВ4, С7, СЮ выделяется огибающая сигнала, которая поступает на компаратор DА5. Компаратор определяет отраженные импульсы, и, если импульс «правильный», выход компаратора переходит в состояние логического нуля. Чтобы определить время, за которое переданный УЗ-импульс проходит расстояние до объекта, а отраженный сигнал возвращается обратно, используется В-триггер на микросхеме DD4. Сигнал передатчика переводит выход триггера в состояние логической единицы, а сигнал с компаратора — в состояние логического нуля. Таким образом, все то время, пока УЗ-импульс путешествует от передатчика до приемника, на выходе триггера сохраняется высокий уровень — логическая единица. На элементах DD5.5 и DD5.6 собран генератор импульсов для счетчика DD6, которым управляет В-триггер, разрешая считать ему импульсы от генератора, только когда на выходе триггера логическая единица, то есть когда УЗ-импульс летит от передатчика к объекту и обратно к приемнику. Таким образом, чем дальше находится объект, тем больше счетчик насчитает импульсов от генератора на DD5.5 и DD5.6. После того как отраженный импульс определится детектором, триггер защелкнется, и счетчик перестанет считать импульсы. На индикаторах НL1 — НLЗ высветится расстояние до объекта в метрах.

Теперь о деталях. Устройство не критично к типам применяемых компонентов. Импортные цифровые микросхемы можно заменить их отечественными аналогами: DD1, DD2 — К1006ВИ1; DDЗ, DD5 — К561ЛН2; DD4 — К561ЛА7; DD6 — К561ИЕ22; DD7 — К561ИК2. Операционные усилители лучше всего взять импортные, но уж если совсем никак их не достать, то можно заменить на любые отечественные малошумящие ОУ с как можно большим Ку. Транзисторы VТ1 — VТЗ можно заменить на КТ502. Излучатели XI, Х2 — МУП-3, МУП-4 или их импортные аналоги (например Т40-16 и R40-16 от Nippon Geramic). НL1 — НLЗ — NKR161 или аналогичные.
Особой настройки прибор не требует, однако для повышения точности измерений рекомендуем откалибровать его перед использованием под ваши температурные условия. Это связано с тем, что скорость распространения УЗ-импульсов зависит от температуры среды, в данном случае — воздуха. Например, при -10 градусах эта скорость равна 325,5 м/с, а при +50 — 361,5 м/с. Калибровку можно провести при помощи резисторов R2, R9 и какого-либо предмета, заранее зная расстояние до него.

М. ЛЕБЕДЕВ
Журнал “Левша” №2-10г.