Ultraschall in der Tube (engl.)

Der neue SRF02 Ultraschallsensor, arbeit mit nur einem Schallwandler und macht so z.B. diese Anwendung möglich:

Ich habe grad mal den Schall des SRF02 durch einen Gartenschlauch geschickt. Das Stück hat eine Länge von 163cm, die der Ultraschallsensor sehr genau misst. Und das auch bei aufgerolltem Schlauch !

Wenn man den Schlauch nun drückt, reagiert der Sensor ziemlich schnell und zeigt die Entfernung bis zur Druckstelle an.

Mit einem weicheren Schlauch kann man einen schönen dicken Bumper um einen runden Bot legen, der auch noch die Position des Zusammenstoßes respektive der Berührung anzeigt. Wenn man den Biegeradius nicht unterschreitet, kann man so auch eine ganze Fläche berührungsempfindlich gestalten, wobei man die Position der Berührung erhält.

Natürlich kann man so auch den Füllstand einer Flüssigkeit messen..

etc.

Sigo


Hier noch 3 Fotos:

1. Sensor misst die Schlauchlänge (Am Ende ist eine Gardena-Kupplung aber ohne Kupplung wird das Ende auch erkannt)

Bild hier  

2. Sensor misst die Entfernung bis zur Druckstelle, die nicht einmal besonders fest sein muss. Der Schlauch muss längst nicht zugedrückt werden.
Bild hier  

3. Kleinster Biegeradius: ca. 7,5cm (innen). Hierbei wird der Messwert etwas größer. Was ja auch Sinn macht (Schlauch dehnt sich außen.
Bild hier  
[/img]

Morgen werd ich mal die Schlauchtrommel anschließen und testen, wie weit der Sensor in einem langen Schlauch reicht.

Toll was alles geht.
Interessant ist dabei sicher auch, in welchen kleinsten Schlauchdurchmesser sich das Signal einkoppeln läßt. Im Bereich der Kupplungsstelle wird man ja noch eine Nah-Unterdückung haben.
Manfred

Sigo,

tolle Entdeckung: Der Schallwellenleiter! Dasselbe, was man sonst nur von Zentimeterwellen kennt. Der Schlauchdurchmesser muss ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge sein, so dass an der Schlauch-Innenwand immer nur der Druckbauch der Welle ansteht und ein Geschwindigkeitsknoten. Durch das Kneifen des Schlauches störst Du diese Bedingung und erzeugst damit eine Reflektion. Resonanzeffekte müssten übrigens auch zu erzeugen sein.

Ich habe Deine Methode im Thread

Forum » Sensoren » Rechnungsaufgabe (nur ein kleiner)

schon wärmstens empfohlen. Der grosse Vorteil bei Wasserstandsmessungen in geschlossenen Behältern besteht im Ausschluss störender Reflektionen von Behälterwänden, Einbauten usw.

Ciao,

mare_crisium

@Manf und Mare..

Ich habe jetzt mal verschiedene Durchmesser probiert:

Innendurchmesser:
3mm Schlauch: geht nicht
4mm Alurohr: geht
6mm Alurohr: geht
8mm Alurohr: geht
9mm Schlauch: geht nicht, evtl. innen zu verschmutzt oder eben nicht n * lambda/4.
12mm Gartenschlauch: geht super
18mm Kunststoffrohr: geht nicht

So, das wars was ich an Material gefunden habe. Evtl. hole ich gelegentlich nochmal ein Stück Schlauch in 4 und / oder 8mm. aus dem Baumarkt.

Sigo

@Sigo,

ein Vorschlag: Du schickst den US in eine längere, um eine Walze gewickelte Schlauchstrecke und empfängst ihn mit einem separaten Empfänger am anderen Ende. Die Phasendifferenz zwischen gesendetem und empfangenen Signal müsste sich ändern, wenn die Walze sich dreht: Der US-Gyro!

mare_crisium

Mare-crisium

das US-Gyro ist natürlich auch ein netter Gedanke.
Aber da sind Halbleiter doch handlicher ;-)

Der Grundgedanke war einfach bei den Überlegungen für eine Stoßstange für meinen Omnibot aufgeommen. Ziel: Ich wollte auch wissen, wo der Kontakt stattfand.

Ist nicht wirklich nötig. Da ich das auch berührungsfrei machen möchte.
Aber der Ring-O soll eh eine modulare Experimentierplattform sein. Warum also nicht auch ein US-Tube Modul.

Sigo

Zitat:

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Zitat von mare_crisium

tolle Entdeckung: Der Schallwellenleiter! Dasselbe, was man sonst nur von Zentimeterwellen kennt. Der Schlauchdurchmesser muss ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge sein, so dass an der Schlauch-Innenwand immer nur der Druckbauch der Welle ansteht und ein Geschwindigkeitsknoten. Durch das Kneifen des Schlauches störst Du diese Bedingung und erzeugst damit eine Reflektion. Resonanzeffekte müssten übrigens auch zu erzeugen sein.

ein Vorschlag: Du schickst den US in eine längere, um eine Walze gewickelte Schlauchstrecke und empfängst ihn mit einem separaten Empfänger am anderen Ende. Die Phasendifferenz zwischen gesendetem und empfangenen Signal müsste sich ändern, wenn die Walze sich dreht: Der US-Gyro!

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Das sind interessante Betrachtungen, nur so ganz identisch ist das Verhalten von elektromagnetischen Wellen und Schallwellen nicht, wobei ja TEM Wellen ab einer minimalen Breite des Wellenleiters ausbreitungsfähig sind.

Hast Du sonst noch Hinweise auf die Ausbreitung von Schallwellen im Rohr in Abhängigkeit von Durchmesser und Wellenlänge?, als Längswellen brauchen sie eigentlich keine Randbedingung die in Querrichtung von der Wellenlänge abhängt.

Wie ist das mit der Schallgeschwindigkeit im gleichförmig bewegten System? Eine Drehrate wird nur zu messen sein, wenn der Schlauch sich dreht und die enthalte Luft die Drehung nicht mitmacht.

Insgesamt ist es sicher interessant.
Manfred

Zitat:

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Wie ist das mit der Schallgeschwindigkeit im gleichförmig bewegten System? Eine Drehrate wird nur zu messen sein, wenn der Schlauch sich dreht und die enthalte Luft die Drehung nicht mitmacht.

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Wenn man den Schlauch weglässt, wird der US-Gyro auch handlicher ;-)

@manf,
zugegeben, das mit dem Gyro war eher ein "shot in the dark", weil die Analogie mit dem Laserkreisel zu verlockend war. Ich werde mir die Grundlagen nochmal angucken und mich wieder melden. - Die Wellenleiteranalogie ist hier anwendbar: Auch bei einer longitudinalen Welle muss sich in einem von festen Wänden begrenzten Raum eine bevorzugte Eigenschwingungsmode einstellen. Alle Moden, die entlang der Wand eine von Null verschiedene Geschwindigkeitskomponente haben, werden durch Reibung bedämpft und verlieren mit zunehmender Länge des Schlauches an Intensität.

@recycle,
nee, wenn das Prinzip des Laserkreisels sich auf Schall übertragen lässt, dann wächst die Empfindlichkeit des Verfahrens mit der Länge der Messstrecke. Durch den Schlauch wird dafür gesorgt, dass der Schall diese Strecke ohne allzu grosse Dämpfung durchläuft.

@sigo,
ja, die integrierten Gyros sind viel praktischer, weil sie kleiner sind und weniger Peripherie brauchen. Aber es interessiert mich, ob das Prinzip auch mit Schall funktioniert.

Ciao,

mare_crisium

Zitat:

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@recycle
Durch den Schlauch wird dafür gesorgt, dass der Schall diese Strecke ohne allzu grosse Dämpfung durchläuft.

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Nutzt nur nix, wenn er dann wegen dem Schlauch bei jeder Winkelgeschwindigkeit gleich lange dafür braucht.
Dann doch lieber ne grössere Dämfung. Wenn du den Schlauch weglässt hast du ja Platz für nen dicken Verstärker ;-)

Zitat:

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Zitat von mare_crisium

Die Wellenleiteranalogie ist hier anwendbar: Auch bei einer longitudinalen Welle muss sich in einem von festen Wänden begrenzten Raum eine bevorzugte Eigenschwingungsmode einstellen. Alle Moden, die entlang der Wand eine von Null verschiedene Geschwindigkeitskomponente haben, werden durch Reibung bedämpft und verlieren mit zunehmender Länge des Schlauches an Intensität.

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Das meinte ich damit, ob Du Hinweise auf die Ausbreitung von Schallwellen im Rohr in Abhängigkeit von Durchmesser und Wellenlänge hast.
Eine verlustfreie Ausbreitung einer Longitudinalwelle in Richtung des Rohrs wäre ja ganz praktisch, wenn sie beispielsweise in der Mitte des Rohrs in Längsrichtung läuft und an den Rändern nur in Querrrichtung, hast Du einmal etwas davon gehört oder gelesen?
Manfred

Hallo Zusammen,
weil in Gasen keine Scherspannungen existieren, treten nur longitutinale Moden auf. Somit ist bei einem mit Luft gefülltem Schlauch der Vergleich mit elektromagnetischen Wellen nicht ganz richtig. Jedoch ist die Dämpfung des Rohrstücks bzw. Schlauch selbstverständlich von dessen Länge und Absorbtionsgrad, sprich Oberflächenbeschaffenheit, Material und Durchmesser abhängig. Also kann der Durchmesser des Schlauchs kein Kriterium dafür sein, ob es überhaupt funktioniert oder nicht. Bei kleinerem Durchmesser gehts aber schlechter. Jetzt noch meine Frage. Wurde bei den Tests mit den verschiedenen Durchmessern stets auf gleiche Länge der Rohre geachtet?
Denn am Abschluss des Rohrs wird die Schallwelle reflektiert und überlagert sich mit der hinlaufenden Welle. Bei geeigneter Länge des Rohrs löschen sich die Schallwellen aus. Dies könnte eine Begründung dafür sein, dass es bei bestimmten Durchmessern funktioniert und bei anderen nicht.

Andreas

@Manf,

Abbi hat recht: Es gibt keinen Hinweis auf eine Bedämpfung von Wellenlängen, die in keinem ganzzahligen Verhältnis zum Rohrdurchmesser stehen. Die Analogie mit dem Wellenleiter für Mikrowellen stimmt also nicht. - Hätte ich auch gleich drauf kommen können, wenn ich an die Sprechröhren gedacht hätte, die früher auf Schiffen üblich waren. Die hätten dann ja nur sehr schlecht funktionieren dürfen. -

mare_crisium

Zitat:

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Zitat von Abbi

Hallo Zusammen,
weil in Gasen keine Scherspannungen existieren, treten nur longitutinale Moden auf. Somit ist bei einem mit Luft gefülltem Schlauch der Vergleich mit elektromagnetischen Wellen nicht ganz richtig. Jedoch ist die Dämpfung des Rohrstücks bzw. Schlauch selbstverständlich von dessen Länge und Absorbtionsgrad, sprich Oberflächenbeschaffenheit, Material und Durchmesser abhängig. Also kann der Durchmesser des Schlauchs kein Kriterium dafür sein, ob es überhaupt funktioniert oder nicht. Bei kleinerem Durchmesser gehts aber schlechter. Jetzt noch meine Frage. Wurde bei den Tests mit den verschiedenen Durchmessern stets auf gleiche Länge der Rohre geachtet?
Denn am Abschluss des Rohrs wird die Schallwelle reflektiert und überlagert sich mit der hinlaufenden Welle. Bei geeigneter Länge des Rohrs löschen sich die Schallwellen aus. Dies könnte eine Begründung dafür sein, dass es bei bestimmten Durchmessern funktioniert und bei anderen nicht.

Andreas

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Hallo Abbi, ich habe beliebige Stücke genommen.
Aber manche haben die Länge 0 angezeigt.
Ich vermute aber, dass es an Verschmutzungen oder anderen Effekten lag. Evtl. hat auch schon die Einkopplung (Finger um den Schlauch) nicht so gut geklappt. Wenn da zuviele Echos im Bereich der Sensorplatte auftreten, kann das sicher auch schon reichen. Insbesondere, wenn der Schlauch dickwandiger ist und die Stirnfläche entsprechend groß.
Ein Schlauch war auch innen nicht so sauber. Ich denke, dass es da auch zu Reflektionen kam.

Eine Auslöschung gab es nicht, denn der Geber hätte ja sonst auf das beliebige Zudrücken reagieren müssen.

Am offenen Ende gibt es in der Tat ein deutliches Echo.

Sigo

Hei, Sigo, hei mare_crisium

Zitat:

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Zitat von mare_crisium

... Vorschlag: Du schickst den US in eine längere, um eine Walze gewickelte Schlauchstrecke und empfängst ihn mit einem separaten Empfänger am anderen Ende. Die Phasendifferenz zwischen gesendetem und empfangenen Signal müsste sich ändern, wenn die Walze sich dreht: Der US-Gyro!

mare_crisium

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Hmm, ich dachte das geht nur mit Licht, weil die Lichtgeschwindigkeit (fast) immer konstant ist - aber im Schlauch dreht sich doch die Luft mit !?

Zitat:

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Zitat von Abbi

... weil in Gasen keine Scherspannungen existieren ...

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Und woher stammt dann der Luft-Reibungswiderstand? Also nicht der Formwiderstand. Oder wieso gibts ne Grenzschicht - ohne Reibung ...

Zitat:

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Zitat von oberallgeier

Hei, Sigo, hei mare_crisium

Zitat:

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Zitat von mare_crisium

... Vorschlag: Du schickst den US in eine längere, um eine Walze gewickelte Schlauchstrecke und empfängst ihn mit einem separaten Empfänger am anderen Ende. Die Phasendifferenz zwischen gesendetem und empfangenen Signal müsste sich ändern, wenn die Walze sich dreht: Der US-Gyro!

mare_crisium

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Hmm, ich dachte das geht nur mit Licht, weil die Lichtgeschwindigkeit (fast) immer konstant ist - aber im Schlauch dreht sich doch die Luft mit !?

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Sehe ich auch so, Joe.
Maximal könnte man Winkelbeschleunigungen sehen, weil die Luft ihre Dichte am einen Ende des Schlauches verändern würde, aufgrund der Trägheit. Bei starker Rotation gäbe es noch Fliehkrafteffekte...
Aber um diese Frage ging es mir ja gar nicht.

Es sollte ja auch nuch demonstrieren, dass man mit einem Schlauch und einem SRF-02-Ultraschallsensor einen Rundumbumper realisieren kann, der auch ziemlich genau die Position des Anpralls verrät.

Hier ist es ein Vorteil, dass der SRF-02 mit einem Schallwandler arbeitet.

Sigo

Zitat:

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Sehe ich auch so, Joe.
Maximal könnte man Winkelbeschleunigungen sehen, weil die Luft ihre Dichte am einen Ende des Schlauches verändern würde, aufgrund der Trägheit. Bei starker Rotation gäbe es noch Fliehkrafteffekte...

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Das ist richtig.
Eine Phasendifferenz würde enstehen, wenn sich, wie bei einem auf dem Mitführeffekt bassierenden Ulltraschalldurchflussensor, die Luft relativ zu den beiden Schallwandlern bewegen würde. Da man aber davon ausgehen kann, daß bei den infrage kommenden Winkelgeschwindigkeiten abgesehen von minimalen Randeffekten die Luft sich nicht relativ zu den Wandlern bewegt, bleibt die Phasenlagen konstannt.

Ein Ulltraschallwellenleiterkreisel ist also nicht mit einem Laserkreisel vergleichbar.

Nichtsdestotrotz sind die Experimente von sigo hoch interessant.

robo

Stimmt, das habe ich vergessen zu schreiben: Sigo, ich finde Deine Idee UND die durchgeführten Experimente ganz hervorragend. (Aber das hatten schon so viele namhaftere gesagt :) )