Guten Abend! Zunächst einmal möchte ich dem Forum und den Leuten hier meinen Dank aussprechen. Ich habe hier immer sehr kompetente Hilfe bekommen. Aktuell habe ich folgendes Problem: Ich möchte gerne in einer Wassergefüllten Röhre eine stehende Welle erzeugen. Dazu habe ich an ein Ende einen Piezo angeschlossen. Wenn ich jetze eine Sinusförmige Wechselspannung auf den Piezo geben, sollte bei der richtigen Frequenz eine stehende Welle im Gefäß entstehen. So weit so gut. Im Grunde habe ich also ein schwingendes System und das müßte bei einer ganz bestimmten Frequenz (stehende Welle) Resonanz zeigen. Ich möchte nun die Frequenz ändern und gucken, wie sich die Amplitude ändert, im Resonanzfall sollte sie maximal sein und ich habe die Frequenz gefunden. Leider kann ich die Druckamplitude im Wasser nicht messen, könnte ich die Spannung am Piezo als Größe verwenden, oder hat jemand vielleicht ein andere Idee? Ich hoffe mein Problem ist klar geworden, irgendwie finde ich es schwer zu erklären. Viele Grüße Stephan
Wenn die Kopplung ans Wasser gut genug ist, und die Resonanz im Wasser nicht zu stark gedämpft wird, sollte man die Resonanz auch an der Impedanz des Piezos erkennen können. Es könnte trotzdem einfacher sein einen 2 ten Piezo als Detektor zu nehmen.
Hi! Danke für die Antwort, aber ein zweiter Piezo kommt nicht in Frage, leider. Die Ankopplung ist gut, die Verluste sind super gering... Wie müßte ich die Impedanz des Piezos am besten messen???
Hallo Stephan,
> Wie müßte ich die Impedanz des Piezos am besten messen???
Wenn mich meine Anschauung nicht täuscht - über den Strom durch den
Piezo:
Im Resonanzfall sollte der Stromfluss (im zeitlichen Mittel) minimal
sein.
Die Kurve Strom vs. Frequenz sollte ein bisschen wie beim
Franck-Hertz-Versuch aus der Atomphysik aussehen.
Ob das in der Messgenauigkeit mit einem Piezo machbar ist weiß ich
leider nicht. Vorschlag:
Bilde den Mittelwert des Piezo-Stroms, den du über einen Widerstand
einem AD-Wandler zuführst und zeichne die Werte für verschiedene
Frequenzen auf.
Wenn das funktioniert solltest Du eine stetige Kurve mit periodischen
Minima und Maxima vs. Frequenz erhalten.
Gruß,
Nils
Ok, so ungefähr habe ich mir das auch vorgestellt... Ich schalte also einfach einen Widerstand in Reihe zum Piezo und greife den Spannungsabfall ab, messe den mit dem A/D-Wandler und trage das gegen die Frequenz auf. Also quasi genauso, wie man das in einem normalen Schwingkreis machen würde. Das klingt ganz gut, und entspricht meiner physikalischen Intuition (die mich aber auch gerne mal in die Irre führt). Ich versuche mir das gerade vorzustellen: Wenn der Piezo so schwingt, das sich eine stehende Welle ausbildet (Resonanz), dann sorgt alleine die Welle dafür, das der Piezo schon maximal richtig gedehnt bzw. gestaucht ist, d.h. der Piezo ist schon auf dem Potential das ich anlege, somit müßte kein Strom fließen. Etwas Strom wird dennoch fließen, da ich ja etwas Dämpfung im Wasser habe und die Schallwelle nicht mehr mit der gleichen Amplitude auf den Piezo zurück kommt wie sie ausgesendet wurde. Sie erzeugt also vielleicht nur 90% der ehemals angelegten Spannung d.h. meine Sinusförmige Spannung ist in diesem Fall 10% stärker es fließt also ein kleiner Strom, welchen ich über den Meßwiderstand als Spannung abgreifen und so indirekt bestimmen kann. Im Resonanzfall ist der Strom minimal, und damit auch der Spannungsabfall über dem Widerstand. Ich glaube, so langsam weiß ich wie das funktionieren kann. Nun zu etwas konkreteren Fragen: Was ist mit der Resonanzfrequenz des Piezos spielt die auch noch eine Rolle, oder werde ich durch die Kopplung an die Wassersäule eine einzige Resonanzfrequenz erhalten, muß ich die Frequenz irgendwie berücksichtigen?
> ... dann sorgt alleine die Welle dafür, das der Piezo schon > maximal richtig gedehnt bzw. gestaucht ist, d.h. der Piezo ist schon auf > dem Potential das ich anlege, somit müsste kein Strom fließen. Ja. Ersetze 'kein Strom fließen' durch 'minimalen Stromfluss'. Du kannst es auch energetisch sehen: Im Resonanzfall muss das antreibende System minimale Arbeit leisten. > Was ist mit der Resonanzfrequenz des Piezos spielt die auch noch eine > Rolle Sie würde als 'Überhöhung' ins Spiel kommen. Wie bereits angedeutet: Dieses Messprinzip kannst Du in unterschiedlichsten Bereichen wieder finden: - Franck-Hertz-Versuch in der Atomphysik - Dipmeter in der Hochfrequenztechnik ... anderen hier und Dir selbst fallen sicher noch mehr Beispiele ein. Bei der Messung solltest Du den Effektivwert des Anregungsstroms messen - das ist mit Mittelwert gemeint (ist ja zur Zeit gerade ein kontroverser Thread hier). Ja, ich denke, wenn AD und Piezo das hergeben, sollte es so gehen. > der werde ich durch die Kopplung an die Wassersäule eine einzige > Resonanzfrequenz erhalten, muss ich die Frequenz irgendwie > berücksichtigen? Sieh Dir mal die Franck-Hertz-Kurve an und ersetze die Energie durch die Frequenz - irgendwas in der Art sollte herauskommen: Minima und Maxima in unterschiedlicher Intensität mit einem deutlich ausgeprägten Minimum bei Piezo-Resonanz (und nicht zwangsweise aufsteigend wie bei Franck-Hertz). Soweit meine Anschauung - die auch mich schon einige Male getäuscht hat...
wie treibst du den Piezo? vermutlich kannst du ihn mit einem Audio-Verstärker treiben, dann kannst du einen Frequenzgenerator an dessen Eingang anschließen.
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