US-Entfernungmessung am PC auslesen

[igorschmigor]

Hallo Leute!

Vorab muss ich sagen ich habe bisher 0 Erfahrung mit Mechatronik, bitte seid nachsichtig.
Versuche für meine Bachelorarbeit ein "Gerät" zu bauen. Vielleicht könnt ihr mir ja ein bisschen helfen :)

Nun zum Projekt:

1. Aufgabe: Einen Abstandes zu messen (per Ultraschall) und seine Veränderung zu Protokollieren
2. Die Daten sollen möglichst (aber nicht zwingend) in Echtzeit am Computer dargestellt werden und gleichzeitig gespeichert/aufgezeichnet werden
3. nun die kniffligen Sachen (zumindest aus meiner Sicht knifflig): Die Veränderung muss im Millimeter Bereich, besser noch µm erfasst werden (sehr präziser Sensor notwendig). Und es muss eine Fläche abgetastet werden die nicht größer als ein cm² ist (je kleiner desto besser)
4. Es muss einfach zu handeln sein, möglichst ohne komplizierte SW zum auslesen der Daten. Wenn es mir eine Datei gibt die ich mit Excel öffnen kann wäre das Luxus!
Habe schon folgendes dazu gefunden: http://de.manu-systems.com/USB-I2C.shtml http://www.codemercs.com/iow56dg/?L=0 aber das sind nur Controller, ich brauche den passenden Sensor sowie euren erfahrungsgeprägten Rat.

Im Endeffekt möchte ich zwei dieser Sensoren unter und über einem Blatt (nicht Papier sondern Pflanze) befestigen um damit die Dicke und ihre Veränderung zu untersuchen.

Vielen Dank im Voraus!

igor

[Klebwax]

(per Ultraschall)

Die Veränderung muss im Millimeter Bereich, besser noch µm erfasst werden

Das passt nicht zusammen. Die Wellenlänge der Messfrequenz muß klein sein gegenüber der zu messenden Entfernung. Die Wellenlänge von Schall ist bei 100kHz ca. 3,5mm. Das ist schon viel zu lang. Die Frequenz muß also viel höher sein. Aber selbst 100kHz bekommt man kaum in die Luft.

MfG Klebwax

[igorschmigor]

Ja, die meisten Sensoren schallen mit 40 kHz. Wie meinst du das mit "bekommt man kaum in die Luft"?
Gibt es Alternativen? Vielleicht kann ich die Entfernung iwie optisch via Laser auslesen? Ist das überhaupt möglich was ich vorhabe?
Gruß

[JoeM1978]

... muss eine Fläche abgetastet werden die nicht größer als ein cm² ist

Wenn ich mich recht an meine Versuche mit US-Modulen erinnere...
Die haben nen Abstrahlwinkel von etwa 30° ...
und alles unter 1cm Abstand zum sensor bringt ohnehin keine Sinnvollen Werte.
Die Messgenauigkeit würde ich in der Praxis auf etwa +- 1-2mm einordnen.

Also fällt Schall für deine Anforderungen schonmal komplett weg.

Was ich mir vorstellen könnte wäre entweder eine Art Laserabtastung
oder irgendwas auf Visueller Technik.
Wobei du bei einer solchen Messgenauigkeit vermutlich nicht ohne irgendwelche optische vergrösserung auskommst.

Wie wäre es denn, so ein USB-Mikroskop zu verwenden und dann das Videobild zu verarbeiten ?

[EZ81]

Ein Laser-Messgerät kaufen wäre am einfachsten.

Dieses Ding z.B. misst mit Laser (1mm Durchmesser), hat 0.01mm Auflösung (die Genauigkeit ist natürlich schlechter) und spricht RS232:
http://www.leuze.com/de/deutschland/produkte/messende_sensoren/abstandssensoren/optische_abstandssensoren/odsl_9/odsl_9_high_resolution/selector.php?supplier_aid=50111169&grp_id=A1-2-1-1-2-2&lang=deu

[igorschmigor]

Hey Joe, danke für die Wegweisung, werde wohl ohne US auskommen müssen. Hab heute schon nach Lasersensoren gesucht die einen I2C Anschluss haben, da ist nicht wirklich was dabei. Hast du ne Idee welchen Lasersensor ich nehmen könnte!? Bezüglich der Vergrößerung, kann ich nicht einfach ne Linse nehmen die den Strahl(en) bündelt (auf die Fläche von 1 cm²)?
Die Idee mit dem USB Mikroskop hatte ich auch, nur lassen sich mit dieser Methode hauptsächlich qualitative Versuchsergbnisse gewinnen wie etwa die Größe der Stomataöffnung(en).
Wie soll ich nur eine Abstandsveränderung mit dem Mikroskop messen? Andere Ideen? Habe heute den hier gefunden http://www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php?sortnr=500500
Problem sind die Kosten die mit einem solchen Gerät verbunden sind. Über 200 Euronen werde ich kaum aufbringen können für 2 solcher von mit gebrauchten Sensoren+Controller.

Besten Gruß!


EDIT:
@EZ81 wow, das könnte es sein! Hast du ne Ahnung wie viel das in etwa pro Sensor kosten wird?
Der Adapter kommt schon für unter 10 Euro, das wird aber die geringste Kostenposition sein. Hab noch ne Frage zu der Konfigurationssoftware, ist die nur zum Einstellen/Kalibribrieren oder auch zum auslesen der Daten?
Habe im Augenblick keinen Microsoft Rechner da, kann ich die Entfernungsdaten iwie auch am Mac auslesen?

Vielen Dank schonmal !!!

[EZ81]

Da das Industriequalität ist, würde ich mindestens vom oberen dreistelligen Eurobereich pro Stück ausgehen, mit 200€ wirst Du leider nicht weit kommen :( Aber anfragen kostet ja nichts. Ein ähnlicher (aber einfacherer) Lasersensor von Leuze, den ich mal ausgelesen habe, hat regelmäßig über ein ganz simples Protokoll auf der RS232 den aktuellen Abstand ausgespuckt. Mit einem Adapter für den Stecker, einem 12..24V-Netzteil, einem USB-RS232-Wandler und ein paar Zeilen Software sollte das auch am Mac wunderbar funktionieren. Die Konfigurationssoftware habe ich nie benutzt.

[Valen]

Wenn du die Unfang/Durchschnitt eines Planzenblat messen möchtest ist vielleicht ein Kapazität-messung zwischen 2 Metal flachen möglich. Das eignet sich besser für kleine abstanden. Einer Flache steht fest. Die andere wird verschoben auf Basis von den Blatt-umfang. Die Frequenz einer Variabelen Oszillator variiert durch änderungen der Kapazität der Metal-flachen.

[RoboHolIC]

Wenn die Messung nicht berührungslos sein muss, hätte ich eine Idee:
Die fein aufgelöste Linearbewegung ist mittels Tieftonlautsprecher realisierbar: variabler Gleichstrom bewirkt variable statische Auslenkung. Allerdings wird man sich was für die Linearisierung einfallen lassen müssen.
Eine sanfte Messung ist über die Erkennung der sprunghaft steigenden Leitfähigkeit denkbar, wenn auf beiden Seiten des Blattes die elektrisch leitenden Messflächen nach langsamer Annäherung aufsetzen.

[igorschmigor]

Hey Leute!

Geht weiter mit dem Brainstormen!

@EZ81, habe mir das einfacher und günstiger vorgestellt. Ich glaube ich muss sowohl US als auch Laser verwerfen :( danke für die Hinweise, jetzt bin ich ein bissle weiter :)

@Valen grundsätzlich ist die Idee super! Nur habe ich folgendes Problem: eine Kondensatorplatte unbeweglich fest stehen zu lassen ist erstmal kein Problem (mit ner Stativkonstruktion oder Ähnlichem) aber wie soll ich die andere Platte so nah/fest an das Blatt bewegen/bringen, dass jede Änderung im Durchmesser genaustens aufgezeichnet werden kann? Was wäre wenn ich die Kondensatorplatten mit Magneten unbeweglich und fest an das Blatt befestige? Was würde der Oszillator messen wenn ich das Blatt zwischen beide Metallplatten positioniere ohne das es eine von den beiden berührt? Der mit steigenden Durchmesser des Blattes ist auch davon auszugehen das sich mehr Wasser und Ionen in diesem befinden, würden diese nicht das Messergebnis beeinflussen? Danke für die super Idee, werd mich mal schleunigst reinlesen!

@Roboholic
habe leider nicht viel verstanden davon :( trotzdem danke dir!

Gruße

[oberallgeier]

... Sensoren unter und über einem Blatt ... befestigen um damit die Dicke und ihre Veränderung ... Na ja, berührungslos wär ja was. ABER - auf µm-Genauigkeit? Ein Millionstel Meter! Da hätte ich schon mal 1) Sorge, dass ein Blatt sich einfach so schon zu viel bewegt, 2) dass meine Messpunkte nicht immer gleich sind usw usf. Auf µm genau . . . Na ja, es gibt ja wohl auch Mikros mit denen man Gras wachsen hört.

Bei der beschriebenen Anwendung könnte bei Zehntel-Millimeter-Genauigkeit ne Schiebelehre (Messschieber) helfen, so ab zwanzig, vierzig Flocken, im Billig-Baumarkt auch weniger. Die gäbs für Leute die ungeübt sind damit zu messen sogar mit Digitalanzeige.

Für Zehn-µ-Genauigkeit oder besser bräuchte man dann eine Mikrometerschraube (Messchraube), die heißt wegen der µ so. Ist sozusagen ne skalierte, genaue Schraubzwinge. Für Blattdickenbachelormessarbeiter hat die am Drehgriff-Ende praktisch immer ne Fühlschraube. Für sanftesten Anpressdruck, damit die Blattdickenbachelormessarbeiter keine Zellenquetsche draus machen. Hab ich bei (nur als Beispiel, keine Werbung, trotzdem klick) (http://www.hoffmann-tools.com/Messtechnik/42-Messschrauben/Buegelmessschraube-0-25-mm-HOLEX.html?sid=76692b2e2b0aa24a270a7adf8a30caf3) bei Hoffmann auch schon für runde zwanzig Euro gesehen. Für an die zweihundert (pro Stück, nicht das abgebildete) kann man sich auch in die Gegend der µ wagen.
......http://www.hoffmann-tools.com/out/pictures/1/b420200-k37.png
Höhere Genauigkeit - na ja - wie geschrieben - Möglichkeiten zur Fixierung insbesondere der Gegenseite, also die Nullreferenz der Dicke, sehe ich nicht ausreichend gut an um mit anderen Messmitteln "live" zu messen.

[igorschmigor]

@oberallgeier

das hab ich mir auch schon überlegt, im augenblick gibt es sowas in abgewandelter form schon, mit zwei magneten und einem drucksensor. kommt für mich nicht in frage :/

[Valen]

Ein Statisch Magnetisch Feld sollte kein Einfluss haben. Ein wichtiger Problem das ich bis jetzt noch nicht aufmerksam auf war ist die Luftfeuchtigkeit. Das wurde die Kapazität von den Kondensator Platten beeinflussen.

Ich hatte an ein Mechanismus in Gedanken das mit ein sehr leichte Federkraft die Condensator Platten an beider seiten on das Blatt presst. Aber ich bin kein Bauer oder Biologe. Vielleicht gibt das schaden an das Blatt auf Dauer, und könnte das Wachsen beeinflussen.

[RoboHolIC]

@Roboholic
habe leider nicht viel verstanden davon :( trotzdem danke dir!


Dem will ich gerne abhelfen:

Das Lautsprecherchassis ist als Aktuator gedacht, der eine der beiden Elektroden dem Blatt annähert. Die Gegenelektrode steht fest. Die Auslenkung der Membran bzw. Spule ist eine Funktion des Spulenstroms. Den kann man von Null beginnend langsam erhöhen. Wenn die Elektroden vor und hinter dem Blatt selbiges zugleich berühren, steigt die Leitfähigkeit dazwischen an. Der hierfür nötige Spulenstrom ist ein Maß für die Auslenkung des Aktuators und steht in funktionalem Zusammenhang mit der Blattdicke.

Die Grundidee ist also eine feinfühlige Wegmessung mittels Aktuator und elektrischem Touch-Down-Feedback.
Wenn man nun noch das Lautsprecherchassis durch einen Piezostapel oder ähnliches ersetzt, könnte man sogar auf reproduzierbare Werte hoffen.

Soweit die Erläuterung.

Verspätete Erkenntnis und Nachtrag:
Leider kann ein "schief" eingelegtes Messobjekt zu einer völligen Verfälschung des Messergebnisses führen. Meine Idee ist wohl doch unbrauchbar.

Aber:
Wie steht es eigentlich um die Oberflächenbeschaffenheit und Planparallelität deiner Pflanzenblätter ? Das sind ja keine homogenen technischen Gegenstände wie Glasplättchen, Folien, Bleche oder fein gefräste Objekte. Da gibt es doch Verrippungen, Poren etc. Was definiert hier eigentlich die "Blattdicke", wenn man über Messwertdifferenzen im µm-Bereich nachdenkt?