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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ultraschallsensoren im Wasser


Autor: Martin -- (smartic)
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Hallo,

ich setzte mich gerade mit der Frage auseinander, wie ich Hindernisse 
(Boden) im Wasser dedektieren kann. Die Entfernung muss nich besonders 
(10-200cm) sein. Ein Gedanke ist, dies mit einem Echolot zu 
bewerkstelligen. Da dies aber kein Kostenkraftakt werden soll, benötige 
ich eine sparsame Variante. Viel Erfahrung mit Ultraschallsensoren habe 
ich noch nicht gemacht.
Ist es möglich die Handelsüblichen (UST-40R - Reichelt) Module auch 
unter Wasser zu betreiben? Reicht die Leistung aus? Oder gibt es andere 
Verfahren? - Drucksensoren scheiden wegen der fehlenden Information der 
maximal Wassertiefe, aus -

Gruß

smartic

Autor: holger (Gast)
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Kauf dir nen Fishfinder ;) SCNR.

Autor: Master Snowman (snowman)
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ultraschall ist nicht so gut geeignet:
1. starke dämpfung
2. beim übergang zu luft, gibt's nebel (siehe sogenannte 
ultraschallzerstäuber)

Autor: Andi ... (xaos)
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wieviel willst du denn ausgeben ? .. fertige echolot system sind zum 
angeln etc sau billig...benutzt das selbst im schlauchbot..

Autor: Martin -- (smartic)
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das ging ja flott, :-)

@snowman, (1.) das mit der Dämpfung hatte ich mir schon fast gedacht. 
Mir stellt sich da die Frage ob trotz der Dämpfung eine Dedektion im 
nahem Bereich möglich ist. (2.) der Sensor sollte im Idealfall immer ins 
Wasser zeigen.

@xaos, vieleicht ist eine Verfeinerung meiner Anwendung sinvoller. (1.) 
möchte ich Hindernisse erkennen un darauf reagieren zu können (autonom). 
(2.) Wie (1.) Bodennähe erkennen um Sinkvorgang einer Tauchröhre zu 
stoppen. (3.) Preise für Fishfinder @ 150 EUR sind nach meiner 
Vorstellung um das 10 fache zu teuer. (4.) Ein fertiges System mit 
Monitor benötige ich nicht. Mir reicht die Angabe des Abstandes zum 
Hinderniss. Dieser muss nicht unbedingt genau sein. Wie schon 
beschrieben, 10-200cm.

Aber vieleicht habt ihr auch eine ganz andere Lösung parat. Ich lass 
mich überraschen. (Notfalls muss ich das mit einem Bumper aus einer 
langen Antenne bewerkstelligen.)

Autor: holger (Gast)
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>Preise für Fishfinder @ 150 EUR sind nach meiner
>Vorstellung um das 10 fache zu teuer.

Echolot für 15Euro? Such dir ein anderes Hobby.
Oder nimm Senkblei und Faden mit 10cm Abständen.
So wie es die alten Seefahrer getan haben.

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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Wenn jeder, der solche Antwort erhielt, sein Hobby und Vorhaben 
aufzugeben, hätten wir heute eine armseelige Welt. Keine neuen Ideen und 
Entwicklungen.
Warum soll es nicht für 15€ gehen?

Ein Echolot besteht aus einem US-Impusgenerator sowie einem Empfänger 
(es gibt wasserdichte US-Wandler - hatte früher mal welche in einem 
Alubecher aus der Grabbelkiste). Dann muß noch irgendwas mit dem 
Emfängersignal angestellt werden (Auszeichnung, Filter, Signalanalyse).

Ein einzelnes ideales Echosignal wirst Du nicht empfangen. Es wird immer 
gedämpft und verschliffen sein. Außerdem gibt es verschieden starke 
Reflektionen zu verschiedenen Zeiten. Echte Hindernisse erzeugen ein 
starkes Echo.

Es gab mal vor vielen Jahren eine "Schaltung" in der Elektor. Die hatten 
einen professionellen Unterwasserwandler (für Boote) eingesetzt. 
Schaltungstechnisch hauptsächlich analog. Das ließe sich heutztage 
sicherlich auch mit einem Prozessor erledigen.

Autor: Supertroll (Gast)
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Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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>ultraschall ist nicht so gut geeignet:
>1. starke dämpfung
>2. beim übergang zu luft, gibt's nebel (siehe sogenannte
>ultraschallzerstäuber)

Da scheint ja jemand richtig Ahnung zu haben.
Die Ultraschall-Zerstäuber arbeiten nicht unter Wasser, sondern an der 
Grenzschicht zwischen Luft und Wasser. Sonst müssten sie das Wasser ja 
kochen. Es könnte auch ein schlechtangepasster Wandler sein, der 
kavitiert.
Die Dämpfung des Wassers muss man natürlich berücksichtigen und die 
Keramik nicht noch durch eine Luftschicht kapseln.

Bei einer maximalen Tiefe von 2m kann man mit Frequenzen arbeiten, die 
manche Leute schon HF nennen...

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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STK500-Besitzer schrieb:
> Bei einer maximalen Tiefe von 2m kann man mit Frequenzen arbeiten, die
> manche Leute schon HF nennen...

Ja, typisch sind so 0,5 bis 2 MHz in kommerziellen Anlagen.

Für Gleichstromelektriker also HF :))
Für US-Hobbyisten: Kann man sogar noch gut auf Lochraster frei 
verschalten  ;-)

Autor: Martin -- (smartic)
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hab mich bis jetzt mit verschiedenen Thematiken für ein 
Ultraschall-Echolot auseinander gesetzt. (1.) Es gibt auch 
Spritzwassergeschützte US-Empfänger/Sender bei Conrad. (2.) Die Dämpfung 
für 20cm beträgt ca 2dB. Zumindest was ich errechnen konnte. - Formel 
aus http://en.wikipedia.org/wiki/Attenuation für Dämpfung von Wellen. -

@Supertroll (Gast) Das Echolot für 40 EUR wäre eine Alternative, müsste 
dies aber knacken und herrausfinden wie die Daten übertragen werden. Ich 
möchte ja die Daten für meine Zwecke weiterverwenden können.

@Christian H. Das die Signale "gedämpft und verschliffen" sowie 
Zeitversetzt und Doppelt vorkommen war mir bekannt und kann zum Teil 
rechnerisch gefiltert werden. 
(http://www.eddiem.com/projects/chirp/chirp.htm - aber auch andere 
Stochhastische Verfahren!).

@Andrew Taylor Soweit ich es der Formel aus dem Wiki-Link entnehme, sind 
Frequenzen kleinerer Natur besser geeignet, da diese weniger gedämpft 
werden. Nun Spricht aber leider die Ortbarkeit dagegen, da hochfrequente 
Signale besser Ortbar sind. Soraus schließe ich das ein Mittelding 
gefunden werden muss.

Ich habe mich bereits mit einer Alternative beschäftig. Es müsste 
möglich sein über einen selbstgebauten/umgbauten Lautsprecher und 
Microphon/Hydrophon ein ähnliches System aufzubauen.

Autor: Nils (Gast)
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@Martin
Wären denn 'hörbare Frequenzen' eine Alternative für Dich?
Dann könntest Du einen Piezo-Wandler zweckentfremden - die Dinger, die 
in den Grußkarten drin sind.
In ein Acrylgehäuse einbauen und mit Silikon abdichten.

Eine Billigbauanleitung für ein Hydrophon mit solchen Wandlern gab es in 
der Funkamateur 08/2008:
Klaus Sander, Unter Wasser lauschen mit einem Stereo-Hydrofon, 8/846 - 
2008, www.funkamateur.de

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Martin,

> @Andrew Taylor Soweit ich es der Formel aus dem Wiki-Link entnehme, sind
> Frequenzen kleinerer Natur besser geeignet, da diese weniger gedämpft
> werden. Nun Spricht aber leider die Ortbarkeit dagegen, da hochfrequente
> Signale besser Ortbar sind. Soraus schließe ich das ein Mittelding
> gefunden werden muss.
Andrew hat recht. Für Entfernungen bis 1m sind Frequenzen um die 1MHz am 
besten geeignet. Die Ultraschalldämpfung ist in diesem Frequenzbereich 
noch vernachlässigbar klein. Im Medizinbereich rechnet man für 1MHz eine 
Reichweiter von 0,5m. In Gewebe hast Du allerdings sehr große Dämpfung. 
In Wasser kommst Du deutlich weiter - vielleicht 10m.

Die Frequenz ist ja auch nicht das einzige, auf das es ankommt. Du hast 
ja prinzipiell zwei Dinge, die Dein Signal kleiner machen:
1. die Dämpfung
2. das Auseinanderlaufen der Welle

Du hast eher mit Punkt 2 Probleme als mit Punkt 1. Was Du Dir anstelle 
der Dämpfung anschauen mußt, ist das Schallfeld des Wandlers.
Ein Beispiel, wie so etwas aussehen kann, findest Du hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonografie
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66...

Die Berechnungen wurden mit dem Rayleigh-Integral vorgenommmen. Es gibt 
aber auch Faustformeln für die Lage des Maximums (N=D^2/(4 lambda)) und 
den Öffnungswinkel (diese Formel kenne ich nicht auswendig).

Mit einem großen Wandler kommst Du prinzipiell deutlich weiter. Beachte 
aber, daß es im Nahfeld Auslöschungen geben kann.


Gruß,
  Michael

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