Ultraschallsender-/Empfänger Schaltung

[blackflame2025]

Hallo liebe Community,

für alle die gleich sagen "Das Thema hatten wir schon 30mal" - aufgepasst ;)
Ich möchte mit Ultraschall - natürlich - die Entfernung messen. Der springende Punkt ist aber: Ich habe den Sender und Empfänger in einem Modul. Auf der Suche und Überlegungen zu einem passendem Plan habe ich schon zich Schaltungen gesehen, aber keine ist für meinen Fall tauglich.

Das Problem:
Sender und Empfängerschaltung greifen auf das selbe Bauteil zu. Angenommen es kommt der Impuls vom Sender, dann soll mir das Signal natürlich nicht gleich über die Empfängerschaltung abhauen, sondern an den Ultraschallsender.
Anders herum genauso. Das Signal das empfangen wird soll ausschließlich in den Empfänger.

Die Idee:
Empfänger und Sendeschaltung über Transistoren sperren/öffnen

Die Schaltung:
20128

R15 stellt vereinfacht mein Ultraschallgerät dar. Der obere Schaltungsteil ist der Empfänger welcher nachher das Signal an den MC weitergibt.
Der untere Teil ist die Sendeschaltung.
Über Q4 soll (estmal) die Empfängerschaltung von der Sendeschaltung getrennt werden - das klappt auch. Bis dahin ist alles super, doch sobald ich Q4 wieder abschalte (und damit quaise das Empfangen wieder nach dem Senden ermögliche), gerät der Transistor in eine kaum merkliche Schwingung (jedenfalls nach LTSpice)
20129

Das führt mir durch die drei Verstärkerstufen zu einem Störsignal bei SigToMC:
20130

Ich sehe darin aber die einzige Möglichkeit beim Senden keine Verluste über die Empfängerschaltung (über welcher ja unweigerlich auch Spannung abfallen würde) hinzunehmen.
Vll hat jemand von euch noch eine Idee? Oder könnte es auch sein, dass das Schwingverhalten des Transistors in LTSpice etwas zu krass simuliert wurde?

Vielen Dank

[Vitis]

enable den Interrupt am Eingang des µC erst nach Ende des Burst ...

[Klebwax]

Normalerweise ist ein Empfängereingang viel hochohmiger als ein Senderausgang. Es ist also kein Problem, Sender und Empfänger parallel zu schalten.

Ich denke, die 500k Impedanz, die du für den Transducer angesetzt hast, sind nicht richtig. Um daran 1 W zu erzeugen, und das ist bei Schall nicht besonders viel, müssen einige hundert Volt am Sender anliegen. Und dieses eine Watt am Schallwander heißt ja nicht, daß auch 1 Watt in der Luft ankommen, 0,1 W wäre schon viel. Solange du für deine Simulation nicht ein Schallwandlermodell einschließlich der Strecke durch die Luft hast, hilft es dir nicht wirklich.

Das wirkliche Problem das auftritt, wenn man nur einen Transducer als Sender und Empfänger nimmt, ist die die Übersteuerung des Empfängers beim Senden. Sie treibt den Empfänger in die Begrenzung und es dauert eine Zeit, bis er sich davon erholt hat. Das gleiche gilt aber auch für den Transducer. Der Empfänger ist also solange taub, bis die Membran im Transducer ausgeschwungen hat und der Empfänger aus der Sättigung gekommen ist. Wie man an den erhältlichen Modulen sieht, ist es offensichtlich einfacher getrennte Ultraschallsender und Ultraschallempfänger zu nehmen, als sowohl dem Transducer als auch dem Empfänger dieses Verhalten abzugewöhnen, obwohl es sicher möglich ist.

MfG Klebwax

[Besserwessi]

Für die eine Sorte US kapseln (400ST160 bzw. 400SR160) sind in Resonanz Impedanzen von etwa 5 K bzw. 15 K angegeben. Damit ist die Leistung relativ klein, also deutlich unter 1 W, aber Piezos sind im Vergleich zu den normalen Lautsprechern recht effektiv.

Die Leistung die in den Empfänger fließt ist normalerweise das kleinere Problem, da lohnt es eher nicht den Empfänger noch extra zu trennen. Wenn der Empfangsverstärker in der Impedanz angepasst ist, hat man die halbe Impedanz oder den Doppelten Strom für die Sendeschaltung. Bei den recht hohen Impedanzen ist das kein Problem. Die Sendeseite sollte schon so sein, dass man sie Hochohmig schalten kann, ggf. auch einfach nur in Reihe 2 Diode antiparallel - das Empfangs-signal ist meist kleiner als 0,5 V so dass die Dioden da noch sperren und falls das Signal noch größer ist, stört die Last nicht.

Es gibt durchaus Ultraschall Sensoren mit nur einem Transducer.

[Klebwax]

Für die eine Sorte US kapseln (400ST160 bzw. 400SR160) sind in Resonanz Impedanzen von etwa 5 K bzw. 15 K angegeben. Damit ist die Leistung relativ klein, also deutlich unter 1 W, aber Piezos sind im Vergleich zu den normalen Lautsprechern recht effektiv..

5k sind ein hundertstel von 500k. Und angesteuert wird gern mit einer Brücke und 25V und mehr.


Es gibt durchaus Ultraschall Sensoren mit nur einem Transducer.

Sicher. Es wird aber auch Gründe geben, zwei zu nehmen.


Die Leistung die in den Empfänger fließt ist normalerweise das kleinere Problem, da lohnt es eher nicht den Empfänger noch extra zu trennen

So sehe ich das auch.

MfG Klebwax

[blackflame2025]

Cool danke für die raschen Antworten.

Leider ist es für mein Modul erforderlich eine Sende- und Empfangseinheit zu nehmen, da die Keule über einen Kegel im 360° Winkel verteilt - und dann auch wieder aufgenommen werden soll. Das wäre mit zwei Geräten deutlich schwieriger (Doppelkegel wäre vorstellbar, der mechanische Aufwand ist aber weitaus höher als der elektrische).

Die 500k sollen hier eigentlich nur mein Sendesignal drücken, da dieses mit +-12V geschickt wird und dies ohne diesen Widerstand gleich in den Empfänger rauschen würde (dient also nur der Simulation) - ist bekannt.

Die Antiparallelschaltung gefällt mir richtig gut - coole Idee aber eine Frage:
warum sollte das die Eingangsimpedanz der Sendestufe erhöhen? Eine Diode ist doch immer offen.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/Antiparallelschaltung_Dioden.svg/155px-Antiparallelschaltung_Dioden.svg.png
Außerdem gehen zu US + wie - 12V (erhöht die Sendeleistung) - würde die negative Spannung nicht auch umgedreht werden?

Vielen Dank

Achso Edit:
Denkbar wäre natürlich der Transistor im Sendekreis. das ist schonmal klasse

[Besserwessi]

Die beiden antiparallelen Diode reduzieren die Spannung in beide Richtungen um etwa 0,7 V. Aus den +-12 V werden dann also +-11,3 V - das ist nicht viel Verlust bei der Sendeleistung und könnte ggf. durch mehr Amplitude ausgeglichen werden. Das empfangene Signal ist in der Regel unter 0,5 V, so dass die Dioden hochohmig bleiben und so den Sendekreis abkoppeln. Man kann aber natürlich auch gleich eine Sendeschaltung nutzen, die man an der einen Seite auch Hochohmig schalten kann, z.B. ein Tristate fähiger Ausgang.

Mit einfach nur einem Transistor im Sendekreis wird das nicht so einfach, das müßte schon ein JFET oder ähnliches sein, denn der Strom fließt da in beide Richtungen. Logischer wäre da so etwas wie ein analoger Schalter.

[Richard]

Es gibt durchaus Ultraschall Sensoren mit nur einem Transducer.

Zum Beispiel http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=71&products_id=168&osCsid=d14613e5e63d85ff71ddebf38223df50 funktioniert bei mir recht gut. :-)

Gruß Richard