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Thema: Ultraschallwandler ansteuern

  1. #1
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    Ultraschallwandler ansteuern

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    Liebe Community,

    ich arbeite gerade an einem Ultraschall-Durchflusssensor mit dem Lauftzeitdifferenz-Verfahren.
    Dafür muss ich einen Ultraschallwandler mit 1 Mhz ansteuern und die Laufzeit des US-Signals messen bis es am Empfänger ankommt. Ich kenne mich mit der Steuerungstechnik leider noch nicht so gut aus.

    Ich nehme an ich brauche hierfür einen Signalgenerator (?) der eine Frequenz mit 1 MHz generiert und bei einem bestimmten Zeitpunkt an den US-Sender abgibt. Dieser Zeitpunkt muss irgendwo registriert werden (Oszilloskop?). Das Eingangssignal am US-Empfänger läuft auch über das Oszi und lässt sich so vergleichen. Nur wie steuert man den Signalgenerator an? Ich habe gelesen mit Arduino ist so etwas möglich?


    Benötigt man für so etwas eine Software wie z.B. LabView?
    Ich bin da leider ein Anfänger und lese mich gerade erst ein. Ich weiß nur noch nicht genau wo ich anfangen soll…

    Danke und viele Grüße

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Läuft das eventuell auf den Dopplereffekt hinaus.
    1 MHz als US in das Medium einspeisen und dann
    ein Stück weiter gegen die Strömungsrichtung
    die US-Frequenz messen und mit der Original-
    1 MHz eine Schwebung bilden. Müsste dann ohne
    Software gehen. VG Micha
    Was brauche ich für Werkzeug - in dieser Reihenfolge seht ihr es:
    Vorschlaghammer, Notebook, BASCOM, Lötequipment, Rohrzange, Bolzenschneider ...

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    soweit mir das Prinzip verständlich ist, hat man 2 US-Piezos die sich gegenüber stehen und dabei entweder durch eine passende Konstruktion mitten in Flussrichtung orientiert sind oder in einem sehr flachen Winkel dazu.

    Man sendet einen Puls von A nach B und dann noch einen von B nach A, die Laufzeitdifferenz ist dann die Mediengeschwindigkeit x 2

    Beim Dopplerverfahren ist die Konstruktion ähnlich aber dabei misst man die Frequenzverschiebung. Welches davon präziser ist kann ich nicht im Detail sagen, aber ich schätze dass es einfacher ist den Laufzeitunterschied zu erfassen als die Frequenz zu ermitteln.

    Beim Laufzeitverfahren wird auf jeden Fall nur gepulst und dafür sendet man üblicherweise nur einige Spannungspulse an den Piezo damit dieser einen Ping aussendet aber man regt ihn nicht dauerhaft an.

    Steht im Datenblatt der verwendeten Piezos nicht eventuell eine ideale Anregungskurve dabei? Zur Not beim Hersteller einfach mal Anfragen was empfohlen wird, die sind sicher Auskunftsfreudig.

    1MHz ist schon ein wenig heftig wenn man die Pulse einzeln generieren will, ich habe hier z.B. einen 400kHz Piezo und der wird von einem XMega @32Mhz per Timer PWM gesteuert welcher vom DMA pro Timer Umlauf einen neuen TOP und COMPARE Wert bekommt und das arbeitet schon grenzwertig, bei 1Mhz brauch man vermutlich schon was potenteres.

    Aber wenn der Piezo auch mit gleichbleibender Frequenz angesteuert werden kann und dabei ein ausreichend starkes Signal für dich produziert, kannst du einfach einen PWM Ausgang benutzen, ihn auf die Frequenz einstellen und dann den Ausgang einfach Zeitdefiniert an und ausschalten.

    Es muss kein Sinus sein, ein einfaches Rechteck reicht (meist noch nicht mal mit einem Duty Cycle >30% aber das ist Piezoabhängig)
    Es gibt 10 Sorten von Menschen: Die einen können binär zählen, die anderen
    nicht.

  4. #4
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    Ja das mit der Laufzeitdifferenz stimmt.

    Aber mein erster Schritt wäre erstmal zuschauen ob ich den einen überhaupt ansteuern kann und dann auch mit dem anderen etwas empfange, also nur Funktionsprüfung in Luft.

    Der verwendete US-Wandler ist der hier:
    https://www.piezohannas.com/1MHz-ult...pd6778350.html

    maximum operating voltage: <200V

    Wieso ist ein 1MHz besonders heftig? Andere Hersteller bieten auch Durchflusssensoren in sehr kleinem Maßstab an, z.B. als Clamp-on-Sensor von Sonoflow:
    https://www.sonotec.de/produkte/nich...amp-on-sensor/

    Deswegen dachte ich, dass das die Ansteuerung problemlos möglich ist.

    Aber Danke für die Antworten, das hilft mir schonmal weiter. Ich werde mich heute in der Abteilung umhören wie ich das anstellen kann.

    Viele Grüße
    Hans

  5. #5
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    Wieso ist ein 1MHz besonders heftig?
    Okay unklar formuliert, sorry XD
    Ich meine eine Pulsfolge mit 1Mhz aus einem 16Mhz Prozessor zu generieren ist heftig (zumindest wenn man es manuell pulsen will und jeden Puls dabei individuell variieren möchte um maximale Sendeleistung zu bekommen)

    Meine 2te Idee war ja dass du einfach den PWM Ausgang eines Arduino nimmst den auf 1MHz stellst mit ner Duty Cycle von zunächst 10% (später steigend) und dann den Piezo (Mit Treiberstufe dazwischen, 3.3V bzw. 5V werden wohl nicht reichen, aber as hängt vom Piezo ab) einfach über Pin Enable und Disable (oder eine Enable Leitung am Treiber) nur eine Hand voll Pulse gibst. Denn dauerhaftes anregen bringt ja nichts in deinem Fall


    PS: die haben da aber eine extrem spärliche Doku zu ihren Produkten ... sehr ungeil mMn

    PPS: In Luft könnte das schwierig werden, die Piezos müssen üblicherweise an das Medium angepasst sein, ob du da überhaupt ein Signal raus und wieder rein bekommst kann cih dir garnicht mal sagen, aber wenn ich einen Luft Wandler in Wasser halte kommt da kaum ein Ton raus (Meine Erfahrung mit schaumvergossenen Luftwandlern)
    Geändert von Ceos (15.01.2019 um 10:00 Uhr)
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  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von wkrug
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    Evtl. ist die Dopplereffekt Methode doch einfacher.
    Man könnte ja das Sendesignal mit einem Ringmischer mit dem Empfangssignal vermischen.
    Als Mischprodukt müsste dann eine Frequenz im NF Bereich entstehen, die der Fließgeschwindigkeit entspricht.
    Ob die Frequenz hoch genug ist um die sinnvoll auszuwerten müsste man ausrechnen.
    Bei den Radarsensoren wird das aber üblicherweise so gemacht.

  7. #7
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    Ich versuch mir das gerade immernoch krampfhaft vorzustellen, ob das überhaupt funktionieren kann.

    Wenn ich und der Krankenwagen still stehen und der Wind bläst in meine Richtung .... erlebe ich dann überhaupt einen Dopplereffekt?

    Eine Dopplermessung würde doch ausschließlich funktionieren wenn ich reflektierende Partikel oder Blasen im Medium hätte oder hab ich grad einen Denkfehler?
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  8. #8
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von wkrug
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    Eine Dopplermessung würde doch ausschließlich funktionieren wenn ich reflektierende Partikel oder Blasen im Medium hätte oder hab ich grad einen Denkfehler?
    Laut Wikipedia geht es:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Ultras...rchflussmesser

    Das Prinzip ist da nicht genauer beschrieben, aber ich vermute, das sich Sender und Empfänger auf einer Seite befinden müssen.
    Dann fliesst das Medium im Prinzip vom Sender und Empfänger quasi weg.

    Die Laufzeitdifferenzmessung find ich auch intressant!

    Entweder vertauscht man dabei die Funktion von Sender und Empfänger jeweils.
    Oder man nimmt 2 Empfänger die im gleichen Abstand vor und hinter dem Sender liegen.
    Geändert von wkrug (15.01.2019 um 14:15 Uhr)

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Ah ja den Artikel hatten wir schonmal hier

    aufgrund der Fließgeschwindigkeit der (inhomogenen) Partikel im Medium erfasst. Hierzu werden im Medium Reflexionspunkte (Verschmutzung, Luftbläschen) benötigt.
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    nicht.

  10. #10
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    @Ceos:
    ah ok ich verstehe. Ja stimmt an dem Piezo ist eine Anpassungsschicht, die an das entsprechende Medium angepasst ist. Ich weiß auch nicht was passieren wird, wenn nicht stelle ich den Versuchsaufbau ins Wasser

    @wkrug:
    ja es müssen Partikel oder Luftblasen vorhanden sein, deswegen habe ich mich für das Laufzeitverfahren entschieden, da unter anderem auch reines Wasser gemessen werden soll.

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