Ultraschall - Entfernunsmessung mit Ultraschall Interface aus RN

[Manf]

Kurz gesagt ist die Laufzeit nicht vom Druck aber von der Temperatur abhängig mit ca. 1% pro 5°C. Bei 2m Abstand sind das 2cm Abweichung bei 5°C Temeperaturänderung.

Ein Weiterer Einfluß ist die Abhängigkeit von der Signalamplitude. Den größten Einfluß auf die Signalamplitude hat die Größe, die Beschaffenheit und die Ausrichtung der Echofläche. Bei einer Bandbreite von ca. 2kHz bei 40kHz Arbeitsfrequenz kann die Erkennungsschwelle innerhalb der geschätzt maximal 20 Perioden Einschwingzeit erreicht werden. Da zwei Wandler im System sind ist die Verteilungsdichte der Triggerverzögerung eher die gefaltete Verteilungdichte der beiden Wandler. Man kann dann auch noch die Filterfunktion des Verstärkers einbeziehen. Für praktische Betrachtungen sind das für die meisten Fälle dann doch nur um die 4-8 Perioden Unsicherheit, also etwa 16-32 mm Abstandsunsicherheit.

[Thegon]

Vielen Dank für die genaue Erklärung, so wie ich das verstanden habe wäre dann aber das einzige, das man dagegen tun kann Temperatur messen und Messergebnis daran anpassen, oder?

Das wäre sicher einmal eine Verbesserung wert, würde mich auch reizen, da ich noch so gut wie nichts mit Temperaursensoren gearbeitet habe aber ich denke ich lasse mir damit einmal Zeit, zumindest solange, bis ich sagen kann, das Interface und das Zeitstoppen per AVR funktioniert.

Interessant aber, dass die Temperatur doch einen gar nicht so kleinen einfluss auf die Messungen haben kann, das hab ich vorher nicht gewusst.

Mfg Thegon

[PICture]

Normaleweise sollte zuerst festgelegtes Ziel die weitere Schritte beeinflüssen. Nur für Hinderniserkennung finde ich die Temperaturkompensation überflüssig, es sei denn, dass man sehr genaues Messystem strebt.

[Thegon]

Naja, im Prinzip hast du eh recht, nur mehr als 5 cm sollten es nicht umbedingt sein, da der Roboter in ferner Zukunft einmal wie eine Art Gabelstapler Schachteln bewegen können sollte, und da braucht der den Sensor, um zu sehen, wo ungefähr die Schachtel steht, um dann dort hinzufahren, aber wie gesagt, in Ferner Zukunft. Zuerst muss er einmal Fernsteuerbar sein

Mfg Thegon

[Richard]

Normaleweise sollte zuerst festgelegtes Ziel die weitere Schritte beeinflüssen. Nur für Hinderniserkennung finde ich die Temperaturkompensation überflüssig, es sei denn, dass man sehr genaues Messystem strebt.

Finde ich auch unnötig außer z.B. bei Füllstandmessung ehe die "Hütte" absäuft. Normal macht so ein (besseres) Gerät einfach eine Referenzmessung bei festgelegter Länge und Speichert den Korrekturfaktor.

Gruß Richard

[Besserwessi]

Die Temperaturkompensation wird bei größerer Entfernung wichtig, und wenn die Temperatur sich aus deutlich ändern kann. Bei kleinen Abständen bis vielleicht 1 m ist da mehr der etwa konstante Fehler durch das Anschwingen wichtig. Eine Kalibrierung wird man ggf. brauchen um die Einschwingzeit zu erfassen, die dann hoffentlich nicht mehr so sehr schwankt. Um das zu verbessern müsste man dann schon die Amplitude erfassen und die Amplitude des Sendepulses oder die Verstärkung anpassen um immer auf die gleiche Amplitude beim Komperator zu erreichen.

Die Temperaturkompensation ist aber auch nicht so schwer, da eine Temperaturmessung eher einfach ist. Eine andere Einflussgröße ist die Luftfeuchte, da ist die Messung aber schon nicht mehr so einfach.

[Thegon]

Hallo zusammen,

jetzt gibt es wieder neuigkeiten vom Interface:

Das Oszi funktioniert wieder, und ich habe ein paar Messungen durchgeführt:

An der Sendekapsel: auf der einen Seite 40 kHz Rechtecksignal, auf der anderen Sinuswelle, auch 40 kHz.

An der Empfangskapsel: Sinuswelle, 40 kHz, Amplitude ca. 20 - 50 mV, schwankend. Ich habe ein Gebogenes Kupferblech benutzt, um die Amplitude zu erhöhen, sonst gibt es nichts zu messen, wie Manf geschrieben hat. Leider hat das Oszilloskop (Ein Taschenoszilloskop) keinen externen Triggereingang, so habe ich einfach dauernd 40 kHz gesendet, in dem ich die Schleife zur dauerschleife gemacht habe.

Am Kollektor des Amplifier Transistors: Gleiche Sinuswelle, die Ampliude jetzt ca. 250 mV, im optimalsten Fall, sonst weniger. Die Rampe steht immer so auf ca. 400mV, kann aber nicht weiter steigen, weil ja dauernd gesendet wird. Sonst steigt sie im nu auf 5V.

Auf der Basis des Transistors im Compare & switch teil: ein kleines bisschen weniger Amplitude als oben, so ca. 30 - 50 mV, sonst alles gleich wie oben.

Auf dem Collector des Transistors (compare u switch) etwas verzerrte Sinuswelle (steigt eher langsam an, und fällt schnell wieder zurück) Frequenz ebenfalls 40 kHz. Die Amplitude um einiges größer, jetzt etwa 300 - 400 mV, im optimalsten Fall, natürlich.

Klint meiner Meinung jetzt etwas wenig, aber ich habe am Poti gedreht, und das war das Beste, das herauszubekommen war.
Bei dieser Entfernung (= optimalster Fall) erhalte ich nach ca. 800 us einen Interrupt, wären dann umgerechnet 13cm. Kommt nicht wirklich hin, aber schon mal in die Nähe (es sind villeicht 8cm oder so). Entferne ich die Kupferplatte, bekomme ich keinen Interrupt mehr, der Timer zählt ins unendliche.

Meine Fehlerdiagnose: es wird zu wenig verstärkt und somit kann das Flipflop nicht zum Kippen gebracht werden. Es werden nämlich interrupts ausgelöst, wenn ich an den Polen des Empfanswandlers eine kleine Spannung aus einer fast leeren Batterie anlege, also villeicht 200mV.

Hat jemand eine Idee, woran das liegen könnte oder ab welchem gemessenen Punkt die Verstärkung zu klein ist, weil er es selbst schon einmal ausprobiert und gemessen hat?

Danke im Voraus!

EDIT: Villeicht könnte unklar sein, wie ich, wenn ich dauerhaft sende einen Interrupt erhalte. Immer, wenn ich von Interrupts spreche, habe ich nur 20 Impulse gesendet, wenn ich von Spannungen spreche, habe ich dauerhaft gesendt

Mfg Tegon

[Manf]

Das ist natürlich eine gute Voraussetzung zur Optimierung wenn man das Analogsignal vor sich hat.
Eine wirkungsvolle Maßnahme zur Erhöhung der Verstärkung wäre hier beispielsweise einen Widerstand von 100k bis 1M zwischen den Spannungsteiler und die Basis des zweiten Transistors einzusetzen. Da Signal vom Schwingkreis wird dabei weiter direkt über den 10n Kondensator an die Basis des Transistors angekoppelt.
Der Schwingkreis wird dadurch weniger gedämpft und die Amplitude steigt. Bei dem schmalbandigen Schwingkreis sollte man dann darauf achten, daß er auch wirklich auf die Arbeitsfrequenz abgstimmt ist.

Die Überprüfung der Abstimmung ist nicht so schwierig wie es im ersten Augenblick klingen mag. Man kann dazu die Induktiivtät leicht verändern und sehen, ob die Amplitude dabei steigt oder fällt. Diese kleinen Spulen sind ja häufig als Zylinderspulen ausgeführt, bei denen man durch Annähern von Ferritmaterial, (eine andere nicht angeschlossene Spule,) die Induktivität erhöhen kann. Durch Annähern eines Magneten kann man entsprechend die Induktivität probeweise senken.

Für eine dauerhafte Abstimung kann man dann den Kondensator verändern oder die Induktivität wie im Artikel Kleinsignalverstärker beschrieben abstimmbar machen. http://www.rn-wissen.de/index.php/Kleinsignalverstärker