Ultraschallinterface mit Duplex Wandler

**Manf** · 23.01.2006, 14:15

Ein Ultraschall Interface kann mit einem Wandler im Duplex Betrieb arbeiten.

Vorteile sind:
Verringerter Raumbedarf, wenn alle elektronischen Komponenten miniaturisierbar sind, dann wird die Größe des Interfaces stark durch die Wandler bestimmt.
Der Preis, ein Wandler kostet weniger als zwei Wandler,
Die Verkleinerung der Exemplarstreuung. Wenn der Wandler seine optimale Frequenz zum Senden und zum Empfangen hat dann sind durch Auswahl der optimalen Frequenz Sender um Empfänger gut aufeinander abgestimmt.

Es wurde eine Interfaceschaltung für Wandler im Duplex Betrieb aufgebaut und getestet.
Vorab ein Messergebnis von heute früh:
Ein Ultraschallburst wurde vom Schreitisch aus zur Decke gesendet und nach dem Weg von 1,8m reflektiert und beim Eintreffen auf der Tischplatte nach 3,6m vom Wandler empfangen. Dabei wurde nicht die gesamte Energie vom Empfänger aufgenommen sondern der größte Teil weiter zur Decke reflektiert und so weiter.

Bild hier

Im Arbeitsbereich des Empfängers mit wachsender Verstärkung sind die ersten 5 Echos, 18m Strecke, noch etwa gleich groß, über die nächsten 4 Echos steigt die Verstärkung nicht mehr so stark an und die Amplitude fällt ab. Das letzte dargestellte Echo mit 32,4m Laufstrecke ist gerade noch erkennbar. Aufgetragen ist das Bild mit einem Oszilloskop bei einer Zeitauflösung von 10 ms/div.

Bei welcher Messzeit wäre das Echo mit 32,4m Laufstrecke erschienen, wenn die Messung der 32,4m nicht als Mehrfachecho zwischen Schreibtisch und Decke sondern im einem Stück aus bis zur Wand eines gegenüberliegenden Hauses und zurück durchgeführt worden wäre?
Manfred

**ranke** · 23.01.2006, 16:17

Hallo Manf,
aus deinem Oszillogramm lese ich ca. 94 ms für 32,4 Meter Laufstrecke. Das ergibt eine Schallgeschwindigkeit von 344,7m/s (entsprechend angenehmen 23°C, die Temperatur habe ich nach der Tabelle in http://www.sengpielaudio.com/Rechner-schallgeschw.htm interpoliert).
Heute früh war es in München ziemlich kalt, vielleicht -10°C, das wären dann rund 100 ms.

**Manf** · 23.01.2006, 17:00

Perfekte Antwort, entweder war die Frage zu einfach oder was ich eher glaube, einige Leute hier sind einfach so klug.

Manfred

**ranke** · 24.01.2006, 12:25

Perfekte Antwort, entweder war die Frage zu einfach oder was ich eher glaube, einige Leute hier sind einfach so klug

Danke für die Blumen, aber ich denke, dass die Frage nicht wirklich schwierig war.

Ein Ultraschall Interface kann mit einem Wandler im Duplex Betrieb arbeiten

Hier war mir erstmal der Begriff "Duplex-Betrieb" nicht ganz klar.
Gemeint ist wohl, dass der selbe Wandler einmal als Sender (Lautsprecher) als auch als Empfänger (Mikrofon) arbeitet. Ein lobenswerter Ansatz, insbesondere der finanzielle Einspareffekt leuchtet sofort ein.
Neben den oben von Manf erwähnten Vorteilen des Duplex-Betriebs fallen mir spontan noch zwei (vielleicht) wichtige Aspekte ein:
1. Wenn der Wandler als Lautsprecher betrieben wird, schwingt die Membran des Wandlers relativ stark. Weil die Membran offensichtlich in einer Resonanz schwingt, dürfte es nach Abschalten des Sendesignals noch einige Zeit dauern, bis die Sendeschwingung abgeklungen ist. Während dieser Zeit ist der Betrieb als Empfänger offensichtlich problematisch. Man muß also einige Zeit nach dem Absetzen des Sendeimpulses warten, bis man den Wandler als Mikrofon benützen kann.
Das könnte in der Praxis bedeuten, dass der Sensor auf kurze Entfernungen "blind" (oder besser: "taub") ist.
Möglicherweise ist die Schwingung aber so schnell abgeklungen, dass der Effekt nicht stört? Oder kann man durch Schaltungsmaßnahmen die Abklingzeit der Schwingung verkürzen?
2. Dadurch, dass sich Sender und Empfänger am selben Ort befinden, kann man mit einem rotierenden Reflektor ein einfaches "Radar" mit Rundumsicht für den Robbi bauen. Ausser dem Reflektor (das muss nicht unbedingt ein Mülleimerdeckel sein) gäbe es keine bewegten Teile. Im Sensorikbereich wird schon lange nach einer solchen Konstruktion gesucht.