Ich möchte ein Modell U-Boot bauen, das einen Mechanismus besitzt, damit der dafür sorgt, dass es keine anderen Objekte rammt. Deshalb habe ich mir die Frage gestellt, ob und von welchem Typ Abstandssensoren unter Wasser funktionieren, da ich bei vorheriger Recherche keine klaren Ergebnisse erzielen konnte die Sensoren sollen wahrscheinlich mit einem Arduino Mega Klon laufen und das U-Boot wird ungefähr 1 m lang sein und einen Durchmesser von 20 cm haben, außerdem sollen die Sensoren auch in trübem Wasser funktionieren.
Erik E. schrieb: > Deshalb habe ich > mir die Frage gestellt, ob und von welchem Typ Abstandssensoren unter > Wasser funktionieren, Ultraschall, genauso, wie bei "echten" U-Booten.
U-Boote verwenden Sonar (prinzipiell so wie die billigen Arduino Ultraschall Sensoren auch). Allerdings wirst du wohl andere Frequenzen benötigen und auch die Schall-Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in Wasser ist schneller (siehe hier: https://dosits.org/tutorials/science/tutorial-speed/). Schau dir mal den Abschnitt "Active sonar" auf folgender Seite an: https://en.wikipedia.org/wiki/Sonar Michael
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Harald W. schrieb: > Ultraschall, genauso, wie bei "echten" U-Booten. Michael D. schrieb: > U-Boote verwenden Sonar (prinzipiell so wie die billigen Arduino > Ultraschall Sensoren auch) Soweit ich weiß kommt es im Wasser zu gewissen Reflektionen des die dafür sorgen dass man keine klassischen Ultraschallsensoren verwende kann. Schon Mal Danke für die hilfreichen Tipps
Michael D. schrieb: > Allerdings wirst du wohl andere Frequenzen benötigen und auch die > Schall-Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in Wasser ist schneller > (siehe hier: https://dosits.org/tutorials/science/tutorial-speed/). Könnte man das Frequenzproblem noch Softwaretechnisch lösen?
Erik E. schrieb: > Soweit ich weiß kommt es im Wasser zu gewissen Reflektionen des die > dafür sorgen dass man keine klassischen Ultraschallsensoren verwende > kann. Was meinst du mit klassischen Ultraschallsensoren? Eigentlich jedes Schiff hat einen Tiefenmesser, der mit Ultraschall funktioniert - nennt sich Echolot. Reichweite je nach Frequenz und Aufwand 10 Meter bis mehrere Kilometer Probleme bekommst du bei Datenübertragung wegen Mehrwegausbreitung.
Also könnte man nicht einfach hörbare Frequenzen nehmen und ein normales Mikrofon? Dann baust du vorne einen Unterwasserlautsprecher ein in deinen U-Boot. Und dann benötigst du noch so ein drehenden Stab mit zwei Mikrofon. An jedem Ende von dem Stab ist ein Mikrofon und er dreht sich um seine mittlere Achse. Der Unterwasserlautsprecher macht also ein drdrdrdrdr Geräusch, also er sendet immer ein Schallimpuls aus mit einer definierten Frequenz, und macht dann für einige Millisekunden Pause. Durch die zwei Mikrofone kannst du die Richtung bestimmen, indem du nur das Signal auswertest was den richtigen zeitlichen Versatz zwischen den zwei Mikrofon hat. Du musst dich dann entscheiden zwischen Auflösung und Reichweite. Z.B 50 Messungen die Sekunde ca 7m Reichweite. Vermutlich. Der Mikrophonstab kann auch eine Pendelbewegung machen.
Die Entfernungsmessung unter Wasser ist mit Ultraschall möglich. Die Sporttaucher hatten vor einigen Jahren eine Teildisziplin beim Orientierungstauchen, bei der Ziele unter Wasser mit Sonargeräten gesucht worden. Diese Geräte arbeiteten mit einem keramischen Schwinger im Frequenzbereich zwischen 250 kHz und 1 MHz, der sowohl das Signal aussendete und kurz danach empfangen hat. Diese Schwinger waren in einem Messingrohr mit einem speziellen Gießharz eingegossen. Die Schwinger, Durchmesser ab 30 mm wurden in Hermsdorf/Thür. in den Keramischen Werken hergestellt. Die Anzeige erfolgte mit mechanischem Messwerk, Leuchtzeile oder bei den Edel-Bastlern auch mit einer Braunschen Röhre. Mit diesen Geräten war es möglich ein Tauwerk mit einer Stärke von 10 mm unter Wasser auf eine Entfernung von 30 m zu orten. Anleitungen dazu sind seinerzeit in der Taucherzeitschrift "Poseidon" erschienen.
Es ginge wohl - aber es geht nicht: Die Schallausbreitung im Wasser geht schneller, als in der Luft das ist zwar nur eine Änderung des Faktors K in der Formel Echo-Zeit * K = Distanz. Allerdings: Die Dinger sind nicht sonderlich genau, hätten einen anderen Messbereich (von..bis) und sind NICHT WASSERFEST! Würde mich das interessieren (!), hätte ich einen dieser "billigen Arduino Ultraschall Sensoren" in eine Plastiktüte gepackt und Experimente in der Badewanne durchgeführt. Auch auf die Gefahr hin, dass es nicht klappt - geht doch nix kaputt dabei! Aber Eigenes (!) Denken und Probieren ist manchem heutzutage schon peinlich...
Einparksensoren sind leicht zu beschaffen und ziemlich wasserfest. Die 'grossen' Schwinger von Echoloten arbeiten meist so bei 150kHz und sind recht grob, d.h., der Abstrahlwinkel ist nicht besonders schmal. Einparksensoren sind zwar nicht für Unterwasserbetrieb gemacht worden, aber man kanns auf jeden Fall mal ausprobieren.
Jain, die funktionieren zwar auch im Wasser, aber sie sind nicht so Wasserdicht, dass sie auch richtigen Druck aushalten. Du schriebst ja, es geht um ein U-Boot. Deshalb würde ich auf dafür geeignete Geräte zurückgreifen. Falls Du nicht im nächsten Baggersee tauchen gehen willst, kann es auch nicht schaden, wenn die Teile auch Salzwasserresistent sind. Daran dass sich der Schall unter Wasser anders ausbreitet als in Luft, lässt sich auch mit der cleversten Software nichts ändern. Das ist einfach Physik. Aufgrund der Umgebung gibt es noch ein paar Unterschiede, die über die unterschiedliche Geschwindigkeit hinausgehen. Vieles lässt sich aber nachlesen.
Erik E. schrieb: > außerdem sollen die Sensoren auch in trübem Wasser > funktionieren. - Welchen Abstand sollen die messen - was ist für dich trübe - in welcher Umgebung schwimmt (taucht) das Teil - wie tief ist es unter dem Kiel
Matthias S. schrieb: > 'grossen' Schwinger von Echoloten arbeiten meist so bei 150kHz und sind > recht grob, d.h., der Abstrahlwinkel ist nicht besonders schmal. Jein, kommt auf den Schwinger an. Freuqenzen gibt es diverse. Ein Echolot mit kleinem Öffnungswinkel macht keinen Sinn, Sidescan mit großem aber auch nicht.
Erik E. schrieb: > Soweit ich weiß kommt es im Wasser zu gewissen Reflektionen des die > dafür sorgen dass man keine klassischen Ultraschallsensoren verwende > kann. Dann weisst du falsch, wenn auch nicht ganz falsch. Schall wird an 'Ungänzen' reflektiert, also Bereichen unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit. Also an anderen Objekten oder an 'Wässern' mit sprunghaft unterschiedlichen Eigenchaften. Einer dieser Trennlinie im Wasser nennt man auch 'Thermokline'. https://de.wikipedia.org/wiki/Thermokline Allerdings tritt dergleichen auf hoher See auf und nicht in den Planschgewässern in dem sich Modell-Uboote tummeln. Ebenso die Effekte der Konvergenzzone und der Halokline. Eine andere Frage ist auch, was für Dich 'klassische Ultraschallsensoren 'sind.
Ein Problem ist die Dichte vom Wasser. Bei einem medizinischen Ultraschallgerät ist ein großer Teil der Ultraschallkopfes dazu die akustische Impedanz der Piezokeramiken an die Impedanz des Körpers (ähnlich Wasser) anzupassen. Machst Du das nicht bekommst du eine Totalreflektion am Übergangsmedium.
DoS schrieb: > Ein Problem ist die Dichte vom Wasser. Bei einem medizinischen > Ultraschallgerät ist ein großer Teil der Ultraschallkopfes dazu die > akustische Impedanz der Piezokeramiken an die Impedanz des Körpers > (ähnlich Wasser) anzupassen. Machst Du das nicht bekommst du eine > Totalreflektion am Übergangsmedium. Das ist nicht weiter dramatisch, dazu hat man einen Kunststoffvorlaufscheibe. Und da die Dichte von Wasser und menschlichen Körper etwa gleich ist, braucht man da nichts völlig anderes zu bauen. und da der Sensor ohnehin eingetaucht ist, braucht man kein Koppelmedium wie bei der Medizin. Einfach mal schauen, was die Industrie so im angebot hat: https://www.directindustry.de/industrie-hersteller/tauch-ultraschallwandler-108162.html
DANIEL D. schrieb: > Also könnte man nicht einfach hörbare Frequenzen nehmen und ein normales > Mikrofon? Je höher die Frequenz, um so besser die Auflesung des Echos. Insbesondere musst du dir bei Messung kleiner Abstände Gedanken um die schnelle Sende-Empfangsumschaltung machen. Nach dem Aussenden ist der Empfänger erstmal durch den Sendepuls "geblendet". Wie groß sind die Abstände, die du minimal messen möchtest? Was ist ein "normales Mikrofon"? Für Unterwasser brauchst du einen Schallaufnehmer, dessen akustische Impedanz an Wasser angepasst ist, nennt sich Hydrophon (hydro = altgr. Wasser). Besonders klein (mikrós = altgr. klein) muss es gewöhnlich für den Unterwassereinsatz gar nicht unbedingt sein. Kürzere Wellenlängen machen allerdings den Aufbau von gerichteten Sendern/Empfängern kompakter.
Wilhelm Wirbel schrieb: > Allerdings tritt dergleichen auf hoher See auf und nicht in den > Planschgewässern in dem sich Modell-Uboote tummeln. Gerade in einem Planschgewässern wird der Schall an Boden und Oberfläche reflektiert, so dass es zu Mehrfachausbreitung mit unterschiedlichen Laufzeiten kommt, was zu Problemen führt, sobald der Abstand zum zu detektieren Objekt in die Größenordnung von Tauchtiefe oder Bodenabstand kommt.
Ich habe noch mal nachgedacht anstelle von einem Stab mit 2 Mikrofonen welcher sich dreht. Wäre es viel besser 5 Mikrofone welche fest eingebaut sind zu verwenden Mitte, Oben, Unten, links, rechts, in die Front von dem U-Boot eingebaut. Das mittlere Mikrofon weiter vorne eingebaut, und am besten wäre eine Schaltung welche die Mikrofone immer genau dann ausschaltet wenn Schall gesendet wird. Die Schallgeschwindigkeit im Wasser ist zwischen 1400 und 1500 Meter die Sekunde. Das Mikrofon in der Mitte empfängt den Schall immer als erstes. Mit der Verzögerung, mit welcher der Schall bei den anderen Mikrofonen empfangen wird, kann dann die Richtung bestimmt werden. Anzeigen lassen kann man sich das mit einem kleinen Display. Je näher ein Objekt kommt desto mehr leuchtet dann ein Bereich im Display. Jeder Sensor muss erfassen mit welcher Verzögerung der Schal zurückkommt. Und wie lange, oder ob er zweimal zurück kommt. Mit diesen Informationen müsste man farbige Vektoren auf dem Display darstellen können. Wie bei einer Wärmebildkamera, nur mit dem Unterschied eine andere Farbe ist eine andere Entfernung. In der Theorie natürlich alles total einfach :D
DANIEL D. schrieb: > In der Theorie natürlich alles total einfach :D Na ja, wenn Du schon mehrere Mikrofone planst, dann gebe doch einmal in Google "ultrasound sum and delay" ein. Mit mehreren gleichzeitig aufnemenden Mikrofonen bekommt man auch in schwierigen Verhältnissen (Unterwasser) ein Bild. Der Algorithmus ist kein Rocketscience.
Wie schon erwähnt, gehen Ultraschallsensoren für Luft nicht für Unterwasser. Auch wenn sie "wasserfest" sind, geht es nicht. Der Grund ist die unterschiedliche Dichte von Luft und Wasser. Das ist wie ein Impedanzübergang in der HF. Mit einem 50Ohm Koax Kabel kann man einen Dipol nur in der Mitte speisen, nicht am Ende (bezw. nur mit einem Anpassnetzwerk) Einfach in eine wasserdichte Tüte packen geht nicht, die Totalreflexion tritt dann an der Grenzfläche Luft/Wasser auf. Ob man die wasserfesten KFZ-Ultraschallsensoren umbauen kann auf direkten Wasserübergang, weiss ich nicht. Also besser gleich was suchen das schon für Wasser gedacht ist.
DANIEL D. schrieb: > In der Theorie natürlich alles total einfach :D Die findest du mit dem Begriff "bistatisch". https://de.mathworks.com/help/fusion/ug/track-using-bistatic-range-detections.html So funktionierte auch die Navigation mit Hyperbelnavigationsverfahren (LORAN, DECCA) allerdings mit mehreren Sendern und einem Empfänger.
Bastler_HV schrieb: > Ob man die wasserfesten KFZ-Ultraschallsensoren umbauen kann auf > direkten Wasserübergang, weiss ich nicht. Was wenn man Sie einfach in Öl taucht? Machen Yachties doch auch so.
Wolfgang schrieb: > So funktionierte auch die Navigation mit Hyperbelnavigationsverfahren Ist das nicht etwas overengeneered wenn man nur wissen will ob das Modell- Uboot in das von Kollegen kracht?
Wolfgang schrieb: > sobald der Abstand zum zu > detektieren Objekt in die Größenordnung ´ > von Tauchtiefe oder Bodenabstand kommt. Bei Kollision ist der Abstand 0. Blöd ist nur das Ultraschall - was anderes wird wohl schwierig - eine Totzeit hat wenn man Sender und Empfänger kombiniert. Das Boot muss auch nur voraus pingen, es sei denn es gibt einen Rückwärtsgang. Da sich bei Kollisionsgefahr der Abstand verringert ist der Algorithmus auch nicht allzu schwierig. Evtl. wäre es auch möglich die Reflexion von Boden oder Wasserspiegel zu nutzen und einfach schräg voraus dagegen zu pingen. Dann könnte ein Objekt auf Kollisonskurs das stärkste Echo im "Nahfeld" haben.
Wolfgang schrieb: > Wilhelm Wirbel schrieb: >> Allerdings tritt dergleichen auf hoher See auf und nicht in den >> Planschgewässern in dem sich Modell-Uboote tummeln. > > Gerade in einem Planschgewässern wird der Schall an Boden und Oberfläche > reflektiert, so dass es zu Mehrfachausbreitung mit unterschiedlichen > Laufzeiten kommt, Ja das stimmt natürlich, ich bezog mich auf die TO-Ansage "Soweit ich weiß kommt es im Wasser zu gewissen Reflektionen ... " also innerhalb des Mediums und nicht am den Grenzzonen Wasseroberfläche und Boden. Vielleicht spielt der TO aber auch auf Kavitation an, wobei ich jetzt nicht wüsste ob das Bauart bedingt ist. Allgemein heisst es dann Energie reduzieren. Vielleicht spielt hier der TO auf Ultraschallreinigungsbäder an, bei denen das Erzeugen von Bläßchen-bädern durch Kavitation gerade das Ziel ist.
Mucky F. schrieb: > Ist das nicht etwas overengeneered wenn man nur wissen will ob das > Modell- Uboot in das von Kollegen kracht? Man möchte immerhin auch wissen, wo das Boot des Kollegen ist. Wenn es einen halben Meter unter dem eigenen ist, wird man das sicher anders bewerten, als wenn es einen halben Meter vorm Bug ist.
Wilhelm Wirbel schrieb: > Vielleicht spielt hier der TO auf Ultraschallreinigungsbäder > an, bei denen das Erzeugen von Bläßchen-bädern durch Kavitation gerade > das Ziel ist. Die sind aber auch dafür gebaut. Selber hab ich noch nie Kavitation an Schwingern bzw. deren Messobjekten gesehen. Wolfgang schrieb: > Wenn es > einen halben Meter unter dem eigenen ist, wird man das sicher anders > bewerten, als wenn es einen halben Meter vorm Bug ist. Wie wäre es mit einem Vorausecholt?
Wilhelm Wirbel schrieb: > Ja das stimmt natürlich, ich bezog mich auf die TO-Ansage "Soweit ich > weiß kommt es im Wasser zu gewissen Reflektionen ... " Vermutlich durch die Trübung. Klares Wasser gibt m.W. kein Echo (ausser bei Grenzschichten durch Dichteänderung).
Mucky F. schrieb: > Wie wäre es mit einem Vorausecholt? Hast du eine Bezugsquelle für Ultraschallgeber mit ausreichend enger Richtkeule in der Vertikalen und breiter Keule in der Horizontalen, die sich kostenmäßig im Rahmen halten? Kollisionen entstehen nicht nur mit festen Objekten. Wenn sich beide Objekte bewegen, ist eine stehende Seitenpeilung das Kriterum für eine Kollision. Stumpf nach vorne zu gucken, reicht da nicht.
Wolfgang schrieb: > Kollisionen entstehen nicht nur mit festen Objekten. Wenn sich beide > Objekte bewegen, ist eine stehende Seitenpeilung das Kriterum für eine > Kollision. Stumpf nach vorne zu gucken, reicht da nicht. U-Boote bewegen sich in allen drei Raumrichtungen, also muss die stehende Peilung auch in Hochrichtung bestehen, damit es kracht.
Rolf M. schrieb: > Wolfgang schrieb: >> Kollisionen entstehen nicht nur mit festen Objekten. Wenn sich beide >> Objekte bewegen, ist eine stehende Seitenpeilung das Kriterum für eine >> Kollision. Stumpf nach vorne zu gucken, reicht da nicht. > > U-Boote bewegen sich in allen drei Raumrichtungen, also muss die > stehende Peilung auch in Hochrichtung bestehen, damit es kracht. https://www.youtube.com/watch?v=NcsZ2RE4sAs Modell-Uboote sind nicht wirklich in Fahrt wenn getaucht, da geht es meistens nur runter/rauf. Und autonom sind diese Konservenbüchsen auch nicht, da steht der Pilot am Ufer und steuert von Ferne Kollisions vermeidend. Also Fähnchen am langen Draht dran und gut, oder eben Wimpel am ausgefahrenen Periskop.
Wolfgang schrieb: > Hast du eine Bezugsquelle für Ultraschallgeber mit ausreichend enger > Richtkeule in der Vertikalen und breiter Keule in der Horizontalen, die > sich kostenmäßig im Rahmen halten? Wenn der Rahmen 4 stellen vor dem Komma hat so einige. ;-) Bastel gerade mit so was rum: https://de.aliexpress.com/item/32860789867.html?spm=a2g0x.12010612.8148356.22.1020135a1iXEHo und will die als Stack betreiben. Weiß aber noch nicht was da raus kommt. > Kollisionen entstehen nicht nur mit festen Objekten. Wenn sich beide > Objekte bewegen, ist eine stehende Seitenpeilung das Kriterum für eine > Kollision. Stumpf nach vorne zu gucken, reicht da nicht. Ob du jetzt im Modellbootteich ne stehende Peilung hinbekommst wage ich mal zu bezweifeln. Dafür müssten die länger Kurs halten als der Teich lang ist.
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Idee: Für den Nahbereich (0..6m) sollen auch Laser-Entfernungsmesser mit grünem Strahl unterwasser funktionieren.
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