超音波距離計 第一回:概要


超音波距離計の構成要素は大まかに「超音波送信回路」「受信回路」そして「タイマ」の3つになります。




超音波距離計の原理は非常に簡単で、超音波が反射して戻ってくるまでの時間を計測し、超音波の速度から反射したものとの距離を逆算するというものです。この方式での計測精度は、主に音速の変動に依存します。1気圧の空気中での音速は、tを摂氏温度とすると以下の式により近似されます。

331.5 + 0.61t (m/s)

逆に言うと計測精度は、検出可能範囲であれば反射波の強度に依存しないということです。

人力飛行機の用途では、着陸時(対地高度0cm)から、飛行時の対地高度数mまでが測れることが要求されます。
対地高度0cmといっても、高度計を設置する場所はフェアリング底部など接地するラインから10cm程度のオフセットがあるので実際の計測範囲は10cm~3m程度です。

秋月電子通商で入手できる40kHzの超音波送信・受信素子を利用した超音波距離計はこの用途によく合致します。
秋月では、この素子を利用したキットも発売されており、手軽に利用(部品取り)できます。
この場合の分解能は1cm程度です。分解能を高めたい場合はより周波数の高い超音波送受信素子を入手しなければなりません。分解能は、超音波の波長に依存するためです。

計測可能距離は、言い換えると反射波が検出可能な強度を保持する距離ということになります。よって計測範囲は、送信強度と受信感度に依存します。

動作原理の主な部分は、私が下手な文章を書くより、秋月キットのPDF(1)や趣味の電子工作さまの解説ページ(2)を読んでもらったほうがよいと思います。
下に参考文献を示します。(1)(2)に関しては、これ以上いい説明がありませんので私は内容には触れません。
(3)(4)(5)に関しては第四回以降に触れる予定です。



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