Experimente mit Ultraschall

Hier gibt es Fachwissen auch ohne Experimentierkästen

Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon Georg » 27. Jun 2013, 10:56

Hallo Horst,
nach welchem Prinzip arbeitet die Anordnung?
Laufzeit (Impuls-Echo) oder durch Intensität des reflektierten Signals?
Um die US-Wandler hängen Kunststoff?rohre, die sollen eine
Richtwirkung erzielen?
Gruß
Georg
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon buedes » 27. Jun 2013, 14:40

Hallo Georg,

im Handbuch heißt es dazu:"In der nachfolgenden Schaltung wird nun nicht die Laufzeit gemessen - das wäre mit den Mitteln des Lernpakets nicht möglich. Wir messen den Abstand/die Nähe anhand der Rückkopplung von Sender- und Empfängersensor."

Das bedeutet doch, dass lediglich die Stärke der Rückkopplung gemessen wird. Dazu wird der empfangene U-Schall verstärkt und hinter der 1. Stufe gleich wieder auf den anderen US- Transmitter gegeben.

Über die US- Sensoren werden selbstgeklebte "Richtungsohren" aus Papier gestülpt. Dafür sind Kopiervorlagen vorhanden.

Gruß, Horst
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon Georg » 27. Jun 2013, 17:54

Hallo Horst,
in den Rohren der Richtmikrophone sind Scheiben mit zentraler Bohrung
eingebaut, sodaß schräg einfallender Schall in dem Labyrinth der Ringräume
durch vielfache Reflektion gedämpft wird.
So hab ich das mal vor langen Jahren, ich weiß nicht mehr wo, gelesen.
Gruß
Georg
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon buedes » 29. Jun 2013, 20:04

Die Versuche mit dem Aufbau als Schallkonverter schenke ich mir jetzt, zumal dafür ja auch ein externer Endverstärker erforderlich wäre.
Am Ende des Buches werden kurz noch ein paar Einsatzgebiete und Phänomene zum Thema Ultraschall angesprochen wie: Ultraschallpfeife, leuchtender Zucker (Tribulumineszenz), Sonolumineszens, Ultraschall- Reinigungsbäder.

Damit habe ich nun die wesentlichen Inhalte des Lernpakets hier dargestellt.

Fazit:

1. Der Titel des Kastens „Lernpaket Experimente mit Ultraschall“ zielt ja ab auf praktische Versuche mit den beiliegenden Teilen. Deshalb bewerte ich jetzt mal hauptsächlich die beschriebenen Versuche weshalb ich mir den Kasten ja auch gekauft habe.

2. Handhabung und Prüfung der einzelnen Komponenten wird sehr schön beschrieben.

3. Im Wesentlichen sind die Versuche so angelegt, dass einer auf den anderen aufbaut. Die Schaltungen werden also schrittweise immer erweitert, oder Teile nur ausgetauscht.

4. Das Schwingungserzeugungsprinzip Multivibrator wird durch Austausch von Komponenten vom hörbaren bis zum nicht mehr hörbaren Frequenzbereich weiter getrieben.

5. Als Ultraschallerzeuger wird ein Piezo- Transmitter mit dem Timer 555 betrieben.

6. Nachgewiesen und gemessen wird der Ultraschall mit einem Piezo-Receiver und Transistor- Verstärkerstufen mit Ladungspumpe.


Natürlich darf man an dieses Lernpaket jetzt nicht zu hohe Ansprüche stellen. Wie ich weiter oben schon erwähnt habe, sind die kleinen Steckbords nur schlecht dazu geeignet, eine umfangreichere Schaltung aufzunehmen.
Mit den gegebenen Mitteln lassen sich auch keine praktisch verwendbaren Schaltungen aufbauen.
Als Hinführung zum Ultraschall-Gebiet ist das Lernpaket aber durchaus brauchbar.

Gruß, Horst
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon FrankR » 3. Jul 2013, 00:15

morric1 hat geschrieben:Hallo Horst,

das ist keine Hexerei ;-)
Eine Zahl - nennen wir sie einfach e - kannst du mit ihr selbst multiplizieren: e*e, und das kannst du schreiben als e^2
Diese Zahl kannst du auch x-mal mit ihr selbst multiplizieren: e*e*...*e = e^x

[...]

Schuld am Auftauchen des ln ist der Kondensator: Im Anleitungsbuch des Kosmos E200 ist in Kapitel 8.2 (S34ff) beschrieben, wie die Spannung eines Kondensators in Reihe mit einem Widerstand und mit einer Batterie nach dem Einschalten langsam zunimmt (Bild 58).
Diese Kurve wird durch Uc = Uo [1 - e^(-t/RC)] beschrieben. Uc ist die Spannung am Kondensator; Uo die Batteriespannung.

Diese Gleichung kannst du so umformen: e^(-t/RC) = 1 - Uc/Uo
und wenn du t wissen möchtest, beachte, dass der Klammerausdruck links das x für eine Zahl b (= die rechte Seite hier) ist: Dh. -t/RC = ln(1-Uc/Uo)

[...]



@morric1

Eine wirklich tolle Erläuterung der Verwendung der ln-Funktion, um eine Variable (hier "t" für die Ladezeit des Kondensators) aus dem Exponenten der e-Funktion "nach unten" zu holen und die e-Funktion aus der Formel verschwinden zu lassen!!! :thumb: :clap: Vorausgesetzt man akzeptiert zunächst einmal die gegebene Formel aus dem Handbuch des E200 und fragt nicht, warum hier der Wert "e" verwendet wird (nebenbei: bei "e" handelt es sich um die "eulersche Zahl", e ~ 2,718281 ...; es gilt ln(e^x) = x, wobei "ln" der "natürliche Logarithmus ist.)

@buedes

Sehr gut, daß Du mir mit der Vorstellung des Ultraschall-Pakets zuvorgekommen bist. Das Lernpaket liegt immer noch unausgepackt auf meinem Schreibtisch. :zucken: Ich bin ja gerade noch dazu gekommen, Dir oben kurz den Inhalt des Lernpakets zu beschreiben und zu bestätigen, daß das Füllstandsmesser-Experiment im Handbuch besprochen wird ... und danach waren erstmal 3 Wochen Krankenhaus angesagt - heute entlassen. Und ich freue mich zu sehen, daß sich hier jede Menge getan hat.

Gruß von Frank
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon buedes » 3. Jul 2013, 10:05

Hallo Frank,

hoffentlich geht es dir wieder gut, du hast hier die ganze Zeit wirklich gefehlt.

Was das Franzis-Lernpaket betrifft, so hatte ich bei den Eingangsversuchen ja einige Schwierigkeiten, diese mit den vorhandenen Teilen richtig zum Laufen zu bringen. Und die Schaltung zur Füllstandsmessung hat auch nicht ganz meine ursprünglichen Erwartungen erfüllt. Nun bin ich mal auf deine Meinung zum Kasten gespannt.

Gruß, Horst
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon Georg » 3. Jul 2013, 10:28

... und danach waren erstmal 3 Wochen Krankenhaus angesagt


Hallo Frank,
ich hoffe du bist wieder komplett "hergestellt"?
3 Wochen sind schon eine Menge.
Grüße
Georg
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon JeanLuc7 » 22. Jul 2013, 14:19

Salut,

ich habe das Thema gerade wieder auf meiner Liste, weil ich mich auch einmal mit diesen China-Abstandsmeldern auseinander setzen wollte. Hat die schon jemand in Betrieb nehmen können?

Meine eigene Lösung habe ich vor einem guten Jahr auf Basis der Philips-Schaltung gebaut und dabei auch den ungeliebten LM3900 nochmal angepackt. Die Abstandsmessung habe ich über die Taktung des Sensors gemacht.Schall bewegt sich mit etwa 343 m/s. Ein Meter wird daher in einer Zeit von 1/343 Sekunde zurückgelegt. Aufgrund des Aufbaus wird jede gemessene Entfernung doppelt zurückgelegt, vom Sender zum Objekt und wieder zurück. Weil der Sender mit 40 kHz (auf NE555-Basis) arbeitet, vergehen 116 Takte, bis das von einem Objekt in 50cm Entfernung reflektierte Ultraschallsignal wieder beim Empfänger eintrifft. Diese impulse zähle ich und schalte den Zählereingang ab, wenn das Signal eingetroffen ist. Aufgrund der Latenz der Schaltung werden einige Takte (etwa 12-15) benötigt, bis sie sicher durchschaltet - die muss man dann vom Ergebnis noch abziehen.

Wenn man das ganze noch mit einem langsamen, asymmetrisch getakteten Multivibrator koppelt, kann man Zählung und Messvorgang regelmäßig wiederholen.

Grüße, Frank
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon buedes » 22. Jul 2013, 17:24

Hallo Frank,
wie oben beschrieben hatte ich mir das Franzis- Lernpaket geholt, um auf die Schnelle mal eigene Erfahrungen mit den Ultraschallsensoren machen zu können. Dabei habe ich festgestellt, dass die angegebenen Schaltungen zwar grundsätzlich Einblick in die Materie gewähren, für eine etwas genauere Messung jedoch nicht geeignet sind.

Die China-Module sind ja eigentlich als Shields für den Arduino vorgesehen. Aber so weit bin ich noch nicht mit meinen Programmierkenntnissen fortgeschritten.

Um weiterzukommen müsste ich nun wirklich deine Schaltung mal aufbauen.

Gruß, Horst
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon JeanLuc7 » 22. Jul 2013, 21:13

Salut Horst,

Ich habe mir die Beschreibung dieser China-Module mal genauer angesehen. Das sind keine echten Shields, sondern sie haben neben der Stromversorgung 5V nur zwei Pins, einen zum Aktivieren, und der andere ändert seinen Pegel, sobal das Signal wieder eingetroffen ist - eigentlich ideal zum Auswerten auch mit handelsüblicher Analogelektronik. Ich habe mir mal welche bestellt (5 für 8€ ohne Versandkosten...) - damit spart man sich dann die ganzen empfindlichen Verstärkerkomponenten.

Die von mir gebaute Schaltung ist eigentlich ganz simpel - man muss nur an das 40-kHz-Signal des Senders rankommen, um die Takte zählen zu können.

Grüße, Frank
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon JeanLuc7 » 24. Aug 2013, 10:52

Salut,

ich habe inzwischen ein wenig Zeit gefunden, mich mit dem China-Ultraschall-Sensor zu beschäftigen. Er trägt die Typnummer HC-SR04 und ist im Netz gut dokumentiert. Ein Pin dient zur Triggerung - diesen schaltet man für mehr als 10 Mikrosekunden ein und dann wieder aus. Dann sendet der Sensor 8 Ultraschallsignale und wartet auf ihre Reflexionen. Er schaltet danach den Echo-Pin auf +5V Betriebsspannung und entsprechend der Entfernung nach einer bestimmten Zeit wieder aus. Sofern man das Triggersignal erzeugen kann (es sollte einigermaßen rechteckig und nicht zu lang sein), ist der Rest in Analogtechnik eigentlich kein Problem, da man während der Echo-Zeit nur einen Zähler laufen lassen muss.

Ich habe das ganze trotzdem einmal per Mikrocontroller gesteuert, weil das vom Aufbau her noch einfacher war. Anbei zwei Bilder; die gemessenen Werte stimmen gut mit der Realität überein.

Grüße, Frank
Dateianhänge
IMG_5530.JPG
Das ist der HC-SR04-Sensor. Alle nötigen Teile sind bereits fertig aufgebaut, der Preis: 1,60€ ...
IMG_5530.JPG (161.38 KiB) 9654-mal betrachtet
IMG_5529.JPG
Hier zeigt das Display die letzten drei ermittelten Werte in Zentimetern an.
IMG_5529.JPG (170.73 KiB) 9654-mal betrachtet
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon buedes » 24. Aug 2013, 18:45

Hallo Frank,

dein Experiment sieht vielversprechend aus und reizt mich, es nachzumachen.

JeanLuc7 hat geschrieben:...Sofern man das Triggersignal erzeugen kann (es sollte einigermaßen rechteckig und nicht zu lang sein), ist der Rest in Analogtechnik eigentlich kein Problem, da man während der Echo-Zeit nur einen Zähler laufen lassen muss...


Falls ich das hinbringe, stellt sich mir aber noch das Problem der Anzeige. Solch ein Anzeigemodul müsste man haben und es auch programmieren können.

Gruß, Horst
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Re: Experimente mit Ultraschall

Ungelesener Beitragvon JeanLuc7 » 24. Aug 2013, 20:23

Salut Horst,

Als Ersatz bietet sich dabei immer ein einfacher Zähler an, und noch einfacher geht es mit einem Integrator, also letztlich ein Kondensator, der geladen wird. Dessen Ladespannung kann man dann mt einem Messwerk anzeigen. Ich schau mal, wie man das dimensionieren muss.

Viele Grüße,
Frank
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