Phasenverschiebung bestimmen

[Besserwessi]

Wenn es um größere Phasendifferenzen geht, also mehr als knapp eine Periode, dann geht das Sinnvol fast nur noch Digital im µC bzw. DSP. Die Umwandlung in ein digitales Signal und abgleich der Zeiten geht, wenn man wenig Störungen hat. Bei zu viel Störungen kann man zusätzliche Zeitsignale bekommen, und damit wird die Auswertung dann sehr schwer.
Zur Messung der Zeiten würde sich so etwas wie die Input Capture Funktion beim AVR oder die entsprechende Hardware bei einem anderen µC anbieten.

Bei stärkeren Störungen wird einem vermutlich nicht viel anderes Übrigbleiben als die Korreltation, mit entsprechend hohem Rechenzeitaufwand, und je nach Version auch viel Speicherplatzbedarf. Ein normaler AVR wird damit überfordert sein, zumindest ohne zusätzliche Hardware vor der Digitalisierung.

Wenn das Signal nur um 40 kHz +-1 kHz ist, braucht man wohl auch ein relativ langes Zeitfenster um die Verzögerung eindeutig zu finden. Mit einigen wenigen Perioden ist es da wohl nicht getan, sondern man wird schon längere Zeiten von vielleicht 50 Perioden (oder mehr) brauchen. Bei der Digitalen Methode geht eigentlich nur eine reine FM modulation und entsprechend lang müßte das Fenster werden. Bei der Auswertung des vollen analogen Signals ginge auch eine Amplitudenmodulation.

[Maverick89]

Beim Bestimmen der Phasenverschiebung z.B. durch Korrelation bekommt man immer noch recht gute Übereinstimmungen, wenn das Signal um einige wenige Schwingungen verschoben ist, solange die Zeitdifferenz zwischen den Signalen kleiner als etwa 1 geteilt durch den Frequenzunterschied zwischen minimaler und maximaler Frequenz ist. Dieser Frequenzunterschied ist jedoch andererseits durch den begrenzten Frequenzgang der Ultraschall Sender/Empfänger begrenzt. Bringt dir die genaue Phasenverschiebung auch etwas, wenn es möglicherweise noch nicht detektierte Verschiebungen um einige wenige komplette Schwingungen gibt?

Nicht detektierte komplette schwingungen sind no-go, allerdings brauch ich den wert nicht so oft haben: 50 - 100 mal die sekunde reicht. Deswegen kann ich auch längere zeit zu auswertung verwenden, wobei natürlich die frage ist was in den hauptspeicher des controllers noch passt.

Das "schwimmen" der frequenz kann auch relativ krass gewählt werden, ggf mach ich am sender einen digitalen generator der dann 3 verschiedene wellenlängen jeweils eine welle schickt (vorausgesetzt der sender selbst machts mit)

[Besserwessi]

Das detektieren der ganzen Wellenlängen ist das eigentlich schwierige Problem. Dabei ist es egal ob man es mit der vollen Korrelation oder nur mit den Zeiten der Signalwechsel macht.

Wenn das Rauschen relativ gering ist, so dass man die Messung anhand der Zeiten zu den Flanken machen kann, sollte der Speicher noch nicht so das Problem sein. Für die Zeiten sollte eine 16 Bit Auflösung reichen. Davon kann man schon 2 mal 100 Zeiten in den Speicher bekommen. Die vergleiche sind auch nicht so rechenzeitaufwendig: Die Zahl der ganzen Periode kann man erstmal nur Probieren und dann für etwa 5-10 mögliche Zuordungen einfach die Abweichungen und den Bruchteil der Periode berechnen.