Ultraschall - Entfernunsmessung mit Ultraschall Interface aus RN

[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

[Thegon]

Also ich habe nun einen 330k Widerstand zwischen die mitte des Spannungsteilers (bestehend aus Poti und 47kWiderstand) und die Basis des 2. Transistors gelötet, aber irgentwie steigt die verstärkung nicht, im gegenteil. Ich erhalte eher Rauschen und so eine Unruhige Spannung. Hab ich da was falsch verstanden, war das mit diesem Widerstand anders gemeint?

Zum Schwingkreis: dieser besteht bei mir aus einem 1n und einem 1,8n Kondensator, Paralellgeschaltet, gibt dann 2,8nF und einer Spule von 5,6mH. Die Richtige Spule hatte ich leider nicht, also hab ich die Kondensatoren dran angepasst. Ich denke, ich werde mir einmal einen Funktionsgenerator ausleihen, damit kann ich die Resonanzfreq. dann ganz leicht herausfinden. Ich würde eine Drehkapazität besitzten, die hat max. 4,2mH, mehr weiß ich leider auch nicht, aber damit könnte ich eventuell einen passenden Schwingkreis zusammenbasteln, sollte der jetzige nicht die Richtige Resonanzfrequenz haben.
Ich melde mich, sobald ich den Frequenzgenerator habe.

Mfg Thegon

[PICture]

Hallo!

Als Frequenzgenerator sollte sich doch der Generator für Senderspule eignen.  

[Manf]

Ja ich weiß bei Analogschaltungen sind die Lösungen vielfältig.
Man kann die Schaltung auf die aktuellen Spezialbauteile (die Wandler) optimieren und gerade mit deren bester Frequenz betreiben. Alternativ kann man die die Verstärkung schlimmstenfalls mit einem weiteren Transistor und etwas Gegenkopplung soweit erhöhen, dass es für alle Toleranzen reicht.
Die erste Variante ist gut gegen Störungen die zweite ist unempfindlicher gegen den Temperatureinfluß. Ein Mittelweg ist dann wie immer der beste.

[Thegon]

Also, ich habe mir den FG ausgeliehen, und gleich einmal die Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt. Diese war schon einmal nicht richtig, sie betrug etwa 34 kHz. Ich habe dann einen anderen mit einer einstellbaren Induktivität und einem 5nF Kondensator eingebaut, aber ich kann nicht unbeding von einer Großen verbesserung sprechen. Das Ausgangssignal war wohl ein bisschen größer, aber ich habe das Kupferblech zum Löten entfernt, und danach wieder positioniert, und da kann sich der Abstand schon ein bisschen verändert haben. Mein Schwingkreis war wohl nicht besonders Schmalbandig  

Dann habe ich den Sendewandler ausgelötet, und dann mittels FG betrieben, und das Ausgangssignal (des 2. transistors) ist 5V, schon rechtecksähnlich, also schon übersteuert, dies auch, wenn ich aus ca. 60cm auf dem Bildschirm "sende" und dann mittels Schaltung das Echo verstärke.
Als ich die Sendekapsel eingelötet und mittels AVR betrieben hatte, war an so ein Ergebnis nicht im entferntesten zu denken, Da war ich schon froh, wenn ich mittels Kupferblech in 10cm Entfernung eine Halbwegs Sichtbare Sinuswelle hereinbrachte.

Auch habe ich den FG anstelle des Empfangswandlers angeschlossen, Amplitude ca. 40mV, (weniger war leider nicht stabil einzustellen) und das Ausganssignal war wiederum eine stark übersteuerte Sinuswelle, eigentlich gleich wie oben.

All dies würde jetzt ja nicht unbedingt auf eine Schwache verstärkung hindeuten, deshalb verdächtige ich jetzt wieder mehr den Sendewandler, aber mir fällt nichts ein. Das einzige, das Komisch ist, ist, dass auf dem einen Pol (des Sendewandlers) korrekt 5V rechteck anliegen (die vom uC kommen), am anderen Pol ein seltsam verzerrtes und "flimmerndes" Signal, das auch keine 5V Amplitude hat, villeicht 3V oder so. Dieses Signal ist alles andere als ein Rechtecksignal, am ehersten mit Dreieckwelle zu vergleichen. Könnte da etwas nicht stimmen?

Ständig freut man sich, eine Unsimmigkeit gefunden zu haben, und dann ist das Resultat nur ein kleines Bisschen besser als davor, das ist richtig anstrengend  

Mfg Thegon

[Manf]

Dann ist wohl das Gatter am Sender zu hochohmig. Wenn noch ein Gatter frei ist könnte man es parallel schalten.

[Besserwessi]

So besonders schmalbandig soll der Schwingkreis gar nicht sein. Wenn die Güte zu hoch ist, wird die Einschwingzeit zu lang und störend, weil dann ein schwaches Signal länger braucht um die nötige Amplitude zu erreichen. Man kann den Sender auch vom AVR Pin gegen GND laufen lassen, also ohne das Gatter. Das könnte immer noch stärker sein als ein eher schwaches 4011 Gatter. Sonst als kräftigerer Ersatz für den CD4011 ein 74HC00 - allerdings mit anderer Pinbelegung.

Wenn es mit dem 330 K Widerstand zwischen den Spannungsteiler und der Basis zu viel Rauschen gibt, könnte man einen etwas kleineren Widerstand (z.B: 47 K) probieren. Die wesentliche Last wird aber wohl der Transistor bleiben.

Edit:
Habe gerade gesehen, durch den hohen Widerstand am Kollektor ist der Transistor doch schon sehr hochohmig, trotz Emitterschaltung. Es könnte ggf. etwas helfen den 100 K Widerstand am Kollektor doch etwas kleiner zu machen, und damit die Stufe etwas schneller.

[Thegon]

Gatter war noch frei, hab ich sofort paralell geschalten und:
es gab eine deutliche verbesserung beim Aussehen des Signals auf der anderen Seite des Sendewandlers. Jetzt würde ich die Wellenform bereits als Rechteck identifizieren, die Amplitude beträgt jetzt 5V, sogar etwas drüber.
Der Sendewandler sendet Jetzt kräftiger, das ist sicher, aber leider hat auch das nicht die große Wende gebracht.
Die maximale entfernung wird wohl etwas größer geworden sein, ist aber noch nicht einmal die 60cm bis zum Bildschirm.

Etwas seltsames habe ich auch noch herausgefunden: Es werden nur Interrups geliefert, wenn das Poti unter einer Ganz bestimmten Stellung (etwa in der Mitte) steht, etwas weiter gedreht,(Weiter drehen heißt, Masse "näherbringen") und das Signal ist null (DC : 4,7V), nicht die Kleinste welle. Habe mich auch schon gefragt, warum das so ist. Ich habe bis jetzt alle Messungen in der optimalste Potistellung kurz vor dem mysteriösen Verschwinden durchgeführt.

Mfg Thegon