www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistungsstufe für Ultraschallsender


Autor: Markus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo !

Vielleicht kann mir hier jemand weiterhelfen ...
Das Thema Ultraschallsender/emfänger wurde hier im Forum ja schon 
vielfach
diskutiert. Allerdings habe ich als Neuling auf diesem Gebiet noch 
einige Fragen, die sich mir stellen:
Ich möchte einen Ultraschallsender bauen, welcher über einen 12V 
Blei-Akku
versorgt wird. Das 40kHz Signal zu erzeugen ist für mich kein Problem. 
Wie
ich allerdings am besten ein Leistungsstarkes Signal erzeuge weiß ich 
nicht so recht. Herkömmliche Fischfinder-Echolote erreichen Leistungen 
über 1000W im Pulsbetrieb und um ähnliche Größenordnungen geht es mir.
Folgende Möglichkeiten kann ich mir vorstellen:

1. Die Wechselspannung mit einer Überträgerspule hochtransformieren:
Mein Sender (ein K-14WP10) verträgt bis 140V im Pulsbetrieb (0.5ms 
Pulse). Bei ca. 12V im Primärkreis würden dann ja mindestens ca. 100A 
beötigt werden um 1200W zu bekommen. Ein bisschen viel, oder sehe ich 
das falsch?

2. Impuls durch Hochspannungskaskade erzeugen:
Durch das Entladen der Kondensatoren entstehen für kurze Zeit hohe 
Leistungen. Die Spannung könnte dann einen Schwinkreis anregen, der den 
Sender treibt.

3. Zündspule verwenden:
Die hohe Spannung entsteht ja hier durch U=-L*dI/dt. Mit einem 
mechanischen Unterbrecher kriegt man sehr steile Flanken (dI/dt groß) 
hin. Und mit einem Thyristor -habe ich gelesen- kriegt man die schnelle 
Stromänderung auch elektronisch gesteuert hin.

Gibt es bessere Möglichkeiten oder würde eine der drei aufgezählten 
Möglichkeiten zutreffen ? Weiß jemand wie das in handelsüblichen
Echoloten gelöst ist ?

Freue mich über konstruktive Antworten und bedanke mich im Voraus ...

Autor: Floh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Würd mal probieren einen Schwingkreis mit Resonanzfrequenz bei der 
Sendefrequenz zu nehmen. Allein damit kriegt man schon eine ordentliche 
Spannungsüberhöhung hin.
Mit den 12 Volt dann anregen un mal messen :-)

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Poste erstmal das Datenblatt des Ultraschallgenerators und was du damit 
machen möchtest. Danach kann man genaueres sagen.

Autor: Markus (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke für die Antworten.
@Floh:
Ok,vielleicht ist die Resonanzkurve zu scharf, so dass die maximale 
Leistungsaufnahme noch nicht stattfinden konnte. Ich werd noch mal 
probieren genau die richtige Frequenz zu finden und dann mal Spannung 
messen.
@Abdul K.:
Datenblatt im Anhang. Ich möchte ein einfaches Echolot bauen, das die 
Tiefe eines Gewässers anzeigt. Der Piezo (siehe Datenblatt) soll dabei 
als Sender und Empfänger gleichzeitig dienen. Zunächst möchte ich mich 
nur mit dem Erzeugen von US-Pulsen beschäftigen. Dabei habe ich an einen 
Quarz oder LC-Glied gedacht, das mir eine Schwingung von 40KHz erzeugt. 
Das Signal soll
augekoppelt und auf hohe Leistung gebracht werden, damit mir der Sender 
Pulse gibt, die auch ein schönes Echo geben.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Markus schrieb:
> Herkömmliche Fischfinder-Echolote erreichen Leistungen
> über 1000W im Pulsbetrieb und um ähnliche Größenordnungen geht es mir.

Dein Wandler ist weder für Kilowatts noch für Unterwassereinsatz gemacht
(IP64 heißt staubdicht und spritzwassergeschützt). Ultraschallwandler
für Echolote sehen anders aus.

Autor: Markus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nun, ich habe ihn bei Conrad gekauft und dort wird er ausdrücklich als 
wasserdicht verkauft. Wenn dem nicht so ist, dann habe sie den falschen 
Terminus verwendet ... kann ja sein. Natürlich weiß ich, dass es sich 
nicht um das Ideale Bauteil handelt (ich hab ja selber ein 
Fischfinder-Echolot zu Hause und die haben meist 200kHz-Geber) aber für 
meine ersten Versuche reicht mir der Sender erstmal. Laut Datenblatt 
sind 140V bei einem 0.5ms Puls möglich. Es müssen ja nicht gleich 1000W 
sein, aber eine Größenordnung von 10-100W ließe sich vielleicht machen. 
Also bin ich wieder bei meiner anfänglichen Fragestellung ...

Autor: HildeK (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Markus schrieb:
> Wenn dem nicht so ist, dann habe sie den falschen
> Terminus verwendet ...

Das ist wie bei den Uhren: 10m wasserdicht heißt, du darfst damit in den 
Regen, 30m heißt, du musst sie zum Schwimmen nicht abnehmen. Bei 100m 
darfst du dann flaschenlos tauchen ...
Und das gilt nur im Neuzustand.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Schon krass. Aber das dachte ich mir schon, he he. 1KW zu einem 
Conrad-Teil.
Nun überleg dir mal, wo die (wenns NUR) 10W sind, in dem Teil hin 
sollen. Wie die abgeführt werden...

Aber ich werde gleich wieder als überheblich angefeindet...

Autor: Fischkopf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wo findet man eigentlich Ultraschallsensoren, die wirklich für den 
Unterwasereinsatz geegnet sind? Gibt es da Ultraschallsensoren, mit 
denen man Distanzen von >100m überwinden kann? Scheint nicht ganz 
einfach eine Bezugsquelle dafür zu finden...

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Für den echten Unterwassereinsatz wird man es selbst bauen müssen. Oder 
einen der wenigen einschlägigen Hersteller bemühen. Die Preise sind dort 
allerdings noch ein ganzes Stück über denen von Conrad!!!!!!!!!!

Vielleicht gibt es einen billigen China-Nachbau, den man modden kann.

Autor: Markus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eine Möglichkeit wäre sich bei e-bay ein altes Echolot zu ersteigern. Da 
gibt es einige alte (auch defekte) für wenige Euro zu haben.
Daran hab ich auch schon gedacht nur ist es schwierig da an die 
Spezifikationen zu kommen. Und erstmal will ich es mit dem versuchen, 
was ich habe.
Also, mal unabhängig davon wieviel Leistung ich bräuchte oder das 
Bauteil jetzt nun wirklich verträgt: Hat jemand eine Antwort auf meine 
eigentliche Frage ?
Würde mich freuen. Danke !

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich kann dir nicht sagen, wie es in den Echoloten gelöst ist.

Gehen wir mal von den 100V aus:
Zündspulen für NUR 100V gibts keine. Die haben eher 30KV.
Die einfachste Sache wäre also eine Schaltung die 140V stationär 
erzeugt, z.B. ein Schaltnetzteil. Dahinter ein Thyristor. Im Prinzip wie 
beim Blitzlicht in der Kamera.
Damit kannst du Knackimpulse erzeugen. Soweit sogut. Nur leider ist ein 
Knackimpuls dann im Empfänger ungünstig für den Störabstand. Wenn du 
wirklich Echos auswerten willst, mußt du die Geschichte rückwärts vom 
Empfänger kommend, aufziehen.

Soll es nur so la-la Schülerprojekt gehen, dann reicht Knackimpuls.

Soll es High-Tech werden (Sowas was mich interessiert ;-), dann wird der 
Sendeimpuls ein Root-Raised-Cosine mit passendem Empfängerfilter und 
komprimierenden ZF-Verstärker.

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Markus,
ich komme auf 9,8W. Als Last haben wir 2000pF. Das sind bei 40KHz ca. 
2K. Bei 140V kommt man so auf 9,8W. Gehen wir mal von 140V Effektivwert 
aus.
Gruss Klaus

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie wäre es mit einem Vernebler? Die laufen bei 1,6MHz und gerne 30W 
Anschlußleistung. Ist billich.

Der Wandler ist komplett eingetaucht? Weil sonst kannst du es eh 
vergessen. Du würdest sonst nur die Reflektion an der Wasseroberfläche 
sehen.

Autor: Markus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es soll auf keinen Fall ein High-End-Projekt werden. Ich kenn mich zwar 
mit Datenverarbeitung aus aber mein Analogwissen ist beschränkt. Also 
will ich meine Ziele nicht zu hoch stecken.
Das ganze soll learning by doing werden ...

Ok, 10W Im Pulsbetrieb (ca. 0.5ms Breite alle 20ms) macht also 
0.005J/Puls und 0.25W mitlere Leistung. Das sollte möglich sein.
0.005J bei 12V entsprechen der Ladeenergie eines ca. 70muF Kondensators.

Würde folgende Idee funktionieren ?
Mit einer (Hoch)Spannungskaskade kann ich die Spannung pro 
Dioden-/Kondensatorenpaar um die Eigangsspannung U erhöhen, bis ich auf 
ca. 100V komme. Wenn ich für jeden Puls die Kaskade entlade bekomme ich 
im Idealfall die Energie W=n/2*C*U^2 wenn n die Anz. der Kondensatoren 
in der Kaskade ist, oder ? Ist die Ladezeit zu groß ?

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Markus,
um mal kurz eine Richtung zu geben. Du willst mit 12V arbeiten und 140V 
bei 40KHz erzeugen. Geeignet wäre da ein Trafo wie bei Schaltnetzgeräten 
üblich. Ich habe da einen Halbbrückendurchflusswandler gewählt. Es geht 
aber nur um die Ansteuerung und den Trafo. Die Angaben kannst Du der 
Anlage entnehmen. Für 10W würden 70mA genügen. Hier kommt man aber auf 
irrsinnige Windungszahlen. Ich habe den Wert erhöht bis man primär auf 
11A Spitze kommt und die Drahtstärke nicht zu gross wird. Wie gesagt, 
kleinere Leistungen bedeuten erfordern mehr Windungen. Bei 
Schmitt-Walter kannst Du ja Dein Optimum ermitteln. Auf der 
Sekundärseite des Trafos lassen wir die Dioden, die Spule und den 
Kondensator weg. Wir schalten nur den Piezo daran, wenigstens für das 
Erste. Als Treiber nimmt man einen IR2110. Der Frequenz-Generator könnte 
anfangs ein einfacher 555er sein.
Gruss Klaus.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hm. Erst wollte ich ihn ja auf die Fährte LTC-Baustein für Blitzlicht 
schicken... aber die Kaskade hätte den Vorteil der Überschaubarkeit und 
für Experten: sie ist beim Anschalten des Piezo dann relativ hochohmig!!

Mit der Kaskade hättest du besser definierte Impulse.

Autor: Markus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen dank für den Schaltplan !
Ich werde diese Lösung mal ausprobieren. Gehe ich recht in der Annahme,
dass ich mit den Eingängen der MOSFETs einfach das Signal an bzw. 
ausschalten kann, den Pusgeber also an den Treiberbaustein schließe ?

Die Lösung mit der Spannungskaskade kann ich ja immer noch ausprobieren,
wenn ich einen leistungsstärkeren Sender habe.

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Markus,
anbei eine Möglichkeit die MOSFETs anzusteuern. Den linken, oberen 
MOSFET bezeichne ich als 1. Den rechten unteren als 2. Dieser hat die 
Source auf Masse liegen. Kein Problem. MOSFET 1 hat die Source 
schwimmend, mal auf fast OV und mal auf hohem Niveau liegen. Dafür ist 
der IR2110 da. Er sorgt dafür das MOSFET 1 aus seiner Sicht eine stabile 
"Masse" hat indem er das Source-Potential eben entspreched anpasst. 
Sonst müsste man mit Impulsübertragern arbeiten. Der IR2110 wird mit 
normalem TTL Signal angesteuert.
Dies aber nur zur Orientierung! Du musst Dich mit den Datenblättern mal 
beschäftigen. Es gibt auch reichlich im Internet an Beispielen. Die 
Powermosfet müssen entsprechend spannungsfest sein.
Gruss Klaus.

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Markus,
mein Beitrag letzter Beitrag vom 04.02.2011 12:30 ist leider nicht 
korrekt. Der Halbbrücken - Durchflusswandler steuert beide MOSFET 
gleichzeitig ein oder aus. Das wechselseitige Schalten hat man beim 
Halbbrücken-
Gegentaktwandler. Siehe http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html 
.
Den würde ich hier auch favorisieren. Bei grösseren Leistungen ist es 
sinnvoll den Kern in beiden Richtungen zu magnetisieren. In Deinem Fall 
wollen wir ja ein möglichst symmetrisches Signal haben. Die MOSFET sehen 
dann maximal 2 x 13,2V. Es gibt genug Typen bis 50V die schnell sind und 
sehr hohe Ströme verkraften und nur wenige Euro kosten. Die 
Kondensatoren sollten MKP10-Typen sein. Die kosten wieder etwas mehr. 
Für 1A primär Nennstrom sollte man mindestens 1µF nehmen. 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=31983;PROVID=2402
Gruss Klaus.

Autor: Markus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke nochmal für den Tip !
Ich brauche also eine Überträgerspule mit einem Windungsverhältnis von
10^3. Ich habe bis jetzt nur solche mit 1:10 Windungen im Netz gefunden.

Grüße,

Markus

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ungelöst ist die Frage, wie du den Geber überhaupt akustisch ans Wasser 
ankoppeln kannst, ohne daß es einen Kurzschluß gibt. Die 40 kHz-Dinger 
sind für Luft als Medium gedacht.

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Markus,
ich habe das mal eben für die Halbbrücke zusammen gestellt. Einen 
fertigen Übertrager wirst Du wohl nur schwer bekommen können. Ausserdem 
muss das Kernmaterial passend sein.
Gruss Klaus.

Autor: Markus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Ultraschallgeber ist tatsächlich eigentlich für Luft konzipiert.
Ich möchte das ganze Schritt für Schritt angehen und den Sender zunächst 
auch an der Luft ausprobieren. Zwar ist die Schallgeschwindigkeit in 
Wasser etwa 4 mal größer als in Luft (20°C) aber beide Medien haben 
hinreichend geringe Dämpfung bei 40KHz. Was die Wasserdichtigkeit 
angeht:
Da muss ich halt rumprobieren. Die US-Sender, die ich bis jetzt in die
Hände bekommen habe, hatten alle eine Plastik/Kunstharz-Verschalung. 
Offenbar behindert so eine dünne Schicht die Transmission nicht. Bei 
einer Wellenlänge von 1 bis 3cm liegt die störung ja auch im Nahfeld. 
Ich habe mal eine Ganze Platine dick mit Lack besprüht, damit sie für 
den Außeneinsatz tauglich war. Vielleicht funktioniert das auch beim 
Sender.
Und wenn es nicht klappt ... dann ersteiger ich mir ein altes Echolot 
bei e-bay und bau den Sender aus.

@Klaus: Würde nicht diese Spule mit 600:1 erstmal reichen ?
http://www.spulen.com/shop/index.php?cPath=154

Gruß,

Markus

Autor: Klaus Ra. (klara)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Markus,
nein, Du musst schon die von Schmitt-Walter angegebenen Daten beachten.
Gruss Klaus.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.