Ηλεκτρονικό Σύστημα Μέτρησης Απόστασης και Ταχύτητας με την χρήση Υπερήχων - Μουστάκας, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2014)
Ένα ηλεκτρονικό σύστημα μέτρησης απόστασης και ταχύτητας με την χρήση υπερήχων σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε βασιζόμενο στην μέθοδο pulse - echo. Χρησιμοποιεί δύο πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς (transducers) που έχουν τον ρόλο του πομπού και του δέκτη του παλμού ηπερηχητικού κύματος που παράγεται ανακλάται και στην συνέχεια ανιχνεύεται. Βασίζεται στον μικροελεγκτή ATMEGA328 και αποτελείται από τον πομπό που αναλαμβάνει την παραγωγή μιας παλμοσειράς τετραγωνικών παλμών 40KHz και την οδήγηση του πιεζοκρυστάλλου και τον δέκτη που αναλαμβάνει την λήψη του επιστρεφόμενου παλμού και την μετατροπή σε τάση με την βοήθεια του πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα, την ενίσχυση, το φιλτράρισμα, την ανόρθωση και την ανίχνευση κορυφής του σήματος και τέλος την σύγκριση με ένα κατώφλι ανίχνευσης. Το σύστημα περιλαμβάνει έναν αισθητήρα θερμοκρασίας με το ολοκληρωμένο κύκλωμα LM35 για την αντιστάθμιση των μεταβολών της ταχύτητας του ήχου με την θερμοκρασία, μια οθόνη LCD για την ένδειξη των μετρήσεων και σειριακή επικοινωνία με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Οι επιδόσεις του συστήματος μετρήθηκαν, αναλύθηκαν και έγινε αντιστάθμιση μέσω του λογισμικού του μικροελεγκτή της καθυστέρησης που εισάγει το σύστημα στην μέτρηση για βελτίωση της ακρίβειας. Το εύρος μέτρησης του συστήματος είναι από 10cm έως 6m και η διακριτική ικανότητα 0,85cm περίπου περιοριζόμενη από το μήκος κύματος. Στην συνέχεια αναπτύχθηκαν δύο ειδικές εφαρμογές επεξεργασίας των αποτελεσμάτων που αποστέλλονται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Η πρώτη αναπτύχτηκε με την βοήθεια του LabVIEW και αφορά την καταγραφή της κίνησης ενός αντικειμένου για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και τον υπολογισμό της ταχύτητάς του. Επειδή η τεχνική της αριθμητικής διαφόρισης που χρησιμοποιείται στον υπολογισμό της ταχύτητας ενισχύει τον θόρυβο και τα σφάλματα ανάλογα με την περίοδο του κύκλου μέτρησης εφαρμόζεται ψηφιακό φίλτρο Savitzky – Golay για την εξομάλυνση της ταχύτητας. Η δεύτερη εφαρμογή αναπτύχθηκε με την βοήθεια της γλώσσας προγραμματισμού Processing και αφορά την σάρωση του περιβάλλοντος χώρου σε γωνίες ±90ο. Για να είναι εφικτή η λειτουργία αυτή (sonar) οι πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς τοποθετήθηκαν στον άξονα περιστροφής ενός σερβοκινητήρα έτσι ώστε να είναι δυνατή η μέτρηση σε διαφορετικές γωνίες. Τα αντικείμενα που ανιχνεύονται αποτυπώνονται στην οθόνη του Η/Υ με την μορφή γραφήματος κυκλικών τόξων κινούμενης σάρωσης τύπου radar με κλίμακα.