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 ...
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 :-)
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.
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.
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 ...
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.
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...
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...
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.
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 !
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.
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
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.
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 ?
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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
