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超音波距離測定器ユニット　部品説明



超音波センサー

超音波センサーとして日本セラミック社製のT40-16（送信用)とR40-16(受信用)という空中用超音波センサーを使用しています。
共振周波数は約４０ＫＨｚになっています。
電極の片方はケースに接続されているので接地をする場合にはケース側の端子を使用するようにします。



概略の仕様は以下のようになっています。

項目仕様
中心周波数(KHz)40
音圧レベル(dB)115 <
感度(dB)-64 <
外径寸法
(mm)		直径16.2
高さ12.2
ﾘｰﾄﾞ間隔10.0


詳細の仕様は「空中用超音波センサ」を参照して下さい。



発振器用ＩＣ ( 555 )


タイマー、発振器によく使用されるＩＣです。今回は送信タイミングパルスの発振および超音波周波数の発振に使用しています。





インバーター ( 4069UB )


このＩＣは６個のインバータが収容されているCMOSのＩＣです。
送信回路では主に超音波センサーのドライブ用に使用しています。
受信回路では超音波受信時間の計測パルスの発振およびカウンタ制御パルスの整形用に使用しています。





低雑音オペアンプ ( NJM4580 )


このＩＣは低雑音オペアンプです。超音波の受信信号増幅用に使用しています。
約６０ｄＢ（１０００倍）の増幅をするので低雑音タイプを使用する必要があります。
LM833、μPC4570Cなども使用できます。




低電力オペアンプ ( LM358 )


このＩＣは単電源タイプのオペアンプです。このＩＣは受信信号の検出用に使用しています。
電圧比較器（コンパレータ）を使用することも可能です。




ＮＡＮＤゲート ( 4011B )



このＩＣは２入力のＮＡＮＤ回路が４つ収容されています。ＳＲ−ＦＦを構成することにより、超音波の到達時間の計測をしています。




ＢＣＤカウンター ( 4553B )


３桁のＢＣＤカウンターです。超音波の到達時間の計測パルスをカウントします。
ＬＥＤを一桁ずつ表示するための制御機能も持っています。




ＢＣＤ-７セグメントＬＥＤ　デコーダ ( 4511B )


ＢＣＤコードを入力し、７セグメントのＬＥＤドライブ用の信号に変換するＩＣです。




＋９Ｖ用　３端子電圧レギュレータ ( 78L09 )


＋１２Ｖ〜＋３０Ｖの入力電源から＋９Ｖの安定した電圧を得ることができます。
最大出力電流は１００ｍＡです。
今回の回路の電源電流を測定値すると約７０ｍＡでした。




ＩＣソケット


今回作成した装置ではＩＣは全てソケットを使用しました。調整を順番に行うことが目的です。ＩＣ１は超音波周波数の調整時に取り外すことがあるので、ソケットに取り付けた方が良いと思います。



ＰＮＰトランジスタ ( 2SA1015 )


７セグメントＬＥＤの点灯制御を行うために使用しています。ＬＥＤのカソード側を制御するのでＰＮＰタイプを使用します。




ショットキー・バリア・ダイオード ( 1SS106 )


受信した超音波を検波するために使用します。超音波周波数は約４０ＫＨｚなので高周波特性の良いダイオードを使います。




スイッチング・ダイオード ( 1S1588 )


送信パルスのマスクおよびカウンター制御用のパルスを作る部分で使用しています。特殊な物ではありません。



７セグメントＬＥＤ ( NKR161 )



スタンレー社製の高輝度７セグメントＬＥＤです。
幅１２ｍｍ、高さ１９ｍｍ、奥行８ｍｍです。





抵抗器


抵抗器の許容電力は１／８ＷでＯＫです。私は実装スペースの関係で水平に実装する抵抗器には１／８Ｗを使用し、垂直に実装する抵抗器には１／４Ｗを使いました。全てを１／８ＷにしてもＯＫです。



可変抵抗器


これは小型の可変抵抗器です。
超音波周波数の調整および計測パルスの周波数調整に使用しています。



フィルム・コンデンサ


これはポリエステルのフィルム・コンデンサです。
発振器のコンデンサとして使用しています。
セラミック・コンデンサを使用してもＯＫです。



セラミック・コンデンサ


これはディスクタイプのセラミック・コンデンサです。
高周波特性が良いので超音波増幅のカップリングコンデンサ（直流をカットして交流は通す）として使用しています。



積層セラミック・コンデンサ


バイパスコンデンサなどに使用しています。
０．１μＦという比較的大きな容量のものでも小型です。



電解コンデンサ


電源回路の平滑コンデンサとして使用しています。
電極に極性があるので、取り付けるときに間違えないようにします。



プリント板


両面のプリント板を使用しました。
プリント基板の作成方法については「オリジナル・プリント基板の製作」を参照して下さい。



配線端子


電源の配線など外部部品との配線端子に使っています。２列のものは超音波センサーを取り付けるために使用しています。



スタッド


装置をケースに取り付けるために使用しています。スタッドの長さは超音波センサーがケースのほぼ中央になるものを選びます。
今回は長さ１０ｍｍのものを使いました。