Danas je nabavljen ultrazvučni mjerač udaljenosti, generički kineski proizvod (Eurodata group) oznake SMART TAPE (Model ST 3102) iz 2000-tih godina.
Dimenzije mjerača udaljenosti Smart Tape ST 3102 su 11x68x29 mm, a težina oko 100 grama (bez baterije).
Smart Tape ST 3102 napaja se preko jedne standardne baterije 9V sa kojom se prema podacima proizvođača može izvršiti do 100 000 mjerenja.
Do sada smo već opisali dva ultrazvučna mjerača udaljenosti, Dimension Master Plus – Tapeless Measure Calculator i Echometer SW-104B, gdje smo opisali i osnovne principe rada ovakvih mjerača, a oni vrijede i za ovaj Smart Tape ST 3102.
Unutar plastičnog kućišta (desno) vidi se kosa pregrada postavljena između prijemnog i odašiljačkog ultrazvučnog pretvornika. Ova pregrada služi kao svojevrsna “zvučna leća” kako bi se suzio izlazni odašiljački ultrazvučni val i bolje usmjerio uhvaćeni odjek na prijemni pretvornik. Sami ultrazvučni pretvornici ovog tipa bez ikakvih zvučnih leća imaju usmjerenost (širinu latice zračenja) 60-80°, dok se za naš Smart Tape ST 3102 navodi da je taj kut oko 5°. Ovaj podatak naravno treba uzeti s rezervom, no svakako je poželjno da ultrazvučni val bude što je moguće više sužen kako se kod mjerenja ne bi odbijao od više bliskih prepreka. Također, unutarnja strana zvučne leće (zvučnog tunela) obložena je zvučnim apsorpcijskim materijalom kako se ultrazvuk ne bi odbijao od unutrašnjih prepreka i pod više kuteva izlazio van, odnosno kako bi se upila (prigušila) bočna zračenja pod širokim kutem na izlazu iz pretvornika (bočne latice).
Odašiljački ultrazvučni pretvornik je gore i desno od njega se uočavaju tranzistori te mali autotransformator koji podiže napon impulsa pobude na cca 80-150 V. U sredini je četverostruko operacijsko pojačalo TL084CN čija pojačala se koriste za pojačanje signala odjeka, a moguće i za kakvu komparaciju signala.
Ako usporedimo sva tri mjerača, iako su im mogućnosti vrlo slične, Smart Tape ST 3102 svakako je napravljen da bude što jeftiniji mjerač i sadrži najmanje elektroničkih komponenti. Ovo s brojem komponenti je naravno uvjetno jer se Smart Tape ST 3102 kao i Echometer SW-104B zapravo baziraju na COB (Chip-on-Board) ili MCM (Multi-Chip Module) tehnologiji. To je, kao što smo već opisali u ranijim objavama, tehnologija montaže (lijepljenja) golih matrica (vafera) integriranih krugova izravno na tiskanu pločicu tako da isti nemaju klasično kućište sa lemnim nožicama. Vaferi su nakon spajanja s pločicom zaliveni kapljicom (obično crnog) izolacijskog materijala na kojem nema nikakvih oznaka. Takve čipove je stoga nemoguće identificirati ili vršiti njihovu zamjenu pa na neki način i štite autorska prava proizvođača. Obično ih nalazimo u kalkulatorima, digitalnim satovima i kao driveri za razne LCD displeje. U našem slučaju takav čip sasvim sigurno sadrži mikrokontroler sa podrškom LCD displeja, a radi na taktu satnog kristala 32,768 kHz tako da se pojednostavni program za preračunavanje vremena odjeka u duljinu.
Smart Tape ST 3102 koristi manje i jeftinije ultrazvučne pretvornike od druga dva modela. To su klasični predajni i prijemni piezo električni pretvornici sa rezonantnom frekvencijom na 40 kHz smješteni u plastična kućišta promjera 16 mm. S ovakvim pretvornicima, u najboljem slučaju moguće je mjeriti udaljenosti u rasponu 0,2 – 18 metara, no u praksi je to ipak nešto manje. Prema tvorničkim podacima za Smart Tape ST 3102 mjerni opseg je 0,55 – 12,5 metara sa rezolucijom od 1 cm. U prethodnim objavama smo opisali koja su praktična ograničenja za najmanju i najveću mjernu udaljenost.
Od ostale elektronike u Smart Tape ST 3102 nalazimo mali tranzistorski injektor naponskih impulsa sa VN transformatorom preko kojeg se pobuđuje TX ultrazvučni pretvornik (naponski impulsi u rasponu cca 80-150 V). Danas su za samogradnju (robotika, senzori bliskih predmeta, mjerači udaljenosti) dostupni mali ultrazvučni pretvornici u kućištima promjera 10 mm koji rade na naponima 3,3 – 5,5 V te im nisu potrebni posebni driveri (napajaju se izravno preko mikrokontrolera) i mogu funkcionirati na udaljenostima do cca 5 – 7 metara. Integrirani krug koji vidimo na pločici Smart Tape ST 3102 je četverostruko operacijsko pojačalo TL084CN čija pojačala se koriste za pojačanje signala odjeka, a moguće i za kakvu komparaciju signala.
Ispod desnog donjeg kuta displeja nazire se integrirani krug (mikrokontroler) montiran u COB tehnologiji koji čini srce mjerača Smart Tape ST 3102.
Na gornjoj strani tiskane pločice smješteni su elementi za pogon odašiljačkog ultrazvučnog pretvornika (VN impulsni transformator) i za pojačanje signala odjeka iz prijemnog ultrazvučnog pretvornika.
Ultrazvučni pretvornici nemaju oznake, no radi se o standardnom paru odašiljačkog i prijemnog piezo-ultrazvučnog pretvornika sa rezonantnom frekvencijom od 40 kHz smještenog u plastično kućište promjera 16 mm kakve masovno proizvode različiti proizvođači.
Za mjerenja duljina unutar prostorija objekata danas su dostupni cjenovno nešto skuplji ali zato puno bolji laserski mjerači udaljenosti, no za vanjska mjerenja na jakom dnevnom svjetlu kao i za mjerenje na prozirnim površinama i dalje su bolji ultrazvučni mjerači.
Danas kad se gotovo sva praktična hobi elektronika svela na Arduino, Teensy, Launchpad, Netduino i slične mikrokontrolerske razvojne platforme, projekti sa gotovim ultrazvučnim senzorima vrlo su praktični jer sklopovima (robotima) daju mogućnost detekcije predmeta u bliskoj okolini, njihovo izbjegavanje, registriranje, brojanje i slično što ostavlja zanimljiv vizualan dojam umjetne inteligencije takvog stroja. Osim toga projekti sa sonarima, radarima i slično uvijek su zabavni pa makar grubo funkcionirali samo u krugu nekoliko metara. Iako laseri omogućuju puno veću preciznost i puno veće daljine, eksperimentiranje s ultrazvukom je puno jeftinije, jednostavnije i što je također jako važno, puno manje opasno 🙂