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Thema: Wie genau ist Ultraschall-Entfernungsmessung?

  1. #1
    Benutzer Stammmitglied
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    Wie genau ist Ultraschall-Entfernungsmessung?

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    Hallo,

    wie genau kann man mit Ultraschall die Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger messen? Die Messung soll hierbei nicht nach dem Echolot-Prinzip stattfinden, stattdessen ist der Sender irgendwo im Raum (keine störenden Objekte) und der Empfänger ist fest. Der Empfänger erhält einen Impuls (über Draht) sobald der Sender einen Puls erzeugt.

    Da die Messung ofters stattfinden soll (mindestens 200 Mal pro Sekunde) ist noch die Frage, wie lange der Empfänger braucht, um sich einzuschwingen. Wie lange muss der Puls sein? Frequenz 40kHz.

    Da ich mit Ultraschall noch keine Erfahrung habe: Wie baue ich den Empfänger am besten auf?
    Den Sender würde ich mit einer H-Brücke aufbauen, die mit der Resonanzfrequenz des Senders (und des Empfängers) betrieben wird. Ist das sinnvoll?

    Insgesamt werden 4 Empfänger in einem Quadrat aufgestellt, um die Position eines Pendels (10m Seillänge) in der Mitte zu messen. Die Position wird dann durch den Schnitt von vier Kugelschalen errechnet (bzw. von Kreisen, da die Höhenzunahme vernachlässigt wird, kleine Auslenkung)

    MfG
    - cl

  2. #2
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Wie genau wird es denn gebraucht?

    Die genaueste Messung wird man über den Frequenzabgleich zur Abstimmung der Phasenlage erhalten. Beim Phasenabgleich kann man eine Auflösung von weniger als einer Wellenlänge erreichen (8mm).

    Erst wenn Echos zu stark sind, kann es von Vorteil sein, mit Impulsen zu messen und so die Echos zeitlich zu separieren.

    Beim Puls-Laufzeitverfahren wird man die Hüllkurve des Pulses filtern müssen (Korrelation), um an eine Wellenlänge Auflösung heranzukommen.

    Eine gute Vorlage für Ultraschallmessung (Impulslaufzeit) ist die Schaltung des SRF08.
    Manfred

  3. #3
    Benutzer Stammmitglied
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    2-3 cm wären ausreichend.

    Ich habe mir eben gedacht, ca. 200 Pulse pro Sekunde zu erzeugen ...

    Müsste gehen, da die größte Entfernung zwischen Sender und Empfänger 1.5m beträgt.

    Beim Phasenvergleich stört doch der Doppler-Effekt. Der macht immerhin bei einer Quellengeschwindigkeit von 2 m/s (Geschwindigkeit des Pendels im Nullpunkt) schon einen Frequenzunterschied von 260 Hz aus ...

    Ich wollte einfach die Laufzeitunterschiede messen und dann rechnen. Es gibt halt noch Echos ...

    MfG
    - cl

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    um die Position eines Pendels (10m Seillänge)
    foucaultsches drehpendel?

  5. #5
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Die Wirkung der Bewegung die beim Dopplereffkt auftritt ist bei den anderen Messungen natürlich auch drin.
    Ein Impuls sollte die Dauer von 8-16 Perioden haben, wenn die üblichen 40kHz Wandler eingesetzt werden.
    Am besten siehst Du Dir die Schaltung des SRF08 an, die enthält die Komponenten zur Signalgenerierung und zur Verstärkung.
    Manfred

  6. #6
    Benutzer Stammmitglied
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    Zitat Zitat von uwegw
    um die Position eines Pendels (10m Seillänge)
    foucaultsches drehpendel?
    genau! Ein Freund von mir hat das bis zum 28.01.05 als Facharbeit gemacht und jetzt will die Schule das Teil behalten und will noch ein paar Upgrades ...

    Das Teil ist scheinbar als Demo-Objekt bei Schulhausbesichtigungen geplant .

    @Manf:
    Logisch, dass der Dopplereffekt auch bei anderen Messungen drin ist. Ich meinte nur, dass er beim Phasenvergleich besonders störend ist. 16 Perioden müssten noch gehen, dann muss man halt runtergehen mit der Messrate.

    Die Schaltung schau ich mir an. Ist es das Teil: http://www.junun.org/MarkIII/bigimages/item32.jpg

    Der Schaltplan auf http://www.junun.org/MarkIII/datasheets/SRF08.pdf ist wirklich schön übersichtlich.


    MfG
    - cl

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker Avatar von engineer
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    Wenn man beide Verfahren (Echos bei verschiedenen Pulsen) und Phasenbetrachtung kombiniert, so kann man den Dopplereffekt rausrechnen. Das ist aber ein Frage der Genauigkeit und geht daher statistisch, also mit einer linearen Optimierung unter Ermittlung einer wahrscheinlichen / ungefähren Geschwindigkeit. Man bekommt dann geometrsich gesprochen keinen Schnittpunkt zweier Gerade, sondern eine Fläche zweier Bereiche. Wenn man aber mit anderen Verfahren, wie Radsensorik, die V exakter emrmitteln kann, hat man dann die Möglichkeit, exakter zu korriegieren und die Entfernung besser abschätzen zu können.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    und wo bekommt man sowas her wo du engineer von redest??

  9. #9
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Erzähle doch noch ein bisschen von dem Pendel (Entdämpfung), vielleicht hast Du ja auch ein Bild.

    Für die Messung ist sicher noch interessant, wie die Wände außenherum aussehen und wie man den Schall in Richtung aller Empfänger bringt.
    Manfred

  10. #10
    Benutzer Stammmitglied
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    Zitat Zitat von Manf
    Erzähle doch noch ein bisschen von dem Pendel (Entdämpfung), vielleicht hast Du ja auch ein Bild.

    Für die Messung ist sicher noch interessant, wie die Wände außenherum aussehen und wie man den Schall in Richtung aller Empfänger bringt.
    Manfred
    wie gesagt, das Pendel hängt an einem 10m langen Drahtseil (1.5mm Durchmesser) im Speicher der Schule. Die Masse selbst ist eine Kugelstoßkugel (poliert) mit 5kg Masse. Die Entdämpfung findet im "Nullpunkt" statt, d.h. der Stelle wo die Kugel hängt, wenn alles in Ruhe ist. Dazu wird der rotationssymmetrischen Form wegen ein Türhaltemagnet für so Brandschutztüren verwendet, der mit einem Reed-Kontakt und einer Schaltung mit RC-Glied und Relais ausgelöst wird.
    BTW: Die Schaltung stammt nicht von mir, und der Türhaltemagnet wurde NICHT von einer Brandschutztür in der Schule abgebaut :-)
    Ich hätte das ja mit ner Reflex-Lichtschranke und uC gelöst, aber das ist ja nicht meine Facharbeit gewesen.

    Die nächsten Wände sind ca. 3 bis 4 Meter weg, die maximale Auslenkung beträgt 0.7m.
    Das der Ultraschallsender eine Richtcharakteristik besitzt, habe ich nicht bedacht :-((( Da bräuchte man dann wohl mehrere Sender, die rundherum plaziert sind.

    Ich hab mir den Schaltplan mal angesehen. Allzuviel Leistung kann der Ultraschallsender ja nicht brauchen, wenn er mit nem MAX232 betrieben wird. Ich muss schon sagen sehr rafiniert. Wie viele mA fließen denn da etwa? Das Datenblatt das ich habe (vom Reichelt) schweigt sich da leider aus.

    MfG
    - cl

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