Ultraschallmessung über große Reichweite

Hallo Forum !

Mein Anliegen ist es eine Positionsbestimmung mittels Laufzeitmessung eines Ultraschallsignals über große Reichweiten (vielleicht bis ca. 100m) durchzuführen.
Das Signal muss den Weg nur einmal zurücklegen, da die Laufzeit zwischen einem
Sender am Ausgangspunkt und einem Empfänger am Zielpunkt gemessen wird.

Im Nahbereich gilt lineare Abhängigkeit zwischen gemessener Spannung U am Empfänger
und dem Abstand r zwischen Sender und Empfänger:

U ~ p und U=S*p (1.)
mit
U: Spannung des Empfängers
S: Empfindlichkeit des Empfängers
p: Schalldruck

p/p0 = r0/r (2.)
mit
p0: Bezugsschalldruck
r0: Bezugsentfernung

somit läst sich herleiten, dass U ~ 1/r ist.

Die aufgestellten Beziehungen gelten nur für isotrophe Verhältnisse einer Punktschallquelle ohne Dämpfung.

Berücksichtigt man die Dämpfung, so ergibt sich folgende mathematische Beziehung:

p(r) = p(r0) * e^(-a*(r - r0)) (3.)
mit a als Dämpfungsfaktor.

Für mich waere zum einen einmal interessant zu erfahren, ob jemand diesbezüglich Erfahrungen hat und eine Abschätzung zur Machbarkeit des Vorhabens geben
kann. Ob es eventuell Sender gibt, die einen ausreichenden Schalldruck erzeugen
können, um z.B. 100m zu erreichen und noch mit einem Empfänger detektierbar sind.
Dazu ist anzumerken, dass mir ein Signal von ca. 40Khz vorschwebt, einzusetzen.
Vielleicht kann jemand Aussagen treffen, wie eventuelle Konstruktive Lösungen, sprich Lautsprecher, aussehen (Größe, Diemension) und welche Leistungen (evt. elektrische) man so benötigt. Vielleicht kann auch jemand Hinweise geben, ob es hinreichend genau ist, wenn
man zur Bestimmung des Senderschalldruck die Formel 3 ansetzt und als Bezugsgröße die
Empfindlichkeit des Empfängers wählt.

Gruss Matthias

[walddax]

Könnte man evtl. den Schall vom Sender durch n Rohr bündeln, damit er nicht so streut?
Dann müsste die Reichweite größer sein, oder?

[Manf]

Mit einem Spiegel ginge es sicher ganz gut.
Im Deutschen Museum hängt ein Wecker an der Decke unter einem Hohlspiegel, und man hört ihn dadurch ganz gut ticken.

http://www.fh-luh.de/physik/experimenta/fluester.html
hier ist auch noch einer

Bild hier  

Wir hatten ja schon vorher kurz über das Thema gesprochen.
100m ist ein bisschen weiter als üblich, vor allem wird es dann im Freien sein mit Wind und mehr Geräusch. Unmöglich ist es sicher nicht, bei Tests in Räumen mit glatten Wänden kann man die mehrfache Reflexion über Strecken von n-facher Raumlänge leicht messen.
Manfred

[Manf]

Wenn es sich mit dem Spiegel einrichten läßt, dann verteilt sich die Leistung der Wandler ganz gut über die Spiegelfläche und eine hohe Leistungsdichte tritt nur beim Wandler selbst auf.

Die Spiegel trifft man auch immer wieder in technischen Museen und wie ich gehört habe, auch an einer Bus oder Straßenbahnhaltestelle in Hannover.

Ich finde es gerade nicht im Netz. Dort kann man sich quer über die belebte Straße mit jemandem im Flüsterton unterhalten, wenn er oder sie auch gerade am Spiegel steht.
Manfred

[cauboy]

Bei der neuen Mercedes S-Klasse wird zu Entfernungsbestimmung des Vordermanns Radar benutzt (hab ich letztens irgendwann gelesen), lässt sich das vielleicht auch bei deinem Problem verwenden?

[stochri]

Warum muss es immer Ultraschall sein ?
Wie wäre es mit hörbarem Schall ? Da kann man günstige Audioverstärker und Rockkonzertboxen verwenden. Ich denke mal so 2KW müssten für 100m reichen.
Wie weit kann man eigentlich eine Grille hören ?
Oder wie wär's mit einer Harley Davidson als Sender ? Könnte man vielleicht sogar auf 500m hören.
Und wenn jetzt jemand denkt, das wäre zu laut, was machen dann die ganzen Hunde und Katzen bei einem Ultraschallsender der auf 100m sendet ?


Gruss,
stochri

[AnonymSpam]

Hallo Forum !

Viellen Dank erst mal für die reichhaltigen Anregungen und Tips.
An Hörbare Frequenzen habe ich auch schon gedacht, aber der Robo fährt in einer
Halle und die kann in einem Wohngebiet stehen, was vielleicht etwas belästigend werden
kann, wenn da so ca. alle Sekunde ein PING gesendet wird. Gut mit Ultraschall hören es
die Menschen vielleicht nicht mehr, aber die armen Tiere wohl schon. Na ja, wenigstens verscheucht man dann ja auch das Ungeziefer aus der Halle.

Aber jetzt erst mal wieder etwas ernsthafter. Die Sache mit dem Spiegel schein einer Überlegung Wert. Erreicht man damit eine Erhöhung der abgestrahlten Intensität
(I(r) = Leistung / Fläche), was zu einer Erhöhung des Schalldrucks führt? Ich denke ja, sonst könnte man den "Wecker" nicht ticken hören - Oder ?

Die zweite Option, an die auch schon gedacht habe, ist der Einsatz von Radar. Nur müsste ich die Entfernung zu einem definierten Referenzpunkt detektieren können! Geht das ? Ich habe gelesen, dass man durch entsprechende Auswertung des Signals den Typ des Flugzeuges erkennen kann, kann man dieses Prinzip auch auf einen definierten Referenzpunkt - Eckfahne - anwenden? Wie genau könnte man messen ?

Gruss Matthias

[Rubi]

Die Spiegel trifft man auch immer wieder in technischen Museen und wie ich gehört habe, auch an einer Bus oder Straßenbahnhaltestelle in Hannover.

Gibt es so ein Teil auch in Wien ?
Schon ein faszinierendes Experiment.
Würde mich interessieren wie stark die Stimme verfälscht wird.

Diese "Spionage Parabol Mikrofone" die ich aus Neugierde getestet habe, haben nie so wirklich gut funktioniert.

LG
Rubi

Hallo,

bei großer Entfernung würde ich auch mal eine Laufzeitmessung mittels Laserpointer in Erwägung ziehen ...

Frank

[Bernhard667]

Hallo,

Ultraschall auf 100 m, das ist wirklich weit.
Habe selber schon ~12 m erreicht, wenn auch nur mit UST-40.
Um 100 m zu schaffen brauchst Du sehr viel Leistung.

Was meiner Meinung nach kaum klappen wird ist die Idee, aus dem empfangenen Pegel den Abstand zu berechnen.
Die Genauigkeit dürfte mies werden:
-Sender und Empfänger haben Richtcharakteristik. Wenn die Keulen sich gegenseitig verschieben, verändert sich der Empfangspegel stark.
Wenn schon wäre Laufzeitmessung denkbar.

Habe ich richtig verstanden, daß der Roboter sich bewegen soll in der Halle?
Dann ist auch mit Bündeln der Wellen über Reflektoren kaum was zu machen, sonst müsstest Du die Reflektoren nachführen.


Andere Frequenzen als US zu verwenden ist natürlich möglich. Allerdings muß Du zuverlässig dein Nutzsignal vom Störsignal trennen können.
Deswegen ist es günstig einen Frequenzbereich zu verwenden, der einigermaßen ruhig ist.
US Bereich ist ruhiger als der hörbare Bereich (war mein Eindruck bei meinen Versuchen).

Bernhard