OT Ultraschall Anemometer

Hallo

Bin für meine Wetterstation auf der Suche nach einem Schaltkreis für ein
Ultraschall Anemometer.
Die Windgeschwindikeit mit Ultraschall zu messen, erscheint mir sehr verlockend, da man dazu keine mechanischen Teile benötigt ( geringer Verschleis ) und man so ein Teil ser unauffällig positionieren kann.
Leider habe ich im Internet nicht viel dazu gefunden und bin außerdem auch noch skeptisch ob so etwas überhaupt gut funktionieren kann.
Hat jemand vielleicht Erfahrung in diesem Bereich oder kennt eine gute Internetadresse ?

LG
Rubi

Wie es aussieht kann man bei der Konstruktion von einem Kleiderständer ausgehen.
http://www.thiesclima.com/usanemo.htm

Bild hier  

Hi,
ich interessiere mich auch für die Thematik. Hab mir heute ein paar Gedanken dazu gemacht. Ergebnis: die Zeitanforderungen sind sehr extrem. Da ja nur ein Bruchteil der Geschwindigkeit (je nach Winkel) am Sensor ankommt. Um da 1m/s Windgeschwindigkeit zu messen ist schon eine Abtastung im MHz Bereich notwendig.
Sollte sich was ergeben. Bitte melden.
Gruß
Tom

Zitat:

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die Zeitanforderungen sind sehr extrem.

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Einen Phasenvergleich von Ultraschallsignalen muss man ja nicht mit SW durchführen. Wenn der Phasenvergleich mit Logikgattern durchgeführt wird, ist 1MHz keine hohe Anforderung.

Besser wird es sein, die Frequenz auf einheitliche Phasenlage zu regeln. Dann ist die Frequenzmessung nach einem Teiler eine beliebig gemütliche Angelegenheit. Sie muß halt abgeschlossen sein bevor die Windgeschwindigkeit sich wieder geändert hat.

Manfred

Hallo Pred8or und Manf

Zu meiner Schande muß ich gestehen das mir das ganze fürs erste auch zu kompliziert war. Arbeite im Moment am Webserver und evtl. an Regen und Schneesensor.Der Schneesensor geht auch über Ultraschall, nur wird hier halt die Entfernung gemessen und verglichen,... ( alter Hut).
Ein Windsensor wäre halt schon allein deswegen schön für mich, da ich gerne mit Modellen am Hang segle um man dazu Wind benötigt,...

LG
Rubi

@Manfred:
kenne mich da leider nicht so aus (bin Maschinenbauer), könntest Du interessehalber mal etwas ausholen.
@Rubi:
ich hab momentan einen WS2500 von ELV, geht gar nicht schlecht. Aber Wind bräuchte ich fast etwas genauer. Werde mir deshalb den Windmesser aus der Elektor 04/05 nach dem Rotavecta Prinzip (Windrichtung & Geschwindigkeit mir Schalenkreuz messen) nachbauen.
Gruß
Tom

Zitat:

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kenne mich da leider nicht so aus (bin Maschinenbauer), könntest Du interessehalber mal etwas ausholen.

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Ich habe im Moment die Berichte zur detaillierten Wirkungsweise von Anemometern nicht gefunden. Selber schreiben will ich es jetzt auch nicht.
Vorab folgendes: die verbreitetsten Meßverfahren findet man gleich im Produktangebot der Meßtechnikhersteller: Windrad, Hitzdraht, Ultraschall als Handgeräte für 300-600 €...
Es geht sicher darum das ganze billiger selbst zu machen. Das geht sicher. Die erreichbaren Daten kann man sich ja schon mal ansehen.

Zur Ultraschallmessung vorab doch noch die Bemerkung:
Die Frequenz, die sich bei einfacher Rückkopplung von Empfänger auf den Sender ergibt ist schon ein gutes Maß für die Wellenlänge. Sie ändert sich sehr genau mit der Windgeschwindigkeit. Die Eliminierung der Mehrdeutligkeit gelingt bei kurzen Meßsterecken sehr gut. Längere Meßstrecken sind genauer, dafür aber sorgfältiger auf Mehrdeutigekeit zu überprüfen.
Manfred

vebreitung von ultraschalwellen hängt auch von der temperatur ab ...
glaube ich ...

und.... wieso so kompliciert ? ... mit mechanischer wind-sensor ist alles vieeel einfacher .... und genauer.
( http://www.telesys.ru/projects/proj089/index.shtml )

Zitat:

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mit mechanischer wind-sensor ist alles vieeel einfacher .... und genauer.

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Zitat:

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Die erreichbaren Daten kann man sich ja schon mal ansehen.

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Die mechanische Lösung kann sicher auch sehr einfach gehalten werden.

http://www.energyquest.ca.gov/projects/anemometer.html

Bild hier  

Hallo!

Zitat:

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Zitat von nestandart

vebreitung von ultraschalwellen hängt auch von der temperatur ab ...
glaube ich ...

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Ja das stimmt, aber zur Auswertung kommt man um einen Prozessor nicht herum und für den ist das ein leichtes.

Zitat:

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Zitat von nestandart

und.... wieso so kompliciert ? ... mit mechanischer wind-sensor ist alles vieeel einfacher .... und genauer.
( http://www.telesys.ru/projects/proj089/index.shtml )

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Ein interessanter Link, danke. Leider in russisch.
Das wäre aber nicht das Hauptproblem, leider geht der Erbauer überhaupt nicht auf den Sensor ein.
So ein Taschengerät wäre schon nett nachzubauen.

LG
Rubi

bin seit einigen Tagen am sammeln von Infos zu US-Anemometer und auch schon reichlich fündig geworde.
Scheint alles nicht sooo schwierig zu sein. Bausätze gibt es auch schon.
Hat jemand Lust das mit mir zusammen zu realisieren ?

email direkt an catweazlex@gmx.de subj: Anemometer

Naja, die Frage ist ein bisschen vage, Du sagst ja wenig über Dein Alter oder Vorkenntnisse und Deine Ansprüche an das Projekt.

Wenn Du vielleicht ein bisschen über Deine Zielsetzung in Vergleich zu einem einfachen Anemometer sagen kannst das man fertig kaufen kann.
http://www.atp-messtechnik.de/messge...nemometer.html
http://www.thiesclima.com/UltrasonicAnemometer1De.htm

Kommt es auf Handlichkeit, Genauigkeit, geringen Preis an, oder nur erst mal um die Umsetzung des Prinzips?
Manfred

..dann will ich mal etwas Licht in die Sache bringen :mrgreen:

Alter : 58

Erfahrung: +20 Jahre Design/Programmierung/Management Produktentwicklung Datenerfassung in der Industrie

Ansprüche : Level Hobby - proof of concept - protoyp

Genauigkeit ca : Windrichtung +-7% Windgeschw : +-10%

Hardware : AVR

Software : AVRCO / BASIC /C oder ASM wenn gut ! dokumentiert

Entlohnung : nach Vereinbarung

Zeitziel : offen

nicht als kommerzielles Produkt geplant !

Weitere spezielle Fragen/Antworten gerne unter Email / Tel.

Gruß

S genau war es sicher nicht erfoderlich ist aber sicher auch hilfreich.

Mit "Alter oder Vorkenntnisse" meinte ich dass ein 12 jähriger vielleicht andere Erwartungen an eine Kooperation hat als ein deutlich älterer und dass es einen Unterschied macht, ob jemand sich auch beruflich mit Technik beschäftigt.

Nachdem jetzt soviel bekannt ist will ich Dich trotzdem noch nicht ganz in den Email Bereich entlassen.

Du sagst es soll kein kommezielles Produkt sein und Du hast schon viel an Information zusammengetragen. Du könntest ja ein bisschen davon erzählen, welche Aspekte besonders interessant sind und wie das Gerät funktioneren soll, nicht mit viel Aufwand Wort für Wort sondern anhand von Beispielen.

Auf diese Weise können sich noch einige Anregungen (auch für andere) ergeben und Erfahrungen können ausgetauscht werden. Es klappt nicht immer, aber eine Chance wäre es schon.

Ein Aspekt hierbei wäre sicher auch ob die Ausführung wetterfest sein soll oder ob es (erst mal) darauf ankommt dass das Prinzip funktioniert. Anwendung im Freien, in Lüftungskanälen, Gasleitungen.
Manfred

..nundenn :
Einsatzbereich : auf Segelboot :cheesy:
hier ein paar Links zur Diskussion :
professionell : http://www.fttech.co.uk/ft702.html
Bausatz : http://www.quasarelectronics.com/3168.htm
wiss.Abhandlung : http://www.iop.org/EJ/abstract/0957-0233/16/2/030
Realisierung : http://www.circuitcellar.com/library...-186/index.htm

...weitere Links :
http://www.novalynx.com/200-7000.html prof.

http://tams-www.informatik.uni-hambu...ndte_sensorik/

Forschungsarbeit :

Multiple-frequency continuous wave ultrasonic system for accurate distance measurement 0.01mm C. F. Huang, M. S. Young, and Y. C. Li
Department of Electronic Engineering, I-Shou University,
liegt zu Studienzwecken vor ( nicht öffentlich)

m.E. wäre eine Phasenmessung als Ansatz eine richtige Herausforderung.
Durch dessen Genauigkeit auch vielseitig einsetzbar.

Der vorliegende Aufsatz von Huang e.a. beschreibt recht genau das Verfahren.

Sagt mal, die Variante mit dem Hitzdraht ist doch an sich auch nicht schlecht. Der Draht wird ja auch nicht bewegt. In einer uralten Elektor (weiß jetzt nicht welche) war mal eine Idee für einen Windsensor: Man nehme zwei Transistoren und kopple sie recht eng thermisch miteinander. Einer der beiden dient als Heizer (etwa 20° über Umgebung), der andere wird als Temperatursensor genommen. Die Regelung versucht nun den Sensor auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Je nach Luftzug wird der Anordnung mehr oder weniger Wärme entzogen und der Heizstrom ist ein Maß für den Luftzug. Um das Ganze gegen Umgebungstemperatur unempfindlich zu machen muß halt noch ein extra Thermosensor rein. Für eine Wetterstation ginge das dann. Die Sensoranordnung in ein Rohr einzubauen gestattet es nur eine bestimmte Richtung zu messen.

Wenn man die Anordnung mehrfach aufbaut und die Rohre unterschiedlich ausrichtet,bekommt man sicher auch noch die Windrichtung heraus. Und das ganz ohne mechanisch bewegte Teile, so wie beim Ultraschall.

Zitat:

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Zitat von catweazlex

..nundenn :
Einsatzbereich : auf Segelboot :cheesy:
hier ein paar Links zur Diskussion :
professionell : http://www.fttech.co.uk/ft702.html
Bausatz : http://www.quasarelectronics.com/3168.htm
wiss.Abhandlung : http://www.iop.org/EJ/abstract/0957-0233/16/2/030
Realisierung : http://www.circuitcellar.com/library...-186/index.htm

---

Ich finde den Bausatz als Ausgangspunkt ganz interessant. Die Schaltung ist ja recht minimal und man könnte sich ja relativ leicht ansehen wie das Prinzip arbeitet, welche Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit sich etwa erreichen läßt.

Hitzdraht Anemometer sind ja auch oben unter den links mit angegeben, http://www.atp-messtechnik.de/messge...nemometer.html. Haben sie denn auch Vorteile bei der Messung der Windgeschwindigkeit?
Manfred

Zitat:

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Genauigkeit ca : Windrichtung +-7% Windgeschw : +-10%

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Ich frage mich gerade, wie groß eine Abweichung von 7% bei der Winrichtung ist =P~

mfg

Stefan

www.stefansuessmann.de <<<--- meine Wetter

Hitzdraht Strömungmessung / Hotwire flowmeter :
mit wenig Aufwand recht genaue Messwerte, aber in weitem Außentemperaturbereich (0-40C) schon nicht mehr so einfach.
Es gibt schon mehrfach Schaltungen mit einem geschlossenen Regelkreis der Thermosensoren in Analog und Digitalvariante.

Hiermit die Windrichtung annähernd genau zu ermitteln wird wegen Verwirbelung in den Eintrittsöffnungen der Rohre nicht möglich sein .
Es sei denn man dreht den Sensor / Rohr per Windfahne in den Wind.
Ich meine die Kosten/Gesamtaufwand für eine Realisierung wird hauptsächlich durch den Preis der Sensoren bestimmt.
US-Wandler sind halt recht teuer, geben aber den Windvektor recht genau wieder.
Alles in allem glaube ich die Vorteile liegen bei der Realisierung mit US, sofern man den Windvektor (Betrag UND Richtung) bestimmen wil.
US-Transducer (Sender und Empfanger in einem Gehäuse) senken den Preis und den techn.Aufbau.
…lässt sich aber auch durch LASER bewerkstelligen (any takers ?)

@Stefan...fällt mir nur Uli Stein ein :"Brotzentrechnung" 8-[ 8-[

Zitat:

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Zitat von Suggarman

Ich frage mich gerade, wie groß eine Abweichung von 7% bei der Winrichtung ist =P~
mfg
Stefan
www.stefansuessmann.de <<<--- meine Wetter

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Es ist sicher einfacher wenn Du den Autor fragst, er könnte erklären was er gemeit hat, oder ob es ein Schreibfehler war.
Manfred

Zitat:

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Zitat von Manf

Ich finde den Bausatz als Ausgangspunkt ganz interessant. Die Schaltung ist ja recht minimal und man könnte sich ja relativ leicht ansehen wie das Prinzip arbeitet, welche Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit sich etwa erreichen läßt.

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So in etwa habe ich mir das auch gedacht.
Wenig Bauteile, der Rest ist Software.

LG
Michael

:idea: Damit niemand zu lange Nachdenken muss ...ersetze "7%" durch "7°"


( gemeint war "Prozentuale Abweichung Istwert vom Sollwert")

Fangen wir mal irgendwo an:
Was kann man über die Schaltung 1 aus 3168 sagen?
Ein 4052 analoger Multiplexer mit zwei Wandlern an den x und y Leitungen über Kreuz.
Die Adresse kommt von Pin 10 des PIC 16F628, hier kann man also die beiden Wandler an den Leitungen x und y vertauschen.

X kommt von dem Ausgang Pin 1 des PIC, der Wandler wird sicher als Sender betrieben, Y geht an einen Verstärker, das ist dann der jeweilige Empfänger. Die Verstärkung ist etwa 100* (0,5 – 10) und geht dann noch an eine Transistorstufe die ein digitales Signal an Pin 6 abgibt.

Messen kann man also im wesentlichen die Phasenlage bei Übertragung in beiden Richtungen, also auch die Phasendifferenz.
Die Messanordnung ist auch einfach mit zwei Wandlern an ein paar Chopsticks geklebt, ca. 18cm Abstand.

Die Phasendifferenz bei 40kHz in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit ist glaube ich nicht gegeben. Sollte man die schon einmal ausrechnen?
Manfred

Toll Manf..gehn wir mal zur Sache
Ich brüte hier auch schon über die Theorie mit 3 Sensoren !
Wie wäre ein Schaltung mit Transducern , wegen der Kosten ? (siehe Cyliax Link). Würde sich der Polaroid eignen (Salzwasser usw) ?

IMHO glaube ich in der 3186 wird TOF und nicht Phase erfasst, bin aber nicht sicher. Werde mal das Programm dazu studieren.

:Strahl Läßt aber schon gut an !!

Gruß

den Gewinner lad ich auf einen Segeltörn ein !!

Hallo

Ich würde die Sensoren hier kaufen:
http://www.w-r-e.de/shop/index.html
Unter Sensorik/Ultraschall
Ein Paar kostet um die 10 Euro

Diese hat er in Vorbereitung, sehen auch interessant aus:
http://www.w-r-e.de/robotik/index.htm

LG
Michael

Bild hier   http://www.voti.nl/shop/catalog.html?M-400ST-SR
Von den Wandlern habe ich neulich mal welche billig(er) erstanden, die sind sicher handlich und preiswert.
Als Ender und Empfänger (nacheinander) solle man sie einsetzen.
Ich habe gerade eine schöne Signalweiche gebaut, bin aber noch bei der Optimierung.
Manfred

der Tranceiver bei voti (24khz) ist billig. Was die Dinger wohl in salzhaltiger Luft anstellen. Muss man sich später etwas in V2A oder Vollplastik suchen.

@Manf : Weiche : kann man das nicht über die Impedanz der Treiberstufe regeln ? i.e. hochohmig= Micro neiderohmig=Sender ?

Kennt jemand Tranceiver für 40Khz oder geschlossene Sensoren ?
Edelstahl hab ich in USA gefunden..sind nicht zu bezahlen.
Bei minimum 3 Sensoren ( oder 3 Paar) geht das ganz schön ins Geld.

Habe gerade Unterlagen für die Errechnung der Windvektoren aus 4/3 Sensormessungen in 2D gefunden. ( is Mathe für später)

Idee : PLL-Regelkreis-Sender-Empfänger zum Messen einer Phasenverschiebung ?

:idea: ! für die Profis !
Es liegt mir eine Veröffentlichung aus Taiwan vor, die ich gegen einen NDA per Email zusenden kann. Ist in engl...hier der Anfangstext :

A highly accurate multiple-frequency continuous wave ultrasonic range-measuring system for use in
air is described. The proposed system uses a method heretofore applied to radio frequency distance
measurement but not to air-based ultrasonic systems. The method presented here is based upon the
comparative phase shifts generated by three continuous ultrasonic waves of different but closely
spaced frequencies. In the test embodiment to confirm concept feasibility, two low cost 40 kHz
ultrasonic transducers are set face to face and used to transmit and receive ultrasound. Individual
frequencies are transmitted serially, each generating its own phase shift. For any given frequency,
the transmitter/receiver distance modulates the phase shift between the transmitted and received
signals. Comparison of the phase shifts allows a highly accurate evaluation of target distance. A
single-chip microcomputer-based multiple-frequency continuous wave generator and phase detector
was designed to record and compute the phase shift information and the resulting distance, which
is then sent to either a LCD or a PC. The PC is necessary only for calibration of the system, which
can be run independently after calibration. Experiments were conducted to test the performance of
the whole system. Experimentally, ranging accuracy was found to be within 60.05 mm, with a
range of over 1.5 m. The main advantages of this ultrasonic range measurement system are high
resolution, low cost, narrow bandwidth requirements, and ease of implementation.

na denn..viel Vergnügen..hats aber in sich

Zitat:

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Kennt jemand Tranceiver für 40Khz oder geschlossene Sensoren ?

---

Ich habe mal 40kHz Transceiver für unter 3€ pro Stück gekauft, die kann man leicht auswechseln wenn sie mal kaputt gehen, das sollte nicht die Hauptsorge sein. Die sind gut zum experimentieren. Die gekapselte Version gibt es auch, die ist dann deutlich teurer.

Ich denke man sollte mal die grundlegende Berechnung für TOF und Phasenänderung machen um ein Gefühl dafür zu bekommen um welche Größenordungen es geht. Auch die Temperatur oder andere Parameter wie Feuchte in der Empfindlichkeit abschätzen.

Den Bericht "A highly accurate multiple-frequency" haben wir auch schon mal andiskutiert, die Entfernungsmessung ist ein bisschen aufwendiger.

Der Vorteil einer Phasenmessung gegenüber einer frequenzvariablen PLL Konfiguration ist der, dass der Phasengang (über der Frequenz) der Wandler nicht eingeht. Wenn ein PLL mit der höheren Auflösung der Frequenzmessung nötig wird, dann sollte man einen Frequenzabschnitt wählen in denen die Wandler einen besonders geringen Phasengang haben.
Manfred

....PLL- PHASE LOCKED LOOP

regelt doch über eine Phasendifferenz zweier Signale

i.e Regelgröße abh. von Phasendifferenz

oder habe ich da was falsch verstanden? :-b

hier Kurzdaten von http://www.novalynx.com/200-7000.html

Wind Speed
Range 0-134 mph (0-60 m/s)
Accuracy ± 4%
Resolution 0.02 mph (0.01 m/s)

Wind Direction
Range 0 to 360° - no dead band
Accuracy ± 3°
Resolution 1°

Moisture Protection IP65
Operating Temperature -31° to +158° F (-35° to +70° C)
Storage Temperature -40° to +194° F (-40° to +90° C)
Operating Humidity < 5% to 100%

Size 5.6" x 6.3" (142 x 160 mm)
Weight 1.1 lbs (0.5 kg)
Preis : Einzelstück $845 :(

Zitat:

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Zitat von catweazlex

....PLL- PHASE LOCKED LOOP
regelt doch über eine Phasendifferenz zweier Signale
i.e Regelgröße abh. von Phasendifferenz...

---

Beim Durchgang durch den Wandler hat man eine Phase am Eingang (beim Sender elektrisch) und eine Phase am Ausgang (beim Sender akustisch). Die Phasendifferenz ist im allgemeinen frequenzabhängig. Hält man die Frequenz konstant, dann ändert sich die Phase nicht, (zumindest nicht durch dadurch).

Beim PLL wird die Phase ausgeregelt. Hierzu wird die Frequenz so eingestellt, dass die Phase konstant bleibt. Das ist die Phase über das System von Wandler, Luftstrecke und Wandler. Die Phase ist die Summe über die Regelgröße (Störgröße abhängig vom Wind) und die Phasenänderung in den Wandlern die bei der Frequenzänderung auftritt. Man muss dabei dann den Phasengang über eine Tabelle wieder herausrechen.

Eine Alternative wäre zwei gleiche Empfänger am Anfang und am Ende der Luftstrecke...
Aber das ist schon ziemlich grundsätzlich, das Ganze muss man gleichzeitig quantitativ betrachten.
Manfred

Ich poste hier mal den Quellcode zur Schaltung von 3168 Windmesser.

Irgendein PIC Spezialist zur Analyse ?

Speziell Zeitrahmen der Implus Generierung / Auswertung wäre interessant

Link zur Schaltung wurde schon gepostet

Ran an die Buletten !

Hier noch die Sschaltung zu Windmesser 3168 Teil 1(2)

Windmeter 3168 Schaltung 2(2)

Zur Fairness gegenüber dem Anbieter wollte ich auch noch mal erwähnen, dass das Gerät dort als Bausatz oder fertig gekauft werden kann zu einem Preis, zu dem man es kaum als Einzelstück nachbauen kann.
http://www.quasarelectronics.com/3168.htm
EPE Ultrasonic Wind Speed Meter Kit £29.75 £25.28 GB£34.95

Vielleicht ist als Einstieg der Kommentar zur Berechnungsroutine interessant:

Code:

---

;*********** GET WIND SPEED FROM VALUES OF WIND0 AND WIND1

; In still air at around room temp (20^C) when the 2 screen counts are equal,
; the count value (3608 in one version of the prototype) represents a sound speed of 344 metres per second.
; A difference of 1 count between the two counters represents:
; (higher count / lower count) * 344
; e.g. (3609 / 3608) * 344 = 344.09532 metres per sec
; i.e. the sound speed is now 0.09532 faster than above "standard"
; and 1 count represents (rounded) sound speed + 0.1 metres per sec
; Wind speed in this case thus =
; 0.1 * 3600 (seconds in a hour) = 360 metres per hour
; 360 / 1000 (metres in 1 kilometre) = 0.36 kilometres per hour (kph)
; miles per hour (mph) = kph * 5 / 8
; therefore 1 pulse = 0.225mph
; feet per sec = metres per sec * 3.28
; therefore 1 pulse = 0.328 feet per sec
; A 20^C change in temp = 3.5% error from above which is taken as
; insignificant and not correct for.
; N.B. temp change is the main cause of changes in sound speed
; at  0^C = 332 m/s
; at  20^C = 344 m/s
; at 100^C = 386 m/s
; (effects of humidity and barometric pressure are small by comparison)

---

Damit man sic ein Bild machen kann wie das realisert worden ist, ein Photo vom Artikel aus Circuit Cellar
[/img]

Also die Teile hätte ich alle zu Hause herumliegen.
Ich denke ich werde dieses oder nächstes Wochenende
die Schaltung mal nachbauen und dann berichten.

Was mir nicht gefällt ist die Größe des Sensors.
Da gefällt mir die Komerz. Version um einiges besser,
die das Signal reflektiert und dadurch die US Teile nicht
so weit entfernt sein müssen.

Bin mir nicht sicher ob ich mit meinem ICD2 diesen Pic debuggen kann,
da ich wenn dann nur 18er Pics verwende.
Sollte das aber möglich sein, wäre es recht einfach nachzuvollziehen
wie weit man gehen darf um den sensor Teil kompakter hinzubekommen.

LG
Michael