Unterwassermodem; suche Piezos, Ultraschall, Lautsprecher

[Ozzy]

Hi,

hat sich jemand von Euch schon mal nach einem Unterwassermodem umgeschaut? Also Preise und Qualität?

Oder habt Ihr eine Idee, wie man so etwas selber bauen könnte? Distanz maximal 50m, eher so um 10m rum...

MfG, und vielen Dank, Ozzy

[fumir]

was genau soll man sich denn unter nem unterwassermodem so vorstellen?

[Ozzy]

Na, Datenübertragung unter Wasser... Zwischen 2 U-Booten, Boojen, ...

[Lemonsquash]

Meistens auf Basis von Schallwellen ...

[fumir]

würd ich auch sagen.
funk geht nur mit sehr großen wellenlängen. dazu brauchts entsprechend große antennen.

in sehr sauberem wasser könnte man auch was optisches versuchen.
in bayern gibts wohl den ein oder anderen see, indem das bei 10-50m funktionieren könnte.

[Ozzy]

Hi,

Schallwellen ist klar, meist modulierte Frequenzbereiche von 16-30Khz, also wie bei Delpinen. Nur wie am besten?

[Besserwessi]

Weche Datenraten sollen denn übertragen werde, und auf welche Entfernungen ?
Wenn man nichts wieter findet könnte man die Verfahren ähnlich der alten Telefon Modems probieren. Hängt aber von der Datenrate ab. Mittlerweilen gibt es ja sehr viele verschiedene Methoden um Signale mit digitalen Daten zu modulieren und die Daten wiederzugewinnen. Schwierig wird es nur wenn eine hohe Datenrate gefragt ist.

[Ceos]

wenn du finanziell und bastelmäßig gut bist, würd ich an deiner stelle mal mit einfachen ultraschallsensoren was basteln ... ich kenn das jetzt nur in verbindung mit nem asuro deshalb kann ich da nicht viel helfen, aber über impulse (ähnlich morsen) solltest du eine vernünftige verbindung zustandebekommen .... frequenzmodulation iss so ne sache ... dopplereffekt, wasserdichte usw. aber in der luft können 2 asuros recht effektiv miteinander kommunizieren .... verpck halt mal testhalber die sensoren in ü-eier ... am besten sehr fest mit der hülle verbinden damit schall von aussen gut übertragen wird und dann abdichten und rein ins wasser (teich, wanne, usw.)

[fumir]

womöglich gibts für den tauchsport kommunikationsgeräte auf ultraschallbasis, die man zweckentfremden könnte. vermutlich gibts solche ultraschallsender/empfänger für diesen anwendungskreis schon wasserdicht verpackt.

[sigo]

Wie wärs mit Analogmodem und einem Schallwandler für Fensterscheiben..
Empfang per Körperschallmikro.

Sigo

[Maruu]

Hi,

hab mich grad beim Überlesen des Thread's auch gefragt wie man sowas machen könnte. Wer weiss, vielleicht muss man sowas ja selbst mal machen. Hier ein Artikel dazu:

http://www.dw-world.de/dw/article/0,2144,1574958,00.html

Also die Lösung, man bindet sich nen Delfin an sein Uboot und das war's ;-) Ne Spaß bei Seite, denke wenn man die Frequenzen in regelmäßigen Abständen wechselt könnte das mit Ultraschall funktionieren. Hier die passende Dissertation dazu:

http://edocs.tu-berlin.de/diss/2000/kebkal_konstantin.pdf

Wäre sehr interessant wenn Du dazu nen Prototyp oder so erstellst und uns auf dem Laufenden halten könntest, scheint sehr interessant zu sein.

Gruß

Maruu

[Ozzy]

@Maruu,

vielen Dank für das pdf, da werde ich noch einmal reinschauen. Mein größtes Problem sind momentan die Lautsprecher, Piezos oder Ultraschallkapseln. Momentan habe ich Köpfe von Murata, die zwar Wasserdicht sind, aber trotzdem 2 Nachteile haben:

1. Sie arbeiten auf 40Khz. Da ja die Kommunikation umso besser ist, je niedriger die Frequenz, würde ich gerne so auf 16-30Khz gehen.

2. Sie sind sehr beschränkt auf die 40Khz, bei 42Khz sieht man schon kaum mehr etwas vom Signal, eine richtige FM da hinzubekommen sehe ich als schwierig an.

Wisst Ihr denn noch, wo man gute Piezos oder so herbekommen kann???

Vielen Dank, Ozzy

[avion23]

Hi Ozzy,
ein paar Fragen von mir:
zu 1. Wieso ist die Kummunikation je besser, destso niedriger die Frequenz? Schränkst du damit nicht auch gleichzeitig die mögliche Auflösung ein?

zu 2. Das ist prinzipiell bedingt. Diese Bauteile haben alle eine Resonanzfrequenz auf der sie angeregt werden. Wenn man von dieser Frequenz abweicht, dann dürfte kaum noch etwas herauskommen. Ähnlich wie bei einer Gaußglocke :)

[Ozzy]

Ganz einfach: je kürzer die Wellenlänge, desto weiter reicht das Signal -> besser. Delphine arbeiten auf 16-30Khz, und technisch sind damit ein paar Kilometer möglich, bei 3Khz kommunizieren U-Boote. Es soll sogar möglich sein, eine Welle zu erzeugen, die einmal um die Welt geht...
Zu zwei: es gibt sogenannte Transducer, die so etwas können, kosten aber auch gleich um die 1500€...

MfG, Ozzy

[Besserwessi]

Die Ultraschallwandler für Luft sind meistens ungeeignet. Die billigen Pizo Pieper aus einer Messingscheibe mit Piezikeramik drauf sollten dagegen auch im Wasser oder an der Bootswand sowohl als Sender als auch als Empfänger funktionieren.

[Ozzy]

@Besserwessi: Danke, dann werde ich mal sehen, dass ich paar davon irgendwo auftreibe, und mich dann mal melden, wenn ich erste Erfolge erzielt habe...

MfG, und noch einmal vielen Dank für Eure guten Tips, Ozzy

P.S. geht das wohl auch durch die Bordwand???

[Besserwessi]

Es kommt auf das Material an, ob es durch die Boardwand geht. Bei Holz word das ziehmlich sicher nichts. Bei Metall oder GFK sollte das zumindest bei hohen Frequenzen (> 20 kHz) gehen. Es darf aber zwischen Piezo und Wand keine auch noch so dünne Luftschicht sein.

[Ceos]

also am besten gleich mit harz "draufkleben" würd ich da sagen

[Ozzy]

Hi,

also ich habe jetzt einmal einen Piezo aus einer Weihnachtskarte ausprobiert. Ohne diese Weiße Kappe ist er ja ziemlich leise. Aber vor allem eignet er sich wohl als Empfänger nicht, ich habe kaum geschafft, ihn in Schwingungen zu versetzen. Habt Ihr sonst vielleicht noch Ideen?

MfG, Ozzy

[Besserwessi]

Als Empfänger in Luft sind diese Piezos wirklich nicht gut. In dichterem Material sollte es aber gehen. Als alternative Empfänger in Luft eignen sich für nicht zu hohe Frequenzen einige kleine (< 6 mm) Mikrofone. Im vergleich zu den extra Ultraschallempfängern fehlt vor allem die Filterwirkung.

[Maruu]

Mhhhm ab mal ein bisschen gesucht aber is echt nicht leicht nen Sender oder Empfänger zu finden. Evt. so was:

http://www.mercateo.com/kw/ultraschall(20)wasserdicht/ultraschall_wasserdicht.html

Gruß

Maruu

[shaun]

Interessantes Projekt, bleib dran!
Ich würde sagen, entweder einen Unterwasser-US-Transducer und dann auf dessen Arbeitsfrequenz bleiben oder halt Piezos und dann mal gucken wo die Strecke Piezo-Wasser-Piezo wirklich die geringste Dämpfung hat.

Dann entweder den Träger mit niedriger Baudrate tasten (also Amplitudenmodulation) und am anderen Ende auswerten und Plausibilität prüfen, es wird zu Fehlern kommen.
Oder doch FM: Analogmodems (zumindest im interessanten Baudratenbereich, die abgefahrenen Phasenmodulationen bis 33600 bit/s wirst Du kaum übertragen bekommen) arbeiten mit einer Frequenzumtastung (FSK, also eine Art digitale Frequenzmodulation) könnten aber auch funktionieren, nur ist eine 1200 baud-FSK heute mit zwei Microcontrollern oder diskret mit PLL-Schaltungen a la NE567 wohl eher anzuraten als zu versuchen, irgendwo einen seit 15 Jahren ausgestorbenen Modem-Chip zu bekommen.

Ich würde noch mal ein bisschen recherchieren, wie kommerzielle Geräte arbeiten (Frequenzbereich und Modulation) und dann losexperimentieren.

[fumir]

suchst du modem - schaust du hier: :-)
http://azular.com/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=18&Itemid=29
(5 sekunden google)

[the_Ghost666]

Moin,
Bei Reichelt gab es mal wasserdichte Piezoschallwandler, aber leider wurden die scheinbar rausgenommen, da gibts nurnoch die einfachen, so wie sie in Abstandswarnern vorkommen. Allerdings denke ich nicht, dass die irgenwas bringen.
Durch die hohe Dichte von Wasser im Verhältnis zu Luft wirkt Wasser wie ein starker Tiefpassfilter für Druckänderungen (Schallwellen). D.h. für solche Kommunikation eignen sich wirklich nur tiefe Frequenzen.
Das gleiche gilt für elektromagnetische Wellen. Nur so zur Info, Uboote kommuniziern mit ihren Basen über ELF, extrem low frequency. Das sind Funkwellen (kein Schall!) mit unter 50Hz. Dazu brauchts kilometerlange Antennen mit unglaublicher Sendeleistung.
Bei Schall würde ich für Experimente eher einen Basslautsprecher wasserfest machen. Dieser arbeitet bei niedrigen Frequenzen mit hohem Hub und kann somit mehr Energie als ein Piezo ins Wasser bringen. Als Empfänger brauchts ein Mikrofon das passt. Ich denke mit eine Piezomikro wirds auch wieder schlecht aussehen. Eher wohl ein Membranmikro, was mit ner Spule arbeitet.
Für die Kurzstreckenkommunikation benutzt man bei Ubooten ebenfalls Unterwasserlautsprecher und Mikros, was eine Verständigung mittels Sprache bei ner schlechten Telefonqualität ermöglicht. Das bedeutet, dass die Bandbreite sehr eingeschränkt ist.
Moderne Systeme, wie ROVs oder auch Torpedos benutzen nach wie vor Draht, oder besser noch Glasfaser. Ne Boje kann das Signal dann auch per HF weiterfunken.
Ich glaub das ist echt die eleganteste Variante, einfach ne Trommel LWL mit Isolierung, ohne könnte zuviel Licht auskoppeln und damit die Reichweite verschlechtern.
Draht hätte den Vorteil, dass man mittels Powerline-Modem Energie und Daten übertragen könnte

Hast du denn ein Gewässer passender Größe, um Tests durchzuführen? Ich würde dir einfach mal 2 starke Audio-Endstufen, Bassboxen und Mikros mit Verstärkern empfehlen und dann einfach mal probieren. Schön wär noch ne zweite Person oder ne Funkverbindung, damit du den Sender fernsteuern kannst. Aber bitte immer schön auf die Sicherung für die Autobatterie achten.


Ah, ok ich hätte weniger als 16-30kHz gedacht, das ist im oberen, hörbaren Bereich bis in den Ultraschallbereich.
Aber diese Übertragungsrate 480Bits/sek hab ich schon erwartet.

[Besserwessi]

Neben Piezos kommen um Ultraschalbereich unter Wasser theoretisch auch noch Magnetostriktive Wandler in Frage. Normale Lautsprecher wie sie für Luft geeignet sind, gehen fast nicht, denn im Wasser wird viel mehr Masse bewegt. Entsprechend sind die Krafte viel höher und die Wege kleiner. Wasser überträgt Schall wirklich gut: eine Armbanduhr mit Weckfunktion (normal für Luft) kann man unter Wasser noch über 50 m höhren.

Eine mögliche, wenn auch eventuell etwas teuer Quelle für Ultraschall sender wären kleine Ultraschall reiniger. Die Ausgangsleistung reicht definitiv.

Die Frequenz sollte vermutlich nicht zu niedrig sein, denn ein Hauptproblem werden Reflektionen und Echos sein, nicht so sehr die Dämpfung. Je höher die Frequenz, desto höher wird auch die Dämpfung werden. Wegen den Echos muss man die Daten eventuell in kurzen pulsen schicken und dann erst mal warten bis alle Echos weg sind.

[Frank E.]

Mal abgesehen von den Problemen, genügend Energie ins Wasser ein- und wieder auszukoppeln, gibt es noch eine andere große Schwierigkeit: Hall und Echo sind unterwasser sehr ausgeprägt.

Wenn man rein alanlog arbeitet, dann sortiert dein Gehirn die unerwünschten Geräusche, Echos und Störungen aus. Die Situation ist dann so ähnlich, wie wenn sich zwei Leute inmitten einer Menschenmenge noch einigermaßen untehalten können.

Arbeitest du digital, muss man ein kompliziertes, paketbasiertes Frequenszhopping machen, um den ganzen Wellensalat sauber zu trennen und in die richtige Reihenfolge zu sortieren ...

Frank