طراحی و ساخت دستگاه اندازه گیری جابجایی جسم شناور روی سطح آب

در این پروژه هدف اندازه گیری جابجایی جسم شناور روی سطح آب است. از آنجایی که امواج سطح آب باعث جابجایی عمودی جسم شناور می شوند، این سیستم باید قابلیت اندازه گیری موجهایی با دامنه پیک تو پیک 10 سانتی متر و دوره تناوب حداقل 1/0 ثانیه را داشته باشد و از دقتی حدود 25/0 میلی متر بر خوردار باشد. برای سهولت و طول عمر بیشتر، بهتر است، سیستم اندازه گیری با جسم شناور تماس فیزیکی نداشته باشد. سنسورهای مختلقی برای اندازه گیری جابجایی وفاصله وجود دارد. یکی از این سنسورها، سنسور اولتراسونیک است. اصول کار سنسور اولتراسونیک بر اساس اندازه گیری مدت زمان پیموده شده سیگنال، از زمان ارسال تا زمان دریافت آن است. چندین روش اندازه گیری فاصله توسط امواج اولتراسونیک وجود دارد. ساده ترین روش،روش پالس اکو (pulse echo) است. در این روش سیگنال به نویز کم است و دلیل آن هم کوچک بودن انرژی سیگنال به خاطر کوتاه بودن عرض پالس سیگنال ارسالی است. روش دیگر اندازه گیری اختلاف فاز سیگنال رفت با سیگنال برگشت است. در این روش به علت اینکه سیگنال پیوسته ارسال می شود سیگنال به نویز بالا است ولی عیبی که دارد قادر نیست جابجایی های بیشتر از یک طول موج اندازه بگیرد. معمولاً با مدولاسیون فرکانس، بازه اندازه گیری افزایش می دهند. به این صورت که بازهء اندازه گیری از طول موج پایه به طول موج فرکانس موج مدوله کننده افزایش پیدا می کند. در این پایان نامه ما می خواهیم بدون عمل مدولاسیون و دمودلاسیون و فقط با ارسال و دریافت همان سیگنال پایه بازه اندازه گیری جابجایی را افزایش دهیم. بنابر این برای انجام این کار دو روش پیشنهاد می کنیم. روش پیشنهادی اول: در این روش ابتدا سیگنالها فرستنده و گیرنده را برn تقسیم می کنیم . با تقسیم سیگنالها بر n طول موج از ? به n? افزایش پیدا می کند. سپس سیگنالهای تقسیم شده را به آشکار ساز اختلاف فاز اعمال می کنیم. روش پیشنهادی دوم : اندازه گیری زوایای کمتر از صفر(منفی) و بزرگتر از 360 درجه (تکرار موج ) در این روش از آشکارساز اختلاف فاز دیجیتال برای اندازه گیری اختلاف فاز بین موج رفت و برگشت استفاده می کنیم . همچنین، از یک مدار تشخیص دهنده تغییر فاز از صفر به 360 درجه و از 360 درجه به صفر برای شمارش پریودها توسط شمارنده صعودی- نزولی استفاده می کنیم. در واقع این مدار قادر است براحتی زاویه های کمتر از صفر درجه (منفی) و زاویه های بالاتر از 360 درجه (تکرار موج) را اندازه بگیرد. بطوری که نتیجه خروجی برابر می شود با ?=n.2?+? جایی که ? زاویه کلی ، ? اختلاف فاز بین موج رفت و برگشت، n تعداد پریودها است وd=n.?+??/2? که d میزان جابجایی و ? طول موج است.