Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Ultraschall
Hallo,
ich arbeite an einem Roboter der mittels Ultraschall und Infrarotsignalen seine Position bestimmen kann.
Ich sende infrarot und ultraschall gleichzeitig ab und am empfaenger am Roboter kommt das ultraschall signal mit Zeitversatz an. Das funktioniert auch soweit. Leider habe ich Probleme mit der Genauigkeit des Ultraschallsignals. Am Sender starte ich den Impuls in Form von 40KHz Schwingungen sehr exakt. Am Empfaenger kommt das Signal aber mit einer Anstiegszeit von ca. 300us an, was fuer meine Anwendung einfach zu ungenau ist.
Hatte jemand schon mal ein aehnliches Problem? Kann mir jemand die Ursache beschreiben oder bessere Sender/Empfaenger empfehlen?
Ich benutze diese Sender/Empfaenger: 400SR160
Danke!
mfg Thomas
Es kommt bei der Impulslaufzeitmessng auf den Detektor an. Mit einer einfachen Schaltschwelle hat man die Probleme wie hier beschrieben:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=23402#23402
Manfred
https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/__h_t_.gif
Gibt es denn keine Sender/Empfaenger die auch die ersten Schwingungen des Pulses ungedaempft uebertragen?
Die wären dann sehr breitbandig und unempfindlich.
Man kann auch versuchen den ganzen Anschwingvorgang durch ein Filter zu erkennen, oder ein genaueres Meßverfaren für die Ultraschall-Laufzeitmessung zu verwenden.
Manfred
Aber wo liegt ueberhaupt der Fehler?
Werden die ersten mechanischen Schwingungen an der Sendermembran gedaempft? Waurm?
Werden die ersten Schwingungen waehrend der Laufzeit in der Luft gedaempft? Auch kaum vorstellbar.
Oder nimmt der Empfaenger die ersten Schwingungen nur gedaempft auf? Was auch komisch erscheint wenn die Schwingungen in der Luft unmittelbar vor der Membran in voller Amplitute vorhanden sind.
Danke
Thomas
In jedem schwingfähigen System hängt es von der "Güte" ab, wie schnell die Schwingung auf den Endwert ansteigt. Ein System mit geringer Güte kann schon in der ersten Schwingung die volle Amplitude erreichen. Ein System höherer Güte wird demgegenüber nach dem Anschwingen eine höhere Amplitude erreichen.
Die Ultraschallwandler sind so gebaut, daß sie für 40kHz recht empfindlich sind und auch nicht so anfällig für Störungen auf anderen Frequenzen. Sie haben eine Güte von etwa >10 bis 20 oder eine Bandbreite von etwa 2-3 kHz. Für viele Anwendungen sind sie damit ganz brauchbar oder sogar vorteilhaft.
Es muß ja vielleicht auch bei der Laufzeitmessung das Ergebnis nicht in der ersten Peiode nach dem Eintreffen des Signals schon bekannt sein. Andere Verfahren können die Güte vorteilhaft einsetzen und die Laufzeit genauer messen.
Manfred
Abbildung A1,2 zeigt für verschiedene Werte der Güte die Amplitude und die Bandbreite, (auch wenn die Darstellung im übrigen auf den ersten Blick ein wenig trocken erscheint O:) ).
http://pi.physik.uni-bonn.de/~aprakt/AP-PN-A1.pdf
Jetzt trotzdem nochmal konkret:
Kennt jemand ein solches Sender/Empfaengersystem das derartige Eigenschaften besitzt.
Bitte mit Hersteller, Nr, und Lieferant.
Danke Thomas
Du kannst Dir ja auch diese Lösung noch ansehen.:
(Und dann wenn nötig die Phasenlaufzeitmessung)
Manfred
ENTFERNUNGSMESSER M. LCD + LASER POINTER
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Habe hierzu kein Datenblatt oder Schaltplan gefunden.
Eine andere Idee meinerseits ist am Sender dauerhaft 40Khz zu uebertragen aber mit stark veraenderter Amplitude. So erhoffe ich mir einen Grossteil der 300us Anschwingzeit durch die schon stattfindenden Schwingungen mit kleiner Amplitude zu elimimieren.
Ist diese Variante erfolgversprechend oder liegen die 300us groesstenteils am Receiver und koennen also nicht per Sender vermindert werden.
Danke
Eine andere Idee
Es ist weitgehend ein lineares System, damit verhält sich eine Amplitudenänderng unabhängig vom Pegel.
Sender und Empfänger verhalten sich auch etwa gleich.
Du willst ja den Zeitvergleich mit IR machen. Überlege doch mal, welche Phase Du messen wirst, wenn Du die Frequenz des Ultraschallsignals leicht änderst.
Manfred
Ich verstehe nicht wirklich.
Die Phase am Sender oder Empfaenger... was hat dass mit der Anstiegszeit der Schwingungen zu tun.
Kenne mich da nicht so genau aus... waere nett wenn ich einfach einen Tip bekaeme um die Anstiegszeit deutlich zu verringern.
Thomas
Du bist nicht der erste der einen Abstand über die Signallaufzeit von Schall messen will.
Die einen machen es mit der Impulslaufzeit und mit Abweichungen im cm Bereich. Man kann auch durch Kurvenformanalyse (matched Filter) die Genauigkeit bei der Impulslaufzeitmessung steigern.
Die anderen, die es genauer brauchen, machen es mit Phasenlaufzeitmessung.
Mit breitbandigen Mikrofonen macht man es im allgemeinen nicht. Dabei kommen zuviele Störungen rein. Du kannst es aber gerne versuchen. Vielleicht hast Du ja auch andere Randbedingungen. Kannst Du dazu etwas sagen?
Manfred
Mein gesamtes Konzept ist mit einigen Veraenderungen an diese Sender und Empfaenger Saltung angelehnt:
http://www.restena.lu/convict/Jeunes/beacon.htm
Nur dass ich den Sender nicht in Richtung des Empfaengers jeweils drehe woraus die Unterschiede in der Amplitude des empfangenen Siganls resultieren (Ich arbeite mit Winkeln von +/- 40 Grad, hier liegt das empfangene Signal kurz oberhalb der Schwelle zum Rauschen):
grosse Amplitute am Empfaenger:
Schwelle (kurz ueber dem rauschen) wird schnell ueberschritten => Nur kurzer Teil der Anstiegszeit geht in den Fehler ein.
kleine Amplitute am Empfaenger:
Anschtiegszeit befindet sich lange unterhalb der Rauschgrenze => Schwelle wird spaet ueberschritten => Langer Teil der Anstiegszeit geht in den Fehler ein.
Ich kann mir momentan nur noch eine Softwareloesung vorstellen wo ich vorhandene Fehlerwerte zu bestimmten Entfernungswerten zuordne und so den Fehler naeherungsweise aber nur sehr ungenau wegretuschiere.
Vielleicht sehen Sie aber noch eine andere Moeglichkeit?
Wie aufwendig ist eine Phasenlaufzeitmessung? Koennen sie mir eine Beispielschaltung zukommen lassen? ( thofmann84@gmx.de )
vielen Dank
Thomas
Zur Phasenmessung habe ich hier ein paar grundsätzliche Artikel, (keine "Hersteller, Nr, und Lieferant").
http://accms04.physik.rwth-aachen.de/~praktapp/teil1/anleitung1/v1_2_4.pdf
http://www-nt.e-technik.uni-rostock.de/~wwwhydro/pdf/prakt/v_schall.pdf
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=12777
Hier ist noch einer mit Korrelation.
http://www.nebadje.org/text/Ultraschall.pdf
Manfred
Bin durch die Artikel gekommen die Ortung ausschliesslich mit Ultraschall zu realisieren.
Mit 2 direkt nebeneinander positionierten Empfaengern (Abstand = 2cm). Gesendet wird staendig. Durch die Phasenverschiebung der empfangenen Signale resultierend durch die 2cm kann die Entfernung theoretisch durch Winkelfunktionen bestimmt werden.
Sind mit diesem System Erfahrungen vorhanden? Kann man ein solches System in Entfernugen bis zu 5m betreiben?
Problematisch koennte es naemlich werden, wenn Empfaenger im 0 Grad Winkel unter dem Sender steht ist nur 5us Unterschied in 50cm Wegunterschied was eng werden koennte aufzunehmen.
Thomas
Soll das eine Peilung werden?
2cm Basislänge ist vielleicht etwas knapp.
Welche Genauigkeit soll denn erreicht werden?
Manfred
Hallo,
werde jetzt in erster Linie einmal versuchen direkt nach dem Empfaenger einen 40kHz Filter zu schalten und damit vielleicht beim bestehenden System eine bessere Genauigkeit zu erzielen.
Wenn das nichts wird versuch ichs dann mal mit dem anderen System.
Ein geregelter Verstärker beim Empfänger wäre nicht schecht, der den Pegel des Signals angleicht und von der Länge des Wegs unabhängig macht. Vielleicht muß man dazu die Dauer der Impulse eröhen.
Manfred
Was meinst du damit?
Mein primaeres Problem ist momentan doch dass ich durch das Rauschen noch gar nicht erkenne ob ein Signal vorliegt oder nicht. Das will ich jetzt mit dem Bandpass 2. Ord. verbessern.
Die Dauer meines Impulses ist momentan 30ms was sicher lang genug ist denke ich.
Wie kann ich das mit dem unabhaenig machen von der Laenge welches Weges verstehen?
mfg Thomas
Es soll ja bei der Impulslaufzeitmessung die Zeitpunkt der Amplitudenänderung möglichst genau erfasst werden.
Dafür ist es von Vorteil, wenn das Signal eine einheitliche Amplitude hat, unabhängig vom Abstand. Dazu kann man die Amplitude messen und die Verstärkung regeln, den Verstärker also an den Abstand zum Sender anpassen.
Manfred
Prinzipiell richtig aber wenn bei weiteren Entfernungen grosse Teile des anschwingens unterhalb des Rauschens liegen bringt mir mehr Verstaerkung auch nichts. Daher arbeite ich jetzt am Filter.
Thomas
Es ist gut, wenn es Störungen gibt, die Bandbreite herabzusetzen. Bei kleinerer Bandbreite sinkt dann halt entsprechend auch die zeitliche Auflösung.
Gleichzeitig kann man die Verstärkung anpassen, damit man es unabhängig von Abstand mit der gleichen Amplitude zu tun hat.
Vom Sender kommt ja eine Folge von Impulsen, sodaß man die Verstärkungsregelung ausreichend langsam arbeiten lassen kann. Alternativ kann man die Verstärkung während des Impulses einstellen und die Zeitmessung an der abfallenden Flanke durchführen.
Manfred
Hallo Thomas,
mit der Verstärkungsregelung will Manfred bezwecken, dass die Verzögerungszeit bei gleicher Schaltschwelle konstant bleibt. Man könnte das durch 2 aufeinanderfolgende Pings realisieren. Mit dem 1. Ping wird die Verstärkung eingeregelt und mit dem 2.Ping die Laufzeit gemessen.
Mit einem zusätzlichen Filter wie Du vor hast, wird die Verzögerungszeit noch größer, das ist zu bedenken.
Eine andere Möglichkeit wäre noch, einen sehr kurzen Ping (z.B. 10 Schwingungen) zu senden und den 1. Nulldurchgang nach absinken der Spannung (Peakauswertung) auszuwerten. Wenn der Sender immer mit der gleichen Phase startet, müsste das ziemlich genau werden.
Gruß Waste
Die Idee mit der Verstaerkungsregelung ist ganz gut aber jedoch etwas umstaendlich (zusaetzlicher Verstaerkungsregelungsping).
Ich wuerde das ja noch in Kauf nehmen aber wie soll ich die Verataerkung regeln? Am OP mit nem variablen Wiederstand?? Wie soll ich den Wiederstand variieren?
Fuer dieses System braeucht ich meiner Meinung nach einen PIC mit analogen Eingang der dann digital Verstaerkung regelt und dann mit den Daten weiterarbeitet.
Zu der anderen Moeglichkeit von Waste: Wie meinst du das mit der Peakauswertung. Koenntest du mir das System mal etwas genauer erlaeutern?
mfg Thomas
Noch eine andere Idee...
Vielleicht wird das ganze damit am genauesten:
2 Schwellen siehe Bild und daraus eine Art Geradengleichung bilden wodurch man dann die Zeit bestimmen kann die am Anfang des Anstiegs durch das Rauschen verloren gegangen ist.
Ist auf jeden Fall einfacher als die Methode mit der Verstaerkungsregelung. Aber genauer? Was meint ihr dazu?
mfg Thomas
Die Idee mit der Verstaerkungsregelung ist ganz gut aber jedoch etwas umstaendlich (zusaetzlicher Verstaerkungsregelungsping).
Immerhin hat es sich bei Radioempfängern und ähnlichen Schaltungen durchgesetzt, die mit dem Abstand schwankende Empfangsamplitude auszuregeln, zuverlässig und ausreichdend für HiFi Übertragung.
Vielleicht ist es aber auch interessanter, es ganz anders zu machen.
Manfred
Hast du dann ein konkretes Schaltungsbeispiel dafuer? Wird ein Poti hoch oder runter geschraubt oder wie???
Man kann dafür einen elektrisch steuerbaren Widerstand einsetzen, Bipolartransistor oder besser Fet im Widerstandsbereich.
Es werden für größere Amplituden auch andere steuerbare Widerstände eingesetzt, digipot, DAC, (auch Fotowiderstände sind grundsätzlich möglich).
Eine Alternative ist die Steilheitsteuerung bei der Transistorkennlinie wie in ZF Verstärkern üblich.
Hier zwei Beispiele für steuerbare Widerstände in der Rückkopplung:
(AGC automatic gain control)
http://www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_ckt18_2.htm
http://www.edn.com/contents/images/080405di.pdf
Die Idee mit der Verstaerkungsregelung ist ganz gut aber jedoch etwas umstaendlich (zusaetzlicher Verstaerkungsregelungsping).
Wenn eine Verstärkungsregelung zu kompliziert ist, wie wär es mit folgender Idee: Den eingeschwungenen Pegel zu messen und im Verhältnis dazu die Schaltschwelle anpassen, z.B 70% des Höchstpegels.
Mein Vorschlag mit der Auswertung des Nulldurchgangs nach dem Peak ist leider noch komplizierter als eine Verstärkungsregelung. Willst Du sie dennoch im Detail erfahren?
Waste
Hallo!
Mir ist noch eine (vielleicht schlechte) Idee eigefallen: Den Ultraschal mit einer rotierender Scheibe mit Löcher vor dem Sender zu modulieren.
MfG
Danke fuer die ganzen Ideen,
werde als erstes die einfachste Variante verwenden und versuchen mittels der Porportionalitaet zum Hoechstpegel den Fehler herauszurechnen.
Die Idee mit der Scheibe ist nicht mal so schlecht denk ich, man kann duch Vergroesserung des Durchmesser der Scheibe die Anschtiegszeit theoretisch immer kleiner machen. Leider wird dadurch jedoch nur der halbe Fehler beseitigt, wodurch dann trotzdem noch eine andere Art der Kompensation erforderlich waere.
mfg Thomas
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