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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ultraschall Entfernungsmesser ELEKTOR


Autor: Hias (Gast)
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Hallo!

Ich baue grad einen Ultraschallfüllstandsmesser für unseren
Pellets-Speicher.

Die Erzeugung des Sender-Signal gelingt ohne Probleme.

Leider funktioniert die Verstärkung des Empängersignals nicht so wie
gewünscht. Ich hab dazu der Einfachheit halber die Schaltung aus der
Elektor 12/2004 verwendet. Zunächst hab ich die Schaltung aus einem
Steckbrett aufgebaut, genauso wie auf einer Lochrasterplatine weil mein
Steckbrett schon einige defekte Klammern ausweist. Bei beiden entsteht
am Ausgang eine konstante Spannung von ca 3,6V. Diese schwankt nur
wenig, wenn ich einen Gegenstand zwischen die frontal aufeinander
gerichteten Ultraschallkapseln halte.

Also hab ich angefangen mir die Signal per Oszi anzuschauen.
Der Eingang ist völlig in Ordnung, schönes sinusförmiges Signal dessen
Amplitude auch sofort auf Gegenstände zwischen den Kapseln reagiert
(wird kleiner). Schon nach der 1. Verstärkung wird das Signal komisch.
Um die Ursache dafür zu finden benötige ich eure Hilfe.
Ich hab euch den Schaltplan, sowie die Signalbilder in den Anhang
gepackt.
Woran könnte das liegen? Oder ist das völlig normal?
Als Op kommt bei mir ein TL082CN zum Einsatz. Da ich kein Datenblatt
zum TL082P gefunden habe, kann ich nicht vergleichen, ob da ein
Unterschied besteht.

Sehr freuen würde ich mich wenn mir jemand genau erklären könnte, was
es sich mit dem Koppelkondesator auf sich hat (C5). Warum wird der
verwendet?


Danke Hias

Autor: Hias (Gast)
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Sorry! Ich hab die falsche Datei oben als Anhang verwendet (zu groß).
Hier nochmal die richtige Version

Autor: Christian (Gast)
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Für mich sieht das so aus, als ob bereits der erste Verstärker
übersteuert wird. Mit welcher Versorgungsspannung arbeiten die Opamps?
Wie groß ist die Amplitude des Signals vor und hinter der ersten
Verstärkerstufe?

C5 dient dazu, die Gleichspannung (Arbeitspunkt), die durch den Teiler
R5/R6 erzeugt wird, vom Ausgang der zweiten Stufe fernzuhalten.

Autor: Hias (Gast)
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Die Oamps arbeiten mit +5/-5V.
Die Amplitude vorm 1.Verstärker: 0,24V
Nachher: 0,32V
Laut rechnung müssten da 5,4V rauskommen...
Also übersteuert er ja!
Aber wo is da der Fehler?

Is mein Signal zu stark?
Hias

Autor: Benedikt (Gast)
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Was passt dir jetzt an der Schaltung nicht ?
Die Schaltung macht genau das was sie soll: Sie verstärkt das Signal
und richtet es gleich. Dass 3,6V rauskommen ist normal.
Lass am Eingang das Signal weg, und du wirst sehen, es kommt etwa 0V
raus.

Autor: Hubert.G (Gast)
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Laut Beschreibung sollten die OP etwa 500fach Verstärken, die RC
rundherum sind ein Bandfilter für 40kHz. C5 hält die Gleichspannung der
OP von der Gleichrichtung und Siebung D1/C6 fern.
Möglicherweise stimmt die Sendefrequenz nicht mit der
Bandfilterfrequenz überein.

Autor: Hias (Gast)
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Ja sie verstärkt das Signal immer auf ca. 3,6V +-0,2V.
Egal ob ich die Ultraschall frontal aufeinanderzeigen lasse, oder ob
ich sie parralell in den Raum halte. Sprich ich hab quasi 3,6V und 0V
dazwischen nix. Und da is irgendwo was faul.

Hias

Autor: Christian (Gast)
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Man müsste mal in der Elektor gucken, für welche max. Eingangsamplitude
das Ding ausgelegt ist. Immerhin haben beide Verstärkerstufen zusammen
- wenn ich das jetzt richtig überschlagen habe - eine Verstärkung von
ca. 800. Da kann man sich ausrechnen, dass das Eingangssignal klein
sein muss, um die zweite Stufe nicht zu übersteuern.

Trotzdem ist es seltsam, dass der erste Verstärker kaum verstärkt und
die Signalform trotzdem derart verzerrt. Alles richtig aufgebaut? Opamp
heile?

@Benedikt: Nun sollte sich die gleichgerichtete und gefilterte
Ausgangsspannung aber ändern, wenn man die Eingangsamplitude ändert.
Das passiert laut OP ja nicht.

Autor: Hubert.G (Gast)
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Ich glaube du verstehst da was falsch. So wie du es bescheibst wirst du
immer ein Signal haben. Was ist wenn du den Sender abschaltetst? Die
Entfernungsmessung basiert auf der Laufzeit des Signals und nicht auf
der Empfangsamplitude.

Autor: Andreas Thanheiser (Gast)
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Hab mir die Schaltung net im Detail ang'schaut, aber des is doch grad
der Sinn an der Schaltung, dass entweder 0V oder "ein paar Volt"
rauskommt.

Du sendest ja net permanent Schall aus, sondern nur kurze Pulse (ein
paar Perioden des 40kHz-Signals) und wartest bis das Echo wieder kommt
(wird erkannt durch das Ansteigen des Ausgangssignals auf die 3,6V).

Oder wie hast Du Dir des vorgestellt, wie's laufen soll?

Andreas

Autor: Benedikt (Gast)
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Nur mal so zur Info:
Die Abstandsmessung wird über die Laufzeit gemacht und nicht über die
Spannung. Also ist die Amplitude egal. Die Verstärkung wird so hoch
ausgelegt sein, da die Spannung mit Abstand² abnimmt. Schalte mal den
Sender aus, wenn dann der Ausgang auf 0V geht ist alles OK.

Autor: Hias (Gast)
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Hehe..
Mir is des ganze schon fast ein wenig peinlich...
Es stimmt tatsächlich die Sendefrequenz nicht.
Man sollte sich nicht immer auf ein Fluke verlassen.
Ich hab die Widerstände des NE555 als Taktgeber berechnet und
eingestellt und schon zeigt die Schaltung auch was sie soll.
Das Fluke misst eine Frequenz von 34kHz.
Komisch...

Danke!!!!

Hias

Autor: Hias (Gast)
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@all:
Stimmt schon was ihr sagt.
Aber es treten quasi immer auch andere Reflexionen auf, neben der
Oberfläche. Diese würden ja zur Verfälschung der Laufzeit führen.
Deshalb zeichnet man für eine bestimmte Zeit den Verlauf des Signals
auf und wertet dann die Zeit bis zum Maximalpunkt aus (das ist die
Reflexion der Oberfläche).

Warum pfeift jetzt mein Ultraschallsender?
Kann man 40kHz hören?

Autor: Andreas Thanheiser (Gast)
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"Kann man 40kHz hören?"

Batman oder andere Fledermäuse schon. Natürlich auch andere Tiere
(Hunde, Delphine,...)

Autor: Christoph H. (Gast)
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Meine Vermutung:
Der 68K Widerstand hat nicht den richtigen Wert oder ist nicht
angeschlossen. Miss auch mal den 3K Widerstand nach.

Gruss,
Christoph

Autor: Hias (Gast)
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Jetzt nervt mich des pfeifen doch ein wenig.
Es is ein ganz hohes pfeifen.
Wenn ich die Wechselspannungsfrequenz messe bekomme ich 34Khz.
Bei 40 kHz (gemessen) höre ich nichts.
Aber warum bloss? Ist das Sendesignal nicht sauber genug? Es wird von
einem NE555 erzeugt ist jedoch kein absolut sauberes Rechteck.

Ideen woher des pfeifen kommen könnte?

Hias

P.S.: 68K 3K und alle anderen stimmen!

Autor: Christoph H. (Gast)
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Für mich sehen die Signale übersteuert aus. Es könnte sein, dass Dein
Operationsverstärker mehr als Kompartor denn als Verstärker arbeitet.
Deshalb die Frage, ob der Rückkopllungs 68K auch wirklich angeschlossen
ist.

Meine These zum pfeifen: Dein Signal ist so stark, dass die Membran
irgendwo anschlägt und eine Resonanz im Wandlergehäuse anregt.
Oberschwingungen können es logischerweise nicht sein, da die ja noch
höher in der Frequenz als Deine Ansteuerfrequenz liegt.
Deshalb die These: es wird noch eine anderes Element als die
eigentliche Wandlermembran über eine nichtlineare Koppelung angeregt.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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<<Für mich sehen die Signale übersteuert aus. Es könnte sein, dass Dein
Operationsverstärker mehr als Kompartor denn als Verstärker arbeitet.
Deshalb die Frage, ob der Rückkopllungs 68K auch wirklich
angeschlossen
ist.>>

Na muss doch kräftig verstärken, denke ich. je höher die Verstärkung,
um so höher ist die Reichweite...
Wollte ich vorhin schon schreiben, aber die Antwort wurde ja oben schon
genannt.
Es wird ein "Chirp", ein kurzer Impuls ausgesendet. Nach wasweissich
10ms oderso empfängt der EmpfängerPiezo das Echo von diesem Chirp. Der
Sender ist zu diesm Zeitpunkt schon lange nicht mehr in Betrieb. Je
besser der OPV verstärkt, desto empfindlicher ist das "EchoOhr" und
desto weiter weg darf das Objekt sich befinden, welches das Echo
reflektieren soll.

Autor: Hias (Gast)
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Hallo nochmal!

Also die Schaltung scheint zu funktionieren.
Ich sende einen Ultraschallimpuls von 250µs aus. Zeichne mir danach den
Signalverlauf es Ultraschallmikros auf. Und werte die Zeit bis zum 1.
großen Maximas aus. Nur noch umrechnen und fertig.

Jedoch pfeift der Sender immer noch.
Ich weiß nicht ob das die Qualität irgendwie beeinflusst?? Hören kann
man den 250µs Impuls ja nicht.

hias

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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250us sind bei 44khz gerademal 11 Schwingungen, oder?
reicht das aus - erscheint mir etwas zu kurz.

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