Ultraschalldistanzmesser

[Jannyboy]

Weiss jemand wie man einen Ultraschalldistanzmesser mit Schnittstelle baut.(nicht kauft)
ca. 0-10m Reichweite und 5-10cm Auslösung.

Jannyboy

[vish]

Schau mal ins Wiki:

https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Ultraschall_Interface

Dann noch einen kleinen Mikrocontroller, der das Interface auswertet und die Daten dann auf die RS232 Schnittstelle oder den I2C Bus gibt.[/url]

Edit: Oops, hatte überlesen dass du gar 10m weit "sehen" möchtest...

[Manf]

Naja, der Schaltplan für einen Ultraschallsensor ist ja schon angegeben. Nach dem Prinzip mit ein bisschen mehr Verstärkung kann man auch 10m weit sehen wenn das Objekt, das erkannt werden soll, groß genug ist.

Eine Hilfe für große Entfernungen wird auch ein Reflektor bringen der den Strahl etwas bündelt.

Ist denn das Prinzip erst mal soweit klar?
Manfred

[H.A.R.R.Y.]

Bei 10m Reichweite brauchst Du eine anständige Störunterdrückung. Und die analoge Schaltung muß auch wohlüberlegt sein. Schau Dir einmal ein Buch namens "Meßtechnik mit dem Mikrocomputer" an. Der Autor ist Manfred Lobjinski. Dort ist etwas sehr Interessantes zum Thema enthalten. Ich bin gerade dabei dieses Wissen auf ein Sonarsystem anzuwenden, aber der Erfolg ist noch nicht so ganz eingekehrt. Es stehen nämlich nicht alle Feinheiten im Buch...

Bei mir kommt zuerst eine hochohmige Vorstufe, die sich gleich als Tiefpaß mit etwa 300kHz nützlich macht. Verstärkung etwa 10. Danach kommt eine Stufe mit elektronisch steuerbarer Verstärkung (ein OTA!). Anschließend ein Bandpaß mit fMitte=40kHz; Bandbreite +/-8kHz; Verstärkung bei Resonanz etwa 10. Anschließend ein Präzisionsgleichrichter und dann geht es Richtung µC. Die größte Verstärkung liefert die OTA-Stufe wenn sie voll aufgedreht ist. Insgesamt erzielt das Echo einer etwa 4m² großen Fensterfront eine Amplitude von bis zu 10V nach dem Gleichrichter.

Der µC hat zur Zeit einen internen Speicher von 1kByte und dient nur dazu die Signalverarbeitung zu testen. Für die endgültige Version kommt ein µC mit externem RAM zum Einsatz. Gibt es da auch schon PICs? AVR hat's nämlich :)
Generell wählt man den µC aus, der sich am besten für den Einsatzzweck eignet.

Deine Signatur solltest Du mal überdenken, die klingt nicht gerade nett - oder fangen jetzt die "Glaubenskriege" à la Z80 <-> 6502 in neuer Auflage wieder an?

[BASTIUniversal]

Hallo!
Ich hab den Thread zufällig entdeckt, und das mit dem US Selbstbau hat mein Interesse geweckt O:)
Wenn ich die Schaltung aus Wiki https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Ultraschall_Interface so nachbaue wie sie dasteht, ist das dann alles funktionstüchtig? Bis zu welcher entfernung geht das ganze?
Will mir von meinem Weihnachtsgeld auch mal was kaufen 8-[

MfG
Basti

[Markus4004]

@Harry:
Was steht in dem Buch denn tolles drin? Das Buch ist von 1990 und gibts mittlerweile nicht mehr zu kaufen.

Ich hab' mir jetzt mal "Faszination Ultraschall" von Georg Sorge gekauft, mal sehen ob das taugt.

Markus

[Manf]

Meßtechnik mit Mikrocomputern heißt das Buch glaube ich, es gab es in zwei Auflagen und sie waren beide recht schnell vergriffen. Zum Teil Ultraschall steht das meiste auch in der gleichnamigen Doktorarbeit aus Darmstadt. Die müßte immerhin über Uni-Bibliotheken noch zugänglich sein.

Das Ultraschallinterface im Roboternetz ist von gleichen Autor.
Das wäre wie gesagt ein guter Einstieg.
Manfred

[Jannyboy]

Und wie sieht mit Laser oder IR Impulse aus?

Jannyboy
P.S. Es herrscht doch in Deutschland Meinungsfreiheit: AVR ist mir zu einfach gemacht.

[Manf]

Für den Selbstbau ist es mit Licht eher etwas aufwändiger. Laufzeitmessung ist bei der Auflösung etwas schwierig (ca. 5GHz Bandbreite), Triangualtion wie beim Sharp Sensor bis 10m dann mit Laserpunktverfolgung mit Kamera, auch eher aufwändiger als eine Ultraschall-Lösung.
Wie sieht denn die Umgebung aus?
Manfred

[Jannyboy]

Zum testen beschränken wir uns mal auch 2m bei gleicher auslösung?
Wie sieht es dann aus?

Jannyboy

[Manf]

Man sollte schon ein bisschen mehr definieren wie den Erfassungswinkel und die Art der Hindernisse.
Manfred

[H.A.R.R.Y.]

Ältere Bücher dieser Art finden sich meist in Hochschulbibliotheken. Falls das nicht hilft, dann gibt es noch die Fernleihe, der sehr viele Hochschul- oder städtische Bibliotheken angeschlossen sind!

Im Buch steht einiges Knowhow über einen Filteralgorithmus, mit dem man auch aus einem gestörten Ultraschallsignal noch die Echos einigermaßen sauber herausbekommt. Es gibt auch einen Schaltplan, der zeigt, wie man den Empfängerteil dazu an den µC ankoppeln muß. Leider fehlen ein paar Angaben und die Verstärkerstufen sind nicht näher ausgeführt.

Mittlerweile habe ich es geschafft den Filteralgorithmus zum Arbeiten zu bekommen und das Ergebnis auf eine Anzahl LEDs umzurechnen. Die ganze Sache funktioniert seit ein paar Tagen akkurat - obwohl der analoge Teil noch gar nicht richtig eingestellt ist!

Entfernungsmessung mittels Ultraschall nutzt die gleichen Verfahrensweisen wie RADAR, die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist jedoch etwa 850000 mal langsamer. Deswegen sind die Schaltungen deutlich besser auch vom Nicht-HF-Fachmann zu beherrschen. Damit scheidet Laufzeitmessung auf kurzen Distanzen aus.

Die Möglichkeit der Triangulation erfordert Kenntnisse der Optik und hat Probleme mit der scharfen Abbildung auf den Sensor! Objektive die von wenigen cm bis etliche m ohne Fokusänderung schaffen sind nicht gerade billig. Wenn man nicht einen der speziellen Sensoren für Triangulation bekommen kann (ich meine damit das Element selber, nicht die kompletten Einheiten à la Sharp), dann ist ein ziemlich hoher Aufwand mit Video-Capture-Einheiten zu leisten. Das übersteigt meist die Fähigkeiten einfacher µController-Designs und ist somit aufwendigeren Robotern vorbehalten.

@Manfred: Weißt Du zufällig, ob die hier verfügbare Schaltung diejenige ist, die der Doktorarbeit zu Grunde liegt (zeitlich lineare Versträkungsregelung)? Du scheinst das Büchlein auch zu haben :idea:

[Manf]

@Manfred: Weißt Du zufällig, ob die hier verfügbare Schaltung diejenige ist, die der Doktorarbeit zu Grunde liegt (zeitlich lineare Versträkungsregelung)?
Die Schaltung ist ähnlich, die im Buch ist mit einem OTA zur Verstärkungsregelung aufgebaut, die hier im Forum mit einem Einzeltransistor zur Verstärkungsregelung.

Du scheinst das Büchlein auch zu haben
Ja, ich bin ja der Autor.
Manfred

[H.A.R.R.Y.]

Dachte ich es mir doch! Mein Buch ist laut Impressum übrigens von 1984. Und es ist eine wohltat mal mit dem Autor persönlich kommunizieren zu können. Die Infos im Buch waren auch für andere Experimente schon sehr hilfreich. Jetzt aber wieder zurück zum Thema.

Welche Schaltung ist bis 10m (einfache Distanz zum Objekt!!) besser geeignet? OTA-Variante (meine Schaltung hat einen LM13700) oder die Variante mit Einzeltransistor?
Oder anders gefragt, kann ich die geregelte Eintransistorschaltung als Vorstufe mit dem Abtaster à la Buch kombinieren? Das wäre dann deutlich einfacher in der Struktur und wesentlich besser in der Leistungsaufnahme.

Was auch nicht im Büchlein steht:
Zur Erkennung der Echos brauche ich eine Schwelle um zu entscheiden, ob das Echo ein Hindernis darstellt oder nicht. Zur Zeit lasse ich mir nach dem letzten Filterdurchgang den Signalmittelwert und das Maximum errechnen. Die Schwelle wird dann zu (Maximum+Mittelwert)/2 festgelegt. Ist einfach, funktioniert jedoch ganz gut. Im Buch findet sich leider gar nichts zu diesem Thema. Hattest Du ganz einfach eine feste Schwelle eingestellt oder sogar was ganz pfiffiges mit lokalen Extrema (Echoamplitude abhängig von Objekteigenschaften...)?

Ach ja, noch eine Frage:
In einem der Forums-Beiträge ist ein Aufbau mit Sendewandler und Empfangswandler zu sehen, die mit Gummis aneinandergefesselt sind. Im zugehörigen Scope-Foto gibt es die Aussage, daß es während des Burst sendens kein Übersprechen gibt! Wo war das Scope angeschlossen: Am Empfangswandler direkt oder erst nach der geregelten Verstärkerstufe? Mein Aufbau hat das Problem das exakt nach den 8 Burstpulsen der Empfangswandler einen ziemlich satten Impulszug abliefert und der dauert etwa 1,5ms. Komischerweise aber nicht während der Burstimpulse des Senders :-k . Ich habe schon alles mögliche probiert, und bin mir sicher das es keine Fehlechos von den Nebenkeulen sind. Höchstens noch von der Rückseite der Wandler. Sehr merkwürdig das Ganze!

[Manf]

Welche Schaltung ist bis 10m (einfache Distanz zum Objekt!!) besser geeignet? OTA-Variante (meine Schaltung hat einen LM13700) oder die Variante mit Einzeltransistor?
Oder anders gefragt, kann ich die geregelte Eintransistorschaltung als Vorstufe mit dem Abtaster à la Buch kombinieren? Das wäre dann deutlich einfacher in der Struktur und wesentlich besser in der Leistungsaufnahme.

Die erreichbare Verstärkung ausrechnen kann man bei beiden. So sehr groß ist der Unterschied nicht, auch nicht in der Leistungsaufnahme. Im Buch ist die Schaltung mit Gleichrichter und sigma delta Wandler beschrieben. Sicher kann man auch einen Abtaster einsetzen, man muss dann eben auf die Phase achten und beispielsweise synchron mit sin/cos abtasten.


Was auch nicht im Büchlein steht:
Zur Erkennung der Echos brauche ich eine Schwelle um zu entscheiden, ob das Echo ein Hindernis darstellt oder nicht. Zur Zeit lasse ich mir nach dem letzten Filterdurchgang den Signalmittelwert und das Maximum errechnen. Die Schwelle wird dann zu (Maximum+Mittelwert)/2 festgelegt. Ist einfach, funktioniert jedoch ganz gut. Im Buch findet sich leider gar nichts zu diesem Thema. Hattest Du ganz einfach eine feste Schwelle eingestellt oder sogar was ganz pfiffiges mit lokalen Extrema (Echoamplitude abhängig von Objekteigenschaften...)?

Der Sinn der Aufnahme des Kurvenverlaufs und der Filterung mit einem Matched Filter war, auch mehrere Hindernisse zu erkennen (wenn sie sich nicht vollständig verdecken). Die Filterung ermöglicht die Erkennung von lokalen Maxima mit ihrem Abstand und ihrer Stärke.
Zusammen mit dem Phased Array des Senders kann dann auch noch die Richtung bestimmt werden.
Die Signalamplitude des Echos hängt von einer Reihe von Einflüssen ab. Dazu gehören Die Fläche der Winkel und die Oberflächenbeschaffenheit des Hindernisses. Eine allgemeingültige Festlegung ob das Echo ein Hindernis darstellt oder nicht wird es damit nicht geben. Die Schwelle vom Maximum unter den Messwerten abhängig zu machen führt ja zum Problem wenn es kein Hindernis gibt und das Echosignal ein Rauschen ist.

Ich glaube es geht in der Frage auch mehr um die Bestimmung der Position des Hindernisses. Nach der Filterung wird jedes lokale Maximum die gleiche Kurvenform haben und seine zeitliche Position soll mit eine Algorithmus bestimmbar sein. Dazu kann man den genannten Wert (Maximum+Mittelwert)/2 nehmen oder das Maximum einfach bestimmen und mit der differenzierten Kurve präzisieren. In jedem Fall ist die Positionsbestimmung zu eichen, da sich durch die Impulsdauer die Wandler und die Filterung Verschiebungen ergeben.



In einem der Forums-Beiträge ist ein Aufbau mit Sendewandler und Empfangswandler zu sehen, die mit Gummis aneinandergefesselt sind. Im zugehörigen Scope-Foto gibt es die Aussage, daß es während des Burst sendens kein Übersprechen gibt! Wo war das Scope angeschlossen: Am Empfangswandler direkt oder erst nach der geregelten Verstärkerstufe? Mein Aufbau hat das Problem das exakt nach den 8 Burstpulsen der Empfangswandler einen ziemlich satten Impulszug abliefert und der dauert etwa 1,5ms. Komischerweise aber nicht während der Burstimpulse des Senders . Ich habe schon alles mögliche probiert, und bin mir sicher das es keine Fehlechos von den Nebenkeulen sind. Höchstens noch von der Rückseite der Wandler. Sehr merkwürdig das Ganze!

Gemessen wurde am Empfangs-Wandler direkt, aber was ist der Unterschied? Wenn das Signal am Wandler (bis auf die Verstärkung) nicht dem am Verstärkerausgang entspricht, dann aufgrund von Einkopplungen die am Wandler vorbei gehen. Elektrische Störungen während des Sendens sind noch erklärbar und können verkleinert werden, nur nach dem Senden ist das Signal im wesentlichen in der Luft und von dort aus wird es nur über den Empfangs-Wandler wieder in den Verstärker gelangen. Man könnte höchstens noch die Störung mit dem Abklingsignal am Sendewandler vergleichen.

Ich wollte nur erst mal eine Antwort geben, das sind schon komplexe Themen die man sich auch noch mal einzeln vornehmen kann.
Manfred

[H.A.R.R.Y.]

[...] mit dem Abtaster à la Buch kombinieren?
Ich meinte Sigma-Delta-Wandler nach Gleichrichtung, aber mir fiel der Begriff im Augenblick nicht ein. Na, dann werde ich im Laufe des Jahres auch mal die Transistorvariante testen. Die läuft immerhin mit 5V und spart den DC/DC-Wandler auf +/-15V für die OTAs und OpAmps ein.



Der Sinn der Aufnahme des Kurvenverlaufs und der Filterung mit einem Matched Filter war, auch mehrere Hindernisse zu erkennen (wenn sie sich nicht vollständig verdecken).

Das ist mir sonnenklar und genau das möchte ich auch erfassen. Die Idee ist so grundsätzlich den Roboter zuerst mal in die Richtung zu fahren wo die wenigsten Hindernisse sind, oder aber auch die Raumtiefenstruktur im Bereich der Wandler zu erfassen. Da ist noch so einiges auszuforschen, jedoch benötige ich erstmal eine zuverlässige Schaltung. Wenn die Objekte zu klein sind um sie per Ultraschall zu erfassen, dann muß halt das Notsystem greifen - Näherungsschalter für einige cm. Falls das auch versagt, dann kracht es eben - Pech halt.



Die Schwelle vom Maximum unter den Messwerten abhängig zu machen führt ja zum Problem wenn es kein Hindernis gibt und das Echosignal ein Rauschen ist.

Nun, das ist richtig, ein gewisser "Sicherheitszuschlag" zur errechneten Schwelle sollte dagegen helfen. Damit müssen die Echos nach der Filterung eine gewisse Mindestamplitude haben. Der Vorschlag aus Deinem Buch mit den 8 Messungen hintereinander ist bei mir auch eingebaut allerdings erledige ich es etwas anders: 1 Messung, Filterung mit den 7 vorhergehenden Messungen. Das benötigt etwas mehr Speicher (Faktor 1,5 derzeit) aber es beschleunigt die Zeit bis zum Ergebnis um den Faktor 8 da nach jedem "Ping" ein Ergebnis rauskommt, nicht erst nach 8 "Pings". Mein ATmega8 schafft mit seinen internen 1kByte RAM so etwa 1,3m. Zum Testen langt es, zumal ich den Start des Samplings verzögern kann - damit erfasst er einen Bereich von 1,3m ab z.B. 2m. Auf den Roboter soll ein ATmega8515 mit 32kByte externem RAM! Vielleicht findet sich ja auch noch was anderes, mal sehen.



Wenn das Signal am Wandler (bis auf die Verstärkung) nicht dem am Verstärkerausgang entspricht, dann aufgrund von Einkopplungen die am Wandler vorbei gehen.

Das ist die Krux: das Signal am Verstärkerausgang entspricht exakt dem Signal am Empfangswandler - der selbst scheint von irgendetwas eine Störung abzubekommen, die exakt mit dem Ende des Sendebursts beginnt. Reflektionen kann ich ausschließen, denn im zugehörigen Abstand sitzt kein Reflektor - auch eine Änderung der Ausrichtung von den US-Kapseln zur Schaltung bringt nichts. Zu Testzwecken habe ich einen weiteren unabhängigen Empfangswandler ans Oszi gehängt und an verschiedenen Positionen probiert. Der hat das Phänomen auch gezeigt wenn ich recht nahe an den Sendewandler herangegangen bin. Am Programm habe ich schon gedreht damit ich den Sendewandler nach dem Burst hochohmig schalte oder auf Masse lege - bringt nichts, der Effekt bleibt egal was ich mache. Auch ein Ändern der Frequenz (in groben Grenzen) bringt nichts gegen den Effekt, lediglich die optimale Freqenz wurde mit etwa 40kHz bestägigt. Ich weiß (noch) nicht woher das kommt, denn ich kann mich dunkel erinnern, als ich vor einigen Jahren das erste mal mit dieser Wandler-Anordnung (aber einer anderen Schaltung) experimentiert habe, war da keine solche Störung drauf. Und damals habe ich den Sendewandler sogar mit einer Gegentaktendstufe mit 9V betrieben (CD4093). Diesmal hängt er nur einseitig am AVR mit seinen 5V. Bei meinen Wandlern ist das Gehäuse mit einem der beiden Pins verbunden und liegt auf Masse - oder habe ich die Adern vertauscht?? Gleich mal nachgucken...

Im Gegensatz zu den hier gezeigten Schaltungen verwende ich einen Widerstand von 1MegOhm um den Empfangswandler nicht zu sehr zu belasten, aber trotzdem einen gewissen Potentialausgleich zu schaffen. Warum nehmt ihr 10kOhm? Das ist bereits der Innenwiderstand der Wandler und verringert die Signalamplitude auf die Hälfte. Reflektionen durch Fehlanpassung sind bei den 40kHz ja wohl absolut indiskutabel, oder? :-k


In jedem Fall ist die Positionsbestimmung zu eichen, da sich durch die Impulsdauer die Wandler und die Filterung Verschiebungen ergeben
Da war doch auch noch was im Buch zu finden :) ; trotzdem Danke für die Erinnerung.

[stochri]

Der hat das Phänomen auch gezeigt wenn ich recht nahe an den Sendewandler herangegangen bin

Körperschall ?
Auschaltknacken ?
Ist der Empfangspfad galvanisch mit dem Sendpfad gekoppelt ?

Gruss,
stochri

[Manf]

Körperschall ?
Auschaltknacken ?
Ist der Empfangspfad galvanisch mit dem Sendpfad gekoppelt ?
Ja, da sollte man irgendwo anfangen.

Nach der Beschreibung empfängt ein unabhängiger Empfänger die Störung auch. Das müße dann schon eine etwas hartnäckige galvanische Kopplung sein. (wäre aber auch zu prüfen, Empfangswandler direkt am Tastkopf auch mit Masse, Stern-Erdung)

Wie sieht die Spannung am Sende-Wandler nach dem Abschalten aus? Hat sie die selbe Form und Dauer wie das Strörsignal?

Ist die Störung durch das Einschalten der Rampenfunktion für die ansteigende Verstärkung bedingt? Das sollte ja nicht der Fall sein, wenn mit einem anderen Empfänger (ohne Rampe) das Signal auch messbar ist.

Manfred

[H.A.R.R.Y.]

-> Köperschall kann ich ausschliessen, denn der "unabhängige Wandler" war mechanisch nicht mit dem Sendewandler gekoppelt, reagierte aber genauso wie der eingebaute Empfangswandler. Selbst nachdem Abklemmen des Oszi vom Sender sieht die empfangene Signalform identisch aus wie mit verbundener Masse, lediglich der Zeitbezug zum Sender ist verloren.

-> Spannung am Sendewandler klingt nach dem Abschalten mit etwa 12 Impulsen exponentiell von 5V auf 0V ab. Danach kommen dann noch einige Pakete mit etwa 10mVss und etwa 6 Impulsen die an eine Schwebung/gekoppelte Resonatoren erinnern. Die Hüllkurve dieser Pakete ist sinusförmig.

-> Ausschaltknacken? Der Burst wird gesendet und fertig. Die Bursterzeugung erledigt ein ATmega8 am OC1A-pin. Der ist deutlich niederohmiger als ein CD40xx-Ausgang. Der Sende-Wandler liegt einseitig an Gnd - derzeit brauche ich die erhöhte Sendeleistung einer Brückenendstufe nicht.
a) Burst erzeugen, danach Portpin auf Gnd legen -> Störung ist recht heftig und dauert mehrere ms (genaue Werte habe ich nicht greifbar). Beginn der Störung nach dem letzten Burstimpuls.
b) Burst erzeugen, danach Portpin hochohmig schalten -> Störung etwa 100mVss, Dauer etwa 1,5ms mit etwa exponentiellem Amplitudenanstieg für 0,5ms und etwa exponentiellem Abklingen für 1ms. Beginn der Störung nach dem letzten Burstimpuls. Störung weniger stark als bei a)
c) Burst erzeugen, danach Portpin auf '1' schalten -> Test steht noch aus, erwarte aber gleiches Ergebnis wie bei a)
Erstaunlich ist es schon, das die Ansteuerung des Wandlers während und nach dem Burst da einen Unterschied hervorruft. Ich hätte eher erwartet das Variante a) besser funktioniert, da sie den Wandler anständig kurzschließt.

-> Die Verstärkerrampe hat damit nichts zu tun, das Signal sieht bereits am Empfangswandler so aus, auch wenn ich den von allen Verstärkerstufen abklemme.

-> Galvanische Kopplung der Pfade: Ja, die Massen sind verbunden, aber nur an einer einzigen Stelle!

Sobald ich die Wandler abtrenne oder den Empfangswandler kurzschließe ist die Störung weg. Störeinstreuung vom Sendeteil schließe ich aus. Während der Burst gesendet wird tritt zwar eine Störung auf dem Empfangssignal auf, die konstante (!) Amplitude liegt jedoch unter 5mVss. Die Störung die mich ärgert kommt dann erst hinterher!

Just for Fun habe ich mal den Sendewandler und den Empfangswandler untereinander getauscht, so daß der Sendewandler empfing und der Empfangswandler sendete. An den Ergebnissen änderte sich insgesamt nichts, das System arbeitete so herum identisch.

[H.A.R.R.Y.]

So, jetzt ist der Fehler endlich gefunden!!!!! Die Störung wurde eindeutig vom Sendewandler über Luft in den Empfangswandler eingekoppelt. Die Schaltung ist also "sauber".

Keine der bisher diskutierten Vermutungen ist zutreffend. Es liegt an der Ausrichtung der Wandler untereinander. Wenn ich den Empfangswandler axial drehe (also ihn auf seine Rückwand stelle und dann so drehe, daß die Pins einen Kreis beschreiben) kann ich die Störung auf Null reduzieren. Das gleiche gilt für den Sendewandler. Gestern abend habe ich meine noch nicht auf Platine gelöteten Ersatzwandler angeschlossen und entsprechend verdreht und seither geht es. Das trifft nur für die Wandler mit isoliertem Gehäuse und Kunststoffboden (bei Reichelt vor ein paar Monaten eingekauft) zu. Die Teile mit Blechboden und einem Pin am Gehäuse stören in alle Richtungen gleichmäßig - ob es die noch gibt? Meine sind mindestens 15 Jahre alt und von Conrad (Hersteller Murata).

@Manfred: War die von Dir gezeigte Anordnung der Wandler mit dem Gummiband nun zufällig so ausgerichtet, daß kein Übersprechen zu Stande kam oder kanntest Du den Trick schon und hast bewußt darauf geachtet? In Deinem Bild ist zu sehen, daß die Wandler Pins etwa in einer geraden Linie liegen, bei meiner ursprünglichen Anordung liegen die Wandler-Pins auf zwei parallelen Linien.

Also etwa so (ich hoffe man kann es schon erkennen, die Klammern sollen die Gehäuse andeuten):
(* *) (* *) = Wenig bis kein Übersprechen
( : ) ( : ) = Viel Übersprechen

Bilder und bessere Infos kommen noch. Wenn ich mehr Zeit habe, werde ich mal mehrere Wandler bestellen und die horizontalen Richtdiagramme aufnehmen. Die sind ja leider in keinem Datenblatt zu finden. Da stehen nur die vertikalen Diagramme.

Einstweilen herzlichen Dank an alle die mitgedacht und mitgemacht haben, für ihre Ideen Tips und Anregungen.

Noch eine Info: Bei meinen Experimenten habe ich mehrfach absichtlich Empfangswandler und Sendewandler vertauscht - keiner hat dadurch Schaden gelitten und die Signalamplituden haben sich auch nicht wesentlich geändert. Ob die Teile sich ausser durch Aufdruck also wirklich unterscheiden???

[Manf]

Mein Aufbau hat das Problem das exakt nach den 8 Burstpulsen der Empfangswandler einen ziemlich satten Impulszug abliefert und der dauert etwa 1,5ms.

Bilder und bessere Infos kommen noch.

Funktioniert die Kopplung wirklich über Luft? Wie sieht die Spannung am Sende-Wandler nach dem Abschalten aus? Hat sie die selbe Form und Dauer wie das Störsignal?
So ein langes kräftiges Nachschwingen des Senders müßte doch elektrisch am Sender meßbar sein. Wo bleibt die Energie? vieleicht auch im Träger? (der bei unterschiedlicher Ausrichtung unterschiedlich angeregt wird)?


Bei meinen Experimenten habe ich mehrfach absichtlich Empfangswandler und Sendewandler vertauscht.
die horizontalen Richtdiagramme ... Die sind ja leider in keinem Datenblatt zu finden. Da stehen nur die vertikalen Diagramme.

Ich habe mir schon eine Reihe von Systemen von innen angesehen, es waren dabei keine grundsätzlichen Unterschiede zwischen Sendern und Empfängern erkennbar(natürlich unterscheiden sich die Elektret Wandler und die Piezo Wandler.).
Im Datenblatt der Piezowandler sind Unterschiede beim Phasen und Impedanzverlauf eingezeichnet. Sie liegen aber im angegebenen Toleranzbereich für Sender und Empfänger. http://www.robot-electronics.co.uk/datasheets/t400s16.pdf

Auch in der Richtung vertikal und horizontal unterscheiden sie sich in der Konstruktion nicht bezüglich der Abstrahlung. Der Koppelkonus der Piezowandler ist kreisrund wie das Gehäuse. Messungen an einzelnen Exemplaren haben auch keine deutlichen Unterschiede gezeigt.
Manfred

[H.A.R.R.Y.]

Funktioniert die Kopplung wirklich über Luft?

Jawoll. Sobald ich den Sendewandler abtrenne ist Ruhe. Keine Verkopplung innerhalb der Schaltung.



Wie sieht die Spannung am Sende-Wandler nach dem Abschalten aus? Hat sie die selbe Form und Dauer wie das Störsignal?

Nein, sie zeigt noch einige übersteuerte Impulse (die Schutzschaltung des AVR kappt bei etwa 5,7V und -0,7V), danach fällt sie recht schnell auf 0 ab.



Wo bleibt die Energie? vieleicht auch im Träger?

Mechanische Resonanz der Trägerplatine möchte ich ausschliessen, da auch ein mechanisch nicht gekoppelter Empfangs-Wandler den Effekt zeigt. Der hängt einfach nur vorne am Oszi-Tastkopf und ist mechanisch nicht mit der Anordnung verbunden. Außerdem müßte simples Anfassen der Platine die mechanishce Energie beeinflussen aber auch da war kein Effekt nachzuweisen. Die Anschlußdrähte der Wandler zur Steckvorrichtung an der Haupt-Platine habe ich ebenfalls mehrfach verbogen und angefasst, ebenfalls ohne Resultat.



Auch in der Richtung vertikal und horizontal unterscheiden sie sich in der Konstruktion nicht bezüglich der Abstrahlung. Der Koppelkonus der Piezowandler ist kreisrund wie das Gehäuse. Messungen an einzelnen Exemplaren haben auch keine deutlichen Unterschiede gezeigt.

Mit "horizontal" meinte ich - mißverständlich - die Rosette radial vom Wandler nach aussen in der Ebene der Wandler-Rückwand/Trägerplatine. Das ist also nicht die klassische Richt"keule" der Wandler sondern die Richtung quer dazu.

Meine gestrigen Experimente benutzten zwei Wandler ohne Trägerplatine. Zuerst war die Ausrichtung identisch zu der mit der Platine, dann habe ich den Empfangswandler um seine Symmetrieachse (auch die des Koppelkonus) gedreht. Beide Stirnflächen behielten ihre parallele Ausrichtung und ihren Abstand. Die Störung ließ sich präzise Ausnullen. Erinnert an die Richtcharakteristik einer Schleifenantenne...

Danke auch für den Link zum Datenblatt, welches ich schon aus anderer Quelle in der Sammlung habe. Die von mir benutzten "alten" Wandler entsprechen vom Aussehen her den 2. von links; die "Reichelt"-Wandler dem ganz rechts. Die gezeigte Richtcharakteristik gilt um den Wandler herum mit 180° an der Rückseite. Ich spreche vom fehlenden dazu senkrechten Diagramm um die Gehäusewand herum (270° -> 90° -> 270°). Das macht zwar theoretisch keinen Sinn aber praktisch scheint es doch Auswirkungen und möglicherweise Unterschiede zu geben (s.o.)!

[Manf]

Ich habe mir mal ein paar Wandler mit ihrem radailen Abstrahlverhalten angesehen, frei Handmessung. Es ist also mehr eine Schätzung als eine konkete Messung.
Die Dämpfung wurde gemessen relativ zum gleichen Abstand (ca. 4cm) in Hauptstrahlrichtung. Gemessen wurde gewobbelt über den Bereich 40kHz +-3kHz mit zwei unterschiedlichen Wandlern als Empfänger.

Einige halten sich ganz gut ans Diagramm mit -30dB +-3dB.

Über den Winkel (um die Symmetrieachse des Wandlers) war es gemischt, innerhalb von +-3dB. Dabei trat bezüglich der Anschlüsse mitunter auch stärkere Abstahlung in (++)-> Richtung auf als in ( : )-> Richtung.

Einer war dabei, der radial stärker gestahlt hat bis ca. -22dB.

Ist es möglich, dass die Störung dadurch bedingt ist? Bei -22dB bei 2 Wandlern wäre das eine Kopplung von -44dB und die Dauer von 1,5ms wären 60 Schwingungsperioden bei 40kHz. (Minus ca. 5 Perioden für die Laufzeit.) Ich will die genannten Zahlen nicht festschreiben oder überbewerten aber so richtig überzeugt bin ich nicht. Es wäre schon interessant, was das für ein Effekt ist.
Manfred

[H.A.R.R.Y.]

Auf den Effekt bin ich auch schon neugierig aber bevor ich weiter rate, will ich erst mal eine vernünftige Mechanik zusammenstellen um die Richtcharakteristiken zu messen. Mir schwebt ein kleiner drehbarer Tisch vor, im Fischer-Technik-Kasten ist da sicher noch was brauchbares. Es wird aber leider einige Zeit dauern, bis ich dazu komme.