Ultraschall verstärken

Moin,

Ich experimentiere mit diesen Ultraschallsensoren. Ich habe den als Sender und Empfänger. Ich habe das ganz Simpel an ein AVR Controller angeschlossen.
LunaAVR Code:

Code:

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avr.device = Attiny13
avr.clock = 1000000
avr.stack = 30

#define plus as portb.1
#define minus as portb.0

plus.mode = output,low
minus.mode = output, low

do
waitus 6
plus = 1
waitus 6
plus = 0
waitus 6
minus = 1
waitus 6
minus = 0

loop

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Ein Empfänger habe ich auch gebaut durch diese Anleitung. Ich habe die Anleitung auf Seite 54 genutzt. Ich habe nur den Sender weggelassen. Somit kann ich prüfen, ob die Frequenz überhaubt zustande kommt. Und es funktioniert auch, nur viel schwächer, als der Komplette Aufbau von Conrad. Also, Sender ist am Controller und der Empfänger extern aufgebaut.

Ich hätte das gerne sehr stark verstärkt, aber da fehlt mir das Grundwissen über diese Dinger.
Wird der Schall nur verstärkt durch Strom, oder Spannung?
Oder reicht ein ganz normaler Audioverstärker (amplifier) aus?
Ich habe es schon mit einer 9V Batterie getestet, aber da kam gar nichts raus. Und zwar habe ich ein Transistor BC368 genutzt. An Base habe ich den pin Ausgang genutzt (hier habe ich einen anderen Code geschrieben, und zwar minus vom Code gelöscht, somit wird nur eine Sinuswelle oberhalb von Plus erzeugt), an Emitter 9V+ und Connector den Sender angeschlossen und vom Sender an Masse, den Controller auch an Masse, also 9V und 5V teilen sich die Masse.
Oder wie könnte ich das alles verstärken, ohne ein Operator?

mfg EKI

Hallo,
im Datenblatt auf der Reicheltseite steht eine Maximalspannung für den Sender von 20Vp-p Rechteckspannung. Die kannst Du zB mit einer H-Brücke als Treiber erreichen aber nicht direkt mit dem µC. Schau Dir das Datenblatt an. Da ist auch das Prinzip der Kapsel aufgezeichnet.

Dein Programm oben ist auch nicht richtig. Meiner Ansicht nach muß ein Portpin auf 0 sein während der andere auf 1 ist. Nach der halben Periodenlänge von 40kHz (25µs)werden beide Portpins gleichzeitig umgeschaltet.

Also in etwa so und damit sollte schon etwas mehr gehen:

Code:

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plus = 0      'initialisieren
minus = 1    'initialisieren
do
  waitus 12
  plus = 1
  minus = 0
  waitus 12    'eventuell auch waitus 13
  plus = 0
  minus = 1
loop

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Bin auch nicht der Experte aber in der Art hatte ich auch mal ein paar Experimente durchgeführt.
Gruß
Searcher

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

Code:

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avr.device = Attiny13
avr.clock = 1000000

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Bevor ich das vergesse: Es kommt mir unwahrscheinlich vor, daß der ATtiny13 mit einem Takt von 1MHz läuft. Wahrscheinlicher sind 1,2MHz oder 9,6MHz. Besser mal die Fuses überprüfen sonst stimmen die 40kHz Ausgabe, die mit den waitus gemacht werden, vermutlich nicht und die US-Kapsel wird nicht mit ihrer optimalen Frequenz betrieben.

Hallo EKI,
Im Datenblatt Figure 9:
http://cdn-reichelt.de/documents/dat...L%20SENSOR.pdf
Kann man sehr schön sehen, dass der Schalldruck (Sender) bei einer Abweichung von +/-5kHz von den 40kHz von 120dB auf 100dB abnimmt.
20dB weniger sind ein Faktor 100 bei der Leistung.

MfG Peter(TOO)

Dann muss ich etwas anschaffen, damit ich sehen kann, wieviel hz im moment statt findet. Ich habe das auch öfters gelesen, aber was genau bedeutet vp-p. Ich habe auch ein ultraschall zu liegen, der 100vp-p hat. Aber wie soll ich 100 volt auftreiben? Soll schließlich mobil bleiben.

Hallo!

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

... was genau bedeutet vp-p.

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Das V_pp bedeutet: "Volt _{peak peak}" (Volt _{pik pik}) und auf Deutsch wird auch oft als V_ss also (Volt _{Spitze Spitze}) genannt.

Anders gesagt bedeuten 100 V_pp = ± 50 V. ;)

Hallo DJ EKI,

aus Deinem ersten Post lese ich, daß Du feststellen kannst, daß Dein Sender mit µC schwächer ist.

Nun kannst Du das Programm wie von mir weiter oben vorgeschlagen ändern, ausprobieren und schauen ob es besser geworden ist.

Wenn Du nicht weißt, mit welcher Frequenz der ATtiny läuft und wie man das einstellt, such Dir in Deiner IDE die Beschreibung um Fuses zu ändern. Welche zu ändern sind könntest Du hier nochmal mit einem Screenshot von der gegenwärtigen Einstellung nachfragen.

Du könntest aber vorher noch in dem Programm (nach meiner vorgeschlagenenen Änderung) einfach nur die Zeile "avr.clock = 1000000"
nach "avr.clock = 1200000"
und "avr.clock = 4800000"
und "avr.clock = 9600000" ändern
und nach jeder Änderung schauen, ob das Signal vom Sender kräftiger oder schwächer geworden ist.

Gruß
Searcher

Hallo,

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

Dann muss ich etwas anschaffen, damit ich sehen kann, wieviel hz im moment statt findet.

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Naja, etwas rechnen tut es auch, aber dazu muss die wirkliche Taktfrequenz des µC kennen.
Wenn du das Programm, entsprechend den Angaben von Searcher änderst und die richtige Quarzfrequenz angibst, sollte es in etwa passen.

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

Ich habe das auch öfters gelesen, aber was genau bedeutet vp-p. Ich habe auch ein ultraschall zu liegen, der 100vp-p hat. Aber wie soll ich 100 volt auftreiben? Soll schließlich mobil bleiben.

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Wie PIC schon geschrieben hat.
Die Vpp ist die maximale Spannung, welche beim Sender angelegt werden dürfen. Irgendwo im Datenblatt steht auch bei welcher Spannung der Schalldruck gemessen wurde.

Wenn du das Programm von Searcher verwendest, liegen im einen Fall +5V und 0V am Sender und im nächsten Takt dann 0V und +5V. Nehmen wir jetzt mal den Linken Anschluss als Referenz, dann liegen am Rechten einmal +5V und einmal -5V an, du bekommst also 10 Vpp.

MfG Peter(TOO)

Danke euch allen.

Allein durch @Searcher hat die Stärke etwas zugenommen, aber als ich erst richtig Power bekommen habe, war die Taktfrequenz. Nur bei 0,8Mhz- 0,9Mhz war ein sehr großer Bereich zu messen, glaube ich, da ich den poti P1 weit drosseln musste.. Kann man auch die Taktrate 0,85 nehmen? Dann würde es gut passen ^^

Was mich jetzt interessieren würde, da mein eigentlicher Anwendungsbereich im Wasser liegt, wie man die Ultraschallsensoren, zb dieser hier, auf 140Vp-p bekommt, wenn man nur eine 9V Batterie benutzt. Es gibt doch solche Spannungswandler dafür. Denn mein Projekt es gescheitert mit einer 9V Batterie. Mit Transistor funktioniert es irgendwie nicht.

Den Ultraschallsensor habe ich desswegen ausgewählt, da es anschein im Wasser anwendbar ist. Wegen dem Gehäuse.

mfg EKI

Aus dem Bauch heraus glaube ich nicht an Unter-Wasser-Tauglichkeit. Wegen der Membran zweifle ich an der Druckfestigkeit. Hast du das aus dem Datenblatt entnommen?
Spezielle wetterfeste bzw. Unterwasser-US-Wandler kenne ich aus Datenblattbildern anders, kann dir aber jetzt keinen Link aus dem Ärmel schütteln.

40kHz ist eine typische Frequenz für Ultraschallanwendungen in Luft. Da die Schallgeschwindigkeit in Wasser um etwa Faktor vier höher ist als in Luft, wird bei unveränderter Frequenz die Wellenlänge viermal so lang sein. Damit wird die Richtwirkung schlechter.

Höhere Spannungen für den Sender können mit einem Hochsetzsteller / Sperrwandler erzeugt werden. Siehe elektronische Blitzgeräte.

Ist nur eine Vermutung. Wenn das jemand ganz genau weis, dass es damit nicht zu schaffen ist, dann kauf ich mir so ein echolot als Komplettgerät, aber es wäre halt mal ein schönes experiment. Im Wiki ist die Geschwindigkeit der Wellen für Wasser zu finden. Das könnte man eigentlich als Wert nutzen.

Für Experimentieren mit Wasser könnte man damit basteln: http://www.pollin.de/shop/dt/NzI4ODM..._mit_LEDs.html . ;)

ich kanns mir nich vorstellen ^^ Aber nu habe ich diesen Ultraschallsensor bei mir, ich denke mal, es kann nicht schaden, es auszuprobieren

also ich bin eher der Informatiker als der Pysiker/Techniker aber wir arbeiten hier an Industriellen US-Sensoren

um auf die notwendige Vp-p zu kommen bedarf es eines Trafos! Damit reichen auch 9V

Aber die Berechnungen und das Tuning sind genau wie beim selbstgebastelten Analogen Funksender/Empfänger kompliziert.

Bedenke dass dein Schallwandler unter Wasser zum einen direkt mit dem MEdium verbunden sein muss (Wasser lässt sich nicht komprimieren aber z.B. mikroskoipische Lufteinschlüsse) sonst wird die Schalleistung extrem gedämpft.
Und zum anderen wird sich im Wasser die Resonanzfrequenz auch verschieben ....
und ich meine auch schon gelesen zu haben, 40kHz ist wahrscheinlich eher ungeeignet, da die Wellenlänge im Wasser viel zu kurz ist und die Amplitude zu klein.
Sonar sollte deutlich niedrigere Frequenzen haben ... bedenke auch dass Sonar eine riesige Blindzone hat weil die Schallgeschwindigkeit deutlich höher ist, also das Echo früher ankommt während du noch den Wandler anregst!

Zitat:

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Zitat von Ceos

und ich meine auch schon gelesen zu haben, 40kHz ist wahrscheinlich eher ungeeignet, da die Wellenlänge im Wasser viel zu kurz ist und die Amplitude zu klein.

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Die Wellenlänge ist zu lang!

Schallgeschwindigkeit / Frequenz = Wellenlänge (ms^-1 / s^-1 = m)

Das Problem ist, dass Gegenstände welcher kleiner als sie Wellenlänge sind, nicht gemessen werden können.

ah, stimmt, ich hatte da beim schreiben ein falsches bild im kopf, klar :P

Ich habe mir da so ein Aufwärtswandler angeschaut, aber mir fällt erst später auf, dass daraus nur Gleichsspannung generiert wird. Wie mache ich das nun als Wechselspannung?
@RoboHolIC schrieb:

Zitat:

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Höhere Spannungen für den Sender können mit einem Hochsetzsteller / Sperrwandler erzeugt werden. Siehe elektronische Blitzgeräte.

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Die Wiki sprache ist meist zu hoch für mich ^^ Könnte jemand mir bitte zu mein Projekt genauere Infos geben? Oder evtl ein kleinen Schaltplan?

mfg EKI

Hallo EKI,

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

Ich habe mir da so ein Aufwärtswandler angeschaut, aber mir fällt erst später auf, dass daraus nur Gleichsspannung generiert wird. Wie
mache ich das nun als Wechselspannung?

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Technisch gibt es zwei Lösungen:

1. Du erzeugst eine höhere Spannung, wie z.B. 70V und steuerst dann den Wandler mit einer Brücke an um auf die 140 Vpp zu kommen. Die 70V kann man mit einem DC/DC Wandler aus z.B. 5V erzeugen.
2. Da wir über Wechselspannung reden tut es auch ein einfacher Trafo! Der wird dann recht klein, bei 40kHz ist der etwa 800mal kleiner als ein Netztrafo gleicher Leistung. Allerding geht das nur mit einem Ferritkern, normales Eisen hat viel zu hohe Verluste.
Allerding solltest du den Trafo nicht direkt, an deinem µC anschliessen! Eine Induktivität erzeugt immer Spannungsspitzen, welche dann deinen µC zerstören könnten.

MfG Peter(TOO)

Hallo Peter(TOO),

Zitat:

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Zitat von Peter(TOO)

D.......Das Problem ist, dass Gegenstände welcher kleiner als sie Wellenlänge sind, nicht gemessen werden können.

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Ist leider so nicht ganz richtig,

Vergleiche Dazu in der Natur:
Fledermäuse
In der Technik:
Ultraschall Sonar(Wie er grad in der Gynäkologie oder Herzchirurgie eingesetzt wird)

Früher glaubte man auch das man kein Gegenstand "Sehen" kann der kleiner als die damit angestrahlte Wellenlänge ist.
Heute gibt es Patente und auch Käufliche (von Zahlbarkit hat keiner geredet :D ), über Optische Mikroskope,
die in Nanobereiche sehen die erheblich kleiner als der Wellenlänge ist.

Gruss Pali64

Hallo Pali64,

Zitat:

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Zitat von Pali64

Ist leider so nicht ganz richtig,

Vergleiche Dazu in der Natur:
Fledermäuse
In der Technik:
Ultraschall Sonar(Wie er grad in der Gynäkologie oder Herzchirurgie eingesetzt wird)

Früher glaubte man auch das man kein Gegenstand "Sehen" kann der kleiner als die damit angestrahlte Wellenlänge ist.
Heute gibt es Patente und auch Käufliche (von Zahlbarkit hat keiner geredet :D ), über Optische Mikroskope,
die in Nanobereiche sehen die erheblich kleiner als der Wellenlänge ist.

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Ich habe mich etwas schlampig ausgedrückt, theoretisch liegt die maximale Auflösung bei der halben Wellenlänge.

340m/s / 20'000Hz = 17mm

Die Fledermäuse erzeugen Frequenzen im Bereich von 9kHz bis 200kHz. je nach Art.
Zudem verwenden sie nicht nur eine Frequenz. Meistens besteht der Ruf aus einer Festfrequenz und einer überlagerten abfallenden zweiten Komponente.


Frag mal, welche Frequenzen die beim Ultraschall verwenden (steht meist sogar auf dem Tastkopf drauf).
Das geht heute bis etwa 10MHz.
Bei Wasser muss man mit etwa 1'500m/s rechnen.
1'500m/s / 1MHz = 1.5mm

Ich weiss auch, dass es heute ein paar Tricks gibt, diese physikalische Grenze etwas zu umgehen.
Wird dann aber meist recht aufwändig und basiert auf Laserlicht.

Das Optisches Rasternahfeldmikroskop kommt mit 100nm Lichtquelle auf etwa 30nm Auflösung.
Auch hier wird es nicht um Zehnerpotenzen verbessert.

MfG Peter(TOO)

Wenn es schon ausführlich um Auflösung geht dann will ich noch ergänzen:
Die halbe Wellenlänge gilt für die Auflösung der Richtung.
Häufig setzt man gerade Ultraschall für die Ortung ein und möchte hauptsächlich wissen, ob sich in der angepeilten Richtung etwas befindet und in welchem Abstand.
Ein Objekt an dem die Wellen gestreut werden reflektiert auch etwas wenn die Abmessung sehr viel kleiner ist als die Wellenlänge, nur recht wenig, wenn das Objekt klein ist und es ist dann auch nur als Punkt wahrnehmebar. Die Wahrnehmbarkeit an sich ist aber nicht durch die Wellenlänge begrenzt.

Wenn eine Welle ein objekt trifft, dann wird die doch sowieso zurück geschleudert. Egal wie lang die Welle ist, oder nicht?

Ich habe nun auch mit ein dc dc wandler beschäftigt. In den Shops bekomme ich nicht das, was ich brauche. Auch kein Trafo, dass genau das machen soll, was ich möchte. Da muss man sicherlich alles selber bauen. Aber ein Trafo werde ich nicht selber bauen können.
etwas habe ich schon selber gebaut und ich komme auch auf meine 40V. Ich könnte evtl die Frequenz auf 100kHz machen, um meine 60V zu haben, aber ich stoße sowieso auf ein paar Probleme.

Anhang 31594

Könnte ich damit überhaubt etwas anfangen? Da kommt nur konstante Spannung zustande durch die Spule. Es muss ja nicht unbedingt in den Minus Bereich gehen, so wie es üblig ist bei einem Lautsprecher, aber ich habe gehört, dass der Plus Bereich ausreicht.

mfg EKI

Hallo EKI,

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

Ich könnte evtl die Frequenz auf 100kHz machen, um meine 60V zu haben, aber ich stoße sowieso auf ein paar Probleme.

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Das geht eben nicht einfach!
Der Piezo-Wandler funktioniert wie ein Schwingquarz oder eine Stimmgabel.
Deiner hat was um die 40kHz, da schwingt der mechanisch mit. Andere Frequenzen dämpft er aber.
Deshalb geht die Schallleistung auch entsprechend zurück, wenn du den bei z.B. 35kHz betreibst, habe ich die aber schon, mit verweis aufs Datenblatt, geschrieben!

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

Auch kein Trafo, dass genau das machen soll, was ich möchte. Da muss man sicherlich alles selber bauen. Aber ein Trafo werde ich nicht selber bauen können.

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Gibt's doch fertig, z.B. so etwas:
https://www.conrad.de/de/puls-transf...st-554116.html
Bei Verschaltung als Spartrafo kannst du die Spannung verfünffachen.

MfG Peter(TOO)

Ich habe dich schon verstanden, die 100khz meinte ich nur für die 60 volt. Zeigt jedenfalls die simulation an.

Das teil, was du mir geschickt hast, ich wüsste leider nicht wie ich das anwenden kann. Was meinst du mit spartrafo?

Zitat:

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Zitat von Dj EKI

Das teil, was du mir geschickt hast, ich wüsste leider nicht wie ich das anwenden kann. Was meinst du mit spartrafo?

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Ein Trafo funktioniert in beide Richtungen. Meistens macht man z.B. aus 230VAC 12VAC aber man kann damit auch aus 12VAC 230VAC machen. Die normalen Trafos haben dazu 2 Wicklungen, welche dann auch für eine galvanische Trennung sorgen.

http://www.mikrocontroller.net/artic...rtransformator
Dieser hat keine galvanische Trennung.

Die Eisenmenge eines Trafos hängt von der Leistung und der Frequenz ab. Mit zunehmender Frequenz kann man die selbe Leistung mit weniger Eisen übertragen, deshalb findet man in einem Schaltnetzteil nur so kleine Trafos. Allerdings steigen mit der Frequenz auch die Eisenverluste an, weshalb man dann Ferritkerne verwendet. Zudem brauch man kleinere Induktivitäten, also weniger Windungen, mit zunehmender Frequenz.

Bei 40kHz tut es ein normaler 50Hz-Trafo halt nicht mehr.

Der verlinkte Impulstrafo ist aber für höhere Frequenzen ausgelegt.
Das verlinkte Teil hat nun aber 3 Spulen mit Wicklungsverhältnissen von 1:1:3.
Wenn du jetzt an einer 1er-Spule 1VAC anlegst erhältst du an der anderen 1er auch 1VAC und an der 3er 3VAC.
1V+1V+3V = 5V

Wie weiter oben schon besprochen, kannst du mit der Brückenschaltung aus 5V 10Vpp erzeugen, mit dem Trafo werden daraus dann 50Vpp.
Betreibst du die Brücke mit 10V, ergibt dies 20Vpp und mal 5 bist du dann auf 100Vpp.

OK, ist jetzt etwas einfach gerechnet, da ich die Verluste weggelassen habe, also brauchst du etwas mehr als 10V für die Brücke.

MfG Peter(TOO)

Zitat:

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Auch kein Trafo, dass genau das machen soll, was ich möchte. Da muss man sicherlich alles selber bauen. Aber ein Trafo werde ich nicht selber bauen können.

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Da hast du wohl was essentielles falsch verstanden!

Der Trafo in unserer Schaltung ist ein SMD Bauteil, 5x5mm und ca 6mm hoch (passend zum System gewickelt .. nur eine Hand voll Wicklungen)
Der wird, einfach ausgedrückt, an einem Anschluss der Primärwicklung von einem RC-Glied gespeist, wobei C ausreichend groß sein muss, und am 2ten Anschluss wird er periodisch über einen Leistungstransistor kurzgeschlossen. Der Strom der dabei durch die Primärwicklung rauscht, induziert auf der Sekundärwicklung dann eine Spannung, welche in den Piezo geht. Je nach Wicklungsverhältnis, erreichen wir damit auf Basis von 12V ganz leicht 200Vpp.

Außerdem hängt an der Piezo Seite auch noch ein passender (200Vpp) Verstärker der gleichzeitig als Limiter und Signalverstäker fungiert ... im Angeregten Zustand und während des Abklingens ist der Verstärker massiv übersättigt und gibt nichts sinnvolles aus, limitiert aber auch gleich das Signal. Erreicht der Piezo dann seine Ruhephase und Empfängt ein Echo, verstärkt sich das Signal und kann dann ausgewertet werden.

EDIT: Wenn ich die Schaltung hier deute hängt vor dem Empfangsverstärker auch ein RC Glied, dessen Sinn sich mir abe rnicht ergibt :)

Ich wünschte ich könnte mehr Details nennen aber mehr als das Funktionsprinzip und ein grobes Bild für den Kopf kann ich nicht verraten und Ahnung fehlt mir diesbezüglich auch, hoffe dennoch geholfen zu haben

Hallo

Weis nicht ob das schon erwaehnt wurde:
Die kleinen EBAY US-Detectoren verwenden den MAXIM RS232 Wandler, der erreicht auch fast 24Vpp

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nikolaus, danke, der wäre dann perfekt für die anderen Sensoren. Nun gehts eher um die Sensoren, die 120Vpp benötigen.

Ceos, dass mit dem verstärker wird dann mein nächster Schritt sein. Eigentlich könnte man doch auch ein Trafo zum verstärken nutzen, um den Eingangssignal zu empfangen. Nur wie trenne ich das? Denn Verstärker und Vorverstärker werden dann an einem Sensor sein. Am einfachsten wäre dann, wenn ich 2 Seperate Sensoren nutze. Aber da ich mir alles immer so kompliziert mache, werde ich es mit einem versuchen^^

Peter, Ich habe mir mal die Brückenschaltung angeschaut und verstehe zum Teil das Prinzip, aber ich kann den Einsatz der Brücke mit dem Trafo noch nicht so in Verbindung setzen. Also, ich kann mir das nicht so vorstellen, was zu tun ist.

Auf alle Fälle ist alles Interessant, was ihr mir so geschrieben habt.

mfg EKI

getrennter Sende- und Empfangskanal ist natürlich die elegantere Lösung, ich hab mir einfach mal den Schaltplan von unseren M18 Sensoren genommen und von da abgespickt soweit ich das darf XD Wir haben auch einen Sensor mit getrennten Kanälen. Für die benutzen wir allerdings schon integrtierte Ansteuerelektronik, weil das heavy duty Sensoren mit extremer Störschallunterdrückung sind :D

Peter, du hattest das mit der Brücke angesprochen, könntest du bitte ein paar Hilfestellungen geben? Die Brückenschaltung kann mit Widerstände Plus, oder Minus Spannung erzeugen. Je nach dem man die Widerstände einstellt. Aber wie mache ich das mit ein Trafo?

Hallo

Einen Trafo zum Hochtransformieren erhaelst du auch aus alten Blitzgeraeten.
Aber vorsicht, einer davon erzeugt die Zuendspannung, den nicht nehmen.

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Das ist eine gute idee, eins habe ich noch zu liegen. Habe auch jetzt ein multimeter, dass Henry und Frequenz messen kann.