超音波距離計 第七回:受信素子の駆動モデル

LTspiceでビヘイビア電源ほかで紹介した電流制御電流源を用いて、超音波受信素子を電流駆動するシミュレーションをLTspiceにて行いました。

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パルス数の限界


超音波距離計 第六回:送信パルス数にて送信パルス数を増加させていくと、やがて計測上限距離が伸びなくなる限界に達するのではないかという予想を立てました。


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fig.1: パルス数と距離の関係の予想


送信素子は共振回路であり、パルス数に対する送信強度は複雑に変化します。
そこで送信波形に対応した波形をもつ電源で受信素子を駆動する必要があります。

電流制御電流源でモデル化


基本的な考え方は、送信素子の抵抗成分で消費される電流と同じ電流波形で受信素子を駆動するというものです。
距離が離れるほど超音波のエネルギーが減衰するため、定性的ではありますが、増幅率を変化させることにより距離の変化も見ることもできると思います。

超音波送信素子のSPICEモデルは、超音波距離計 第四回:超音波素子の等価回路でモデル化を行ったものを、送信素子の駆動回路は第五回:ドライバの出力抵抗でモデル化したものを利用しました。

シミュレーション結果


以下に送信素子と受信素子の間にLTspiceでビヘイビア電源ほかで紹介をした電流制御電流源をはさんだシミュレーションの結果を示します。


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fig.2: 受信素子のスケマティック

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fig.3: シミュレーション結果


実測との比較はやっていない


本来ならここで素子の応答波形を実測して、シミュレーション結果との比較を行うことによりモデル化の妥当性を検証すべきなのですが、手元に使える素子が無いのでやりません。

したがって、どの程度正しいのかはちょっと自信がありません。

超音波距離計に関する連載では、すべてLTspiceによるシミュレーションだけで話を進めているので、折角なので最後まで実測無しで進めてみようかなと思います。

関連エントリ




付録


このエントリで使用したLTspiceのシミュレーション用ファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。


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