MXPA04003765A - Medicion ultrasonica del efecto doppler. - Google Patents

Abstract

Un transductor de ultrasonido se acopla a un transmisor que tiene una fuente de senales de ultrasonido. Un transductor de ultrasonido receptor se acopla a un preamplificador y un mezclador. El mezclador ademas se acopla a un demodulador y filtro que a su vez se acopla a un amplificador y un comparador. La salida del comparador se acopla a un controlador que realiza deteccion marginal de la senal de salida del comparador. El transmisor produce energia ultrasonica que se refleja desde un objeto hasta el transductor receptor. El desplazamiento de la frecuencia entre la energia ultrasonica transmitida y la energia ultrasonica reflejada se utiliza para determinar la velocidad del objeto empleando el efecto doppler. Se potencia la deteccion de la frecuencia si se mezclan las senales ultrasonicas transmitidas y reflejadas para disponer de una mejor senal de frecuencia.

Description

MEDICIÓN ULTRASÓNICA DEL EFECTO DOFPLER Campo de la invención Esta invención se refiere, en general, al aparato para medir la velocidad de un objeno y, en particular, al aparato para medir la velocidad a bajo costo, conveniente para aplicaciones como juguetes y dispositivos de entretenimiento .

Antecedentes de la invención En la industria del juguete y de los dispositivos de entretenimiento, es frecuente la necesidad de medir la velocidad de un objeto en movimiento. Un entorno común en el que es un requisito medir la velocidad de un objeto se encuentra en los aparatos de vehículos de juguete. Para este propósito, anteriormente se utilizaban aparatos como pluralidades de interruptores o detectores de infrarrojo o ultrasónicos separados. El aparato básico opera midiendo el intervalo de tiempo entre los vehículos juguetes móviles que se encuentran con el primero y segundo sensores o interruptores.

Aunque un aparato como éstos ha tenido bueno aceptación comercial en diferentes aplicaciones; no obstante, todavía hace falta en la técnica un aparato mejorado, eficaz en costo y avanzado, conveniente para utilizarlo en juguetes o dispositivos de entretenimiento .

Compendio de la invención Por consiguiente, un objetivo general de la presente invención es disponer de un aparato mejorado para medir la velocidad. Un objetivo más especifico de la presente invención es proporciones un aparate mejorado para medir la velocidad y que sea conveniente en cuanto a costo y complejidad para utilizarlo en el ambiente de juguetes y dispositivos de entretenimiento.

De acuerdo con la presente invención, hay una propuesta para medir la velocidad de un objeto en movimiento, el aparato para medir la velocidad consiste en: un transmisor ultrasónico que tiene un transductor transmisor y una fuente de señales de salida para producir energía ultrasónica, un receptor ultrasónico con un transductor receptor para recibir la energía ultrasónica reflejada desde un objeto para producir una señal reflejada; un mezclador que produce una señal del tipo de frecuencia de batido entre la señal reflejada y la señal de salida; un controlador para determinar la frecuencia de la señal de frecuencia de batido de presentación para mostrar un valor de velocidad obtenido de la frecuencia de la señal de frecuencia de batido.

Breve descripción de los dibujos Las peculiaridades de la presente invención, que se consideran novedosas, se establecen con particularidad en las reivindicaciones anexas. La invención, junto con otros objetivos y ventajas de ésta, puede comprenderse mejor haciendo referencia a la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos acompañantes, en las diferentes figuras de las cuales números de referencia iguales identifican elementos semejantes y en los cuales: La figura 1 es un diagrama en bloques de un aparato para medir la velocidad, construido de acuerdo con la presente invención; La figura 2 es un diagrama esquemático del aparato para medir la velocidad de la presente invención.

Descripción de la modalidad preferida La Figura 1 es un diagrama en bloques de un aparato para medir velocidad, construido de acuerdo con la presente invención, y en general, con el número de referencia 10. El aparato para medir la velocidad 10 tiene un transmisor ultrasónico 11 acoplado a un transductor eléctrico, piezoeléctrico 12. El aparato para medir sonido [sic] 10 además incluye un transductor receptor 13 acoplado a un preamplificador de pasa banda sintonizado 14, que a su vez se acopla a un mezclador 15. El transmisor 11 también se acopla a un mezclador 15. La salida del mezclador 15 se acopla a un demodulador 16 que a su vez está acoplado a un filtro 17 y un amplificador 18. Un comparador 19 se acopla al amplificador 18 y a un controlador 20. El controlador 20 además está acoplado al comparador 19. Una pantalla 21 se acopla de manera operante a y es controlada por el controlador 20.

Durante el funcionamiento, el transmisor 11 produce una señal de frecuencia ultrasónica, como pueden ser 40 kilohertz, la cual energiza al transductor piezoeléctrico 12 produciendo ondas de energía ultrasónica 30 las cuales pernean hacia fuera del transductor 12. Al mismo tiempo, las ondas de energía ultrasónica 30 chocan con un objeto móvil 31 y son reflejadas desde éste formando una corriente de ondas de energía ultrasónica reflejada 32. Las ondas reflejadas 32 chocan con el transductor piezoeléctrico receptor 13 produciendo las señales eléctricas correspondientes que se acoplan al preamplificador 14. De acuerdo con la sintonización de pasa banda del preamplificador 14, la energía recibida en el transductor 13 que está en o cerca de la frecuencia transmitida de 40 kilohertz desde el transductor 12 se amplifica dentro del preamplificador 14 a un grado considerablemente mayor que las otras frecuencias.

Una parte de la señal de 40 kilohertz producida por el transmisor 11 se acopla al mezclador 15. El mezclador 15 produce una señal de salida que tiene un componente de la señal con una frecuencia igual a la diferencia entre la señal muestra proporcionada por el transmisor 11 y la señal amplificada del preamplificador 14. El grado en el que difiere la salida del preamplificador 14 y la muestra del transmisor 11, en cuanto a frecuencia, corresponde a la velocidad a la que se mueve el objeto 31 por el bien conocido efecto doppler. En esencia, el efecto doppler hace que las ondas reflejadas de un objeto móvil alteren su frecuencia, mayor o menor, dependiendo de la dirección del movimiento. Por consiguiente, las ondas reflejadas 32 difieren en frecuencia de las ondas transmitidas 30 de acuerdo con la velocidad a la que se mueve el objeto 31.

La frecuencia diferencial, a menudo conocida como "frecuencia de batido" producida en el mezclador 15 se aplica al demodulador 16 que realiza una detección de envolvente de la señal de salida del mezclador. El filtro 17 acopla la señal de envolvente a un amplificador 18 reduciendo al mismo tiempo los componentes de la señal por la interferencia, como el ruido o similares. La salida de la señal amplificada del amplificador 18 se aplica a una entrada de un comparador 19.

Un controlador 20 que tiene una fuente de voltaje calibrador en este aplica el voltaje de calibración a la entrada restante del comparador 19. La salida del comparador 19 se aplica al controlador 20 y contiene un punto de cruce con el eje de cero o porción dividida de la señal de salida del amplificador 18. El componente importante dentro de la señal de salida del comparador 19 se encuentra en los márgenes delantero y posterior de la señal de la frecuencia de batido muy amplificada. El controlador 20 tiene un detector marginal y circuito temporizador que determina la frecuencia de la salida de la señal del comparador 19 contando los márgenes delantero y posterior dentro de la señal que ocurre durante un intervalo de tiempo preestablecido. De esta forma, el comparador 20 realiza la detección de la frecuencia de la señal de salida del comparador. En una aplicación común de la presente invención, el aparato medidor de velocidad utilizado en un ambiente de juguetes o dispositivos para entretenimiento, se anticipa que la velocidad probable para el objeto 31 será tal que se encontrarán las señales de la frecuencia de batido que varían entre 100 hertz y 3 kilohertz. Por consiguiente, el intervalo de tiempo para el controlador 20 seleccionado en los márgenes de conteo es suficiente para funcionar exactamente en estas señales de frecuencia. El controlador 20 además convierte la detección de la frecuencia de la señal de la frecuencia de batido en una representación numérica que luego se muestra en la pantalla 21. Cuando se fabrica por anticipado la presente invención, la pantalla 21 consiste en una pantalla de múltiples segmentos LCD, habituales.

Se reconocerá que el aparato para medir la velocidad de la presente invención utiliza una tecnología semejante al radar doppler de los sistemas más avanzados. No obstante, el sistema de la presente invención proporciona un aparato de menor costo, mucho más práctico y seguro, conveniente para utilizarlo en ambiente de juguetes o dispositivos de entretenimiento.

La Figura 2 es un diagrama esquemático del aparato para medir la velocidad de la presente invención, en general con el número de referencia 10. Como ya se describió, el aparato 10 tiene un transmisor 11 con un transductor de salida 12. El aparato 10 además tiene un preamplificador 14 con un transductor receptor 13 acoplado a éste. El aparato 10 además incluye un mezclador 15 acoplado al demodulador 16 y un filtro 17. El filtro 17 se acopla a un amplificador 18 que, a su vez, se acopla al comparador 19. Un controlador 20 produce un voltaje de referencia dinámico aplicado al comparador 19 y tiene un aparato para realizar detección marginal y producir una indicación numérica de la velocidad del objeto para la presentación en una pantalla de cristal líquido 21.

Más específicamente, el transmisor 11 tiene un multivibrador de carrera libre de fabricación convencional que produce una señal de impulsos periódicos que tiene una frecuencia conveniente para la aplicación ultrasónica como de 40 kilohertz. La señal ultrasónica producida por el multivibrador se amplifica por una etapa de transistor 24 y se acopla al transductor 12.

El preamplificador 14 tiene un par de etapas de ganancia con acoplamiento CA 40 y 41 que reciben la señal de entrada desde el transductor receptor 13. Un filtro de muesca 42 sintonizado en cualquier lado de la frecuencia de 40 kilohertz se acopla entre la salida de la etapa de ganancia 41 y la etapa de ganancia 40 para proporcionar una realimentación negativa. El uso de un filtro de muesca para la realimentación negativa entre las etapas 40 y 41 produce una respuesta de pasa banda general en la frecuencia de la muesca para la combinación de las etapas de ganancia 40 y 41.

Un capacitor de acoplamiento 43 acopla la señal amplificada desde la etapa de ganancia del preamplificador a la base 52 de un transistor mezclador 50. El emisor 51 del transistor 50 se acopla al multivibrador dentro del transmisor 11. Como resultado, el transistor 50 realiza una operación de mezclado en las señales aplicadas en la base 52 y el emisor 51 produciendo una salida en el colector 53 que incluye la diferencia de la señal de batido entre las dos entradas .

La combinación de un diodo 54 y un filtro de pasa bajos 55 realiza detección de envolvente en la señal de la frecuencia de batido. La señal con la envolvente detectada se aplica a ur.a etapa de ganancia 60 que a su vez se acopla al filtro de muesca 17. El filtro de muesca 17 reduce considerablemente el resto de la señal de 40 kilohertz dentro de la salida con la envolvente detectada del filtro 55 y la etapa de ganancia 60. La señal de salida filtrada del filtro 17 se amplifica por el amplificador 18 y se aplica a la entrada 23 de un comparador 19. La entrada restante 22 del comparador 19 se acopla a un voltaje de control dinámico producido por el controlador 20. En respuesta a la señal de envolvente aplicada en la entrada 23, el amplificador 19 produce una señal de salida dividida o muy amplificada en la salida 24 del comparador 19. Esta señal de salida se aplica al controlador 20 que realiza la detección marginal de la señal aplicada y produce un valor indicativo de la frecuencia que se convierte en una presentación numérica sobre la pantalla LCD 21. Un cristal 23 se acopla de manera operante al controlador 20 y proporciona una referencia exacta para el reloj interno y el aparato temporizador del controlador 20. Aunque pueden utilizarse diversos dispositivos para el controlador 20, se ha encontrado ventajoso utilizar un controlador fabricado por Atmel con el número de dispositivo AT90S2313. Para mejorar más la flexibilidad del controlador 20, un tapón de acceso 70 se acopla al controlador 20 y facilita la conexión de un tapón de entrada (no se muestra) que se utiliza para descargar códigos al controlador 20 con el propósito de actualizar o reprogramar o similares. Lo que se ha mostrado es un aparato para medir la velocidad del efecto doppler ultrasónico, de bajo costo, novedoso, que proporciona una medición de velocidad relativamente exacta utilizando tecnología segura y componentes de bajo costo.

Aunque se han mostrado y descrito las modalidades específicas de la invención, será obvio para los expertos en la técnica que pueden hacerse cambios y modificaciones sin apartarse de la invención en sus más amplios aspectos. Por tanto, el objetivo de las reivindicaciones anexas es cubrir todos estos cambios y modificaciones que entren dentro del verdadero espíritu y alcance de la invención.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Para utilizarlo en la medición de la velocidad de un objeto móvil, el aparato para la medición de la velocidad consiste en: un transmisor ultrasónico que tiene un transductor transmisor y la fuente de señal de salida para producir energía ultrasónica; un receptor ultrasónico que tiene un transductor receptor para recibir energía ultrasónica reflejada de un objeto para producir una señal reflejada; un mezclador que produce una señal de frecuencia de batido entre la señal reflejada y la señal de salida; un controlador para determinar la frecuencia de la señal de batido; y medios de presentación para mostrar un valor de velocidad obtenido de la frecuencia de la señal de la frecuencia de batido.