Ultraschall Phasenmessung

[friedrich]

ich habe den verdacht, dass Sie das beruflich machen!?!

[PicNick]

@Manf:
Jaja, beruhige dich, war eine blöde Frage.

[Manf]

ich habe den verdacht, dass Sie das beruflich machen!?!

(“Du“ im Forum)
Es ist eine aktuelle Messung die ich nicht beruflich durchgeführt habe, aber ich gebe zu dass ich Teile meiner Berufsausbildung zum Stellen und zur Lösung der Aufgabe benutzt habe.

Ich denke es sollte interessant sein, es wird ja immerhin das Thema Ultraschall Windgeschwindigkeitsmesser im Forum behandelt.

Ganz wird das Thema mit der Aufgabe und der Lösung sicher noch nicht abgedeckt, aber das Quizforum muss ja wieder frei werden. Das Thema Phasenmessung muss sicher weiter behandelt werden.

Die Frage, ob das wirklich funktioniert wenn bereits eine Messkurve gezeigt wird regt mich nicht auf, ich freue mich sehr über Fragen und Kommentare. Ich wollte nur deutlich antworten, ich war glaube und hoffe ich war nicht zu deutlich.
Manfred

[PicNick]

Ich hab das anders gemeint:
37 khz UND 41 khZ gleichzeitig und nicht "gewobbelt"
Das das jeder PiezoLautsprecher kann, wird's aber wohl der US Geber auch können.

[Manf]

Ach so, gleichzeitig statt nacheinander. Die Kurve der Auslenkung sieht dann so aus wie im Bild "Schwebung". Die Amplitude hat Nulldurchgänge und die Phase schwankt mit der Differenzfrequenz.

Bei ungleichen Amplituden hat man keine Nulldurchgänge mehr und die Phase schwankt um die des stärkeren Signals. Eine Phasenmodulation mit der Differenzfrequenz wäre das dann. Damit kann man auch die Differenzfrequenz einsetzen.

Rechnerisch müßte die Information herauszubekommen sein, die Phase ist dann zunächst einmal nicht mehr so leicht und so präzise zu messen.
Manfred

Bild hier  

[PicNick]

Nun mal weitergesponnen, cilleicht auch in eine andere Richtung: die vergleichsweise langwellige Differenz-f läßt sich sich ja gut filtern. Wenn ich stereoskopisch mit 2 Empfängern die Phasenlage dieser Frequenz messe, müßte doch eine bessere Richtungs erkennung möglich sein ?

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

Sagt mal, bei der Suche nach dem ESB (ja, da kommt auch noch ein Abschlußbericht) ist mir aufgefallen, daß je nach empfangener Frequenz der Wandler noch eine zusätzliche elektrische Phasenverschiebung gegenüber der akustischen Phasenlage einbringt.

Die Spannungsquelle setze ich als "empfangene akustische" Erregung an und dann lasse ich mir das Ergebnis an den Klemmen des Wandlers mal durchsimulieren. Könnte die Welligkeit in Mafreds Scope-Plots damit zu tun haben?

Bei den Toleranzen der Wandler (für nicht eingeweihte hier: https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...ag.php?t=16207) könnte ich mir vorstellen, daß immer eine Phasendifferenz zwischen 2 Empfangswandlern bleibt, selbst wenn sie idealerweise 0° sein sollte.

@Manf: Wie schnell wurde denn der Bereich 37kHz bis 41kHz durchgefahren bzw. wieviele Perioden hatte der Phasenkomparator um sich einzustellen?

[Manf]

Wie schnell wurde denn der Bereich 37kHz bis 41kHz durchgefahren

Die Geschwindigkeit der Phasenänderung war in den beiden linken Bildern “ausreichend langsam“. Der Vorgang wurde soweit verlangsamt bis sich nichts mehr an der Kurvenform ändert.
Zusätzlich wurde der Tiefpass für das PWM Signal auf 3,3ms gesetzt um eine dünne Linie darzustellen und dann für saubere Signaldarstellung die Sweep Frequenz weiter auf 500ms heruntergesetzt. Im Bild oben rechts war es etwas schneller was an der durch den Tiefpass verschliffenen oberen Spitze im Phasengang zu erkennen ist.
Das Bild oben rechts ist also nicht so sauber in den Details.

der Wandler noch eine zusätzliche elektrische Phasenverschiebung gegenüber der akustischen Phasenlage einbringt.

Es gibt sicher eine Phasenverschiebung zwischen dem elektrischen und dem akustischen Verhalten des Wandlers. (Auch die Aufteilung in Strahlungskopplung und Verluste wäre ein wichtiger Punkt.)

Diese Punkte sollten zwei gleiche Empfangs-Wandler nicht davon abhalten, sich gleich zu verhalten. Deshalb wurde die Anordnung so gewählt, mit zwei Empfängern, die nur eben im praktischen Fall nicht völlig identisch sind.
Manfred

[Manf]

Nun mal weitergesponnen, cilleicht auch in eine andere Richtung: die vergleichsweise langwellige Differenz-f läßt sich sich ja gut filtern. Wenn ich stereoskopisch mit 2 Empfängern die Phasenlage dieser Frequenz messe, müßte doch eine bessere Richtungs erkennung möglich sein ?

Das was hier gemessen wird, ist die Differenz der Abstände zwischen jeweils dem Sender und jedem der beiden Empfänger. In der Aufgabe so wie sie gestellt wurde, war auch die Summe der beiden Abstände bekannt.

In dem Fall, dass die Summe nicht bekannt ist, kann man immerhin noch die Differenz der Strecken zu den beiden Empfängern bestimmen.

Im nächsten Schritt kann man auch die Entfernung zum Empfänger als absoluten Wert bestimmen. Ich wollte das zunächst aus dieser abgegrenzten Aufgabe ausklammern, um es nicht komplizierter zu machen. Die frequenzabhängige Phasenverschiebung der elektrisch-akustischen und der akustisch-elektrischen Wandlung wird im vorliegenden Fall ja noch durch die Differenzbildung kompensiert.
Manfred