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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Geschwindigkeitmessung mit Schall Wie schwierig?


Autor: Otto W (Gast)
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Hallo

Ich habe bei einer Firma was interessante gesehen und frage mich gerade 
wie schwierig es ist so was umzusetzten. Mit einer Schallquelle und dem 
Doppereffekt wurde die Geschwindigkeit von Fussbällen gemessen.

Das Gerät das ich gesehen habe war angeblich mit einer Analogenschaltung 
aufgebaut also mit OPV usw.
Soll angeblich so gut funktionieren.

Wie würde ihr so was umsetzen ?


Gruss

Otto W

Autor: Sirius (Gast)
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Ist wohl eine Art Radar aber nur mit Schall ?


Sirius

Autor: Wolfram (Gast)
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>Wie würde ihr so was umsetzen ?

-festlegen welche geschwindigkeiten ich messen will und wie genau
-sonstige Rahmenbedingungen festlegen
-Ultraschallfrequenz festlegen
-zu erwartende Frequenzänderung durch den Dopplereffekt berechen
-Abschätzen mit welchem Aufwand dies zu messen ist und ob ich die 
Genauigkeit erreichen kann
-wenn es realistisch ist: "umsetzen"

Autor: Rüdiger Knörig (sleipnir)
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Wenn der Doppler-Effekt genutzt wird dann muß die Frequenzänderung des 
empfangenen Signals ausgewertet werden. Prinzipiell wäre das dann ein 
FM-Empfänger dessen Ausgangsspannung noch über eine Eichkurve auf die 
Geschwindigkeit umgerechnet wird (ggf. einfach indem man eine 
entsprechende Skala für ein analoges Voltmeter verwendet!).
Der FM-Empfänger kann im simpelsten Fall die Flanken von Bandpässen 
nutzen oder man baut eine der typischen Digital-Lösungen oder nimmt 
einen NE567 (?) Tondecoder.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Einbruchs-Alarmanlagen mit Ultraschall arbeiten schon seit Jahrzehnten 
mit dem Doppler-Effekt, das ist nichts neues. Mit einem 
24GHz-Radarbewegungsmelder  habe ich auch schon Autos über 2*25m 
"gehört". Die Wellenlängen liegen in der gleichen Größenordnung wie die 
der Schallwellen.
Mit Ultraschall-Doppler habe ich auch experimentiert, aber die 
ereichbaren Entfernungen sind nach meinem Gefühl deutlich kleiner. Ich 
habe damals das verrauschte NF-Signal angehört, man muß schon mit 
ordentlichen Lautstärken senden, sonst wird das nicht weit reichen. Die 
üblichen kleinen Ultraschall-Wandler taugen dazu nicht, man sollte 
vielleicht Piezo-Hochtöner auf ihrer Resonanzfrequenz irgendwo bei 40 
kHz benutzen.
Solche Alarmanlagen sind übrigens wegen der häufigen Fehlalarme von den 
Versicherern nicht zugelassen.

Autor: Elektrorambo (Gast)
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Hallo

Kann ich mir die Sache etwas so vorstellen?


Mit einem NE555 erzeuge ich ein 40kHz Signal und verstärke es und gebe 
es auf einem starken Piezohochtöner aus.

Dann empfange ich mit einem Microfon das zurückgestrahle Signal und mit 
einem AVR messe ich die Phasenverschiebung?

Mache ich einen Überlegugsfehler oder ist die Phasenverschiebung immer 
gleich solange sich das Objekt gleichbleibender Geschwindigkeit 
entfernt.


In Wirklichkeit wird die Sache wohl recht schwierig?

MfG

Elektrorambo

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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> AVR messe ich die Phasenverschiebung?

Nein. Du solltest nur kurze Impulse (vllt. acht komplette Schwingungen) 
aussenden und dann warten bis diese zurückkommen. Und dann musst du die 
Frequenzen der abgestrahlten und zurückkommenden Wellen ermitteln und 
vergleichen. Aus der Differenz der Frequenzen kannst du die 
Geschwindigkeit errechnen. Zugleich wäre es möglich, über die Laufzeit 
der Welle auf den Abstand zu schließen.
Aufgrund der Pulsung kannst du höhere Sendeleistung zulassen.

Autor: Elektrorambo (Gast)
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Darf man ein Rechtecksignal senden oder ist so was nicht zu empfehlen ?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Naja, ich weiß ncht was die Lautsprecher drauß machen, ich würde eher 
für Sinus plädieren. Kann aber sein, dass die Lautsprecher eh nur die 
Grundwelle nehmen.. Müsste man testen. Jedenfalls wäre das mein erster 
Ansatz

Autor: Kramny (Gast)
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Hallo,

wenn ich mich da mal mit einmischen darf.

Zur Geschwindigkeitsmessung mit dem Dopplereffekt ist natürlich zu 
beachten, dass das nur richtig funktioniert, wenn sich das Objekt direkt 
auf die Schallquelle zu bewegt. (Da gibt es auch immer wieder schöne 
Fehlmessungen im Straßenverkher (Radarkontrollen)). Zumindest misst mann 
immer nur die Geschwindigkeitskomponente, sich Richtung der 
Schallausbreitung befindet.

Zur Erzeugung von Ultraschallwellen, nimmt man üblicherweise schon 
Piezoelemente. Diese werden bei Ultraschall-Absstandssensoren in der 
Regel auch dazu hergenommen, diese Schallwellen wieder zu empfangen 
(dierekter und inverser Piezolektrischer Effekt). Üblicherweise werden 
Schallfrequenzen von ca. 70kHz verwendet. Damit ist man weit genug vom 
hörbaren Bereich entfernt und Frequenzen im MHz-Bereich würden in Luft 
ziemlich stark gedämpft werden. Ein wesentlicher Faktor für gute 
Ultraschall-Sensoren ist der Öffnungswinkel - also der Winkel mit dem 
die Schallwellen ausgesandt werden.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit 
von der Temperatur abhängt. Ich weiß jetzt allerdings nicht, ob das beim 
Dopplereffekt eine Rolle spielt - da müsste man nochmal drüber 
nachdenken.

Die Messung des Frequenzunterschieds ist meist schwierig (bei Radar im 
GHz-Bereich sowieso). Deshalb wird ausgesandtes und empfangenes Signal 
überlagert und die Schwebungsfrequenz gemessen. Das ist einfacher. Aber 
selbst bei 70kHz, dürfte das notwendig sein. Denn eine Geschwindigkeit 
eines Objektes (auf die Schallquelle zu) von 1m/s und einer Frequenz 
70kHz führt nach dem Dopplereffekt zu ca. 70,2kHz (also nur knapp 200Hz 
mehr).

Viel Theorie, aber es gibt schon so einiges zu beachten. Vielleicht war 
ja etwas brauchbares dabei.

Gruß
Kramny

Autor: :-) (Gast)
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Autor: Netbird (Gast)
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Hallo,

ich weiß nicht, ob Du Zugang zu Messgeräten hast, um Dich mit den 
Doppler- Grundlagen vertraut zu machen.

Du brauchst:
- einen kleinen Tongenerator + Lautsprecher für z.B. 40000Hz. Der 
Lautsprecher ist vorzugsweise einer für US- 40000Hz...
- eine Mikrofonkapsel für US, eventuell einen Vorverstärker dafür
- einen Frequenzmesser,an den der US-Empfänger angeschlossen wird.

Du misst die "Ruhefrequenz" des US-Senders mit dem Frequenzmesser mit 
einer Torzeit von z.B. 0,1s, auch 1s geht.
Wenn Du den Tongenerator (auch per Hand) auf das Mikrofon zubewegst, 
wirst Du feststellen, dass die Empfangsfrequenz steigt, beim Entfernen 
entsprechend fällt (einige Hundert Hz Änderung, schon bei kleinen 
Geschwindigkeiten)

Wenn Du die Möglichkeit hast, den Sender auf einem kleinen "Auto" 
(hervorragend: Lego/ Duplo- Autochen :-)) zu befestigen, kannst Du die 
Geschwindigkeit des Autos messen, die theoretische Dopplerfrequenz 
berechnen und mit der gemessenen vergleichen.

Wenn das geklappt hat, besitzt Du alle Elemente, um hieraus mehr zu 
machen mit AVR - Pulsbetrieb - Schwebungsfrequenz oder wie auch immer 
...

Ich kann Dir versichern, dass dies so klappt, habe es gerade gemacht.

Viel Erfolg!

Autor: Lötnix (Gast)
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Autor: Fritz123 (Gast)
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Hallo,

1. Wie weit soll den der Ball bei der Messung entfernt sein?
2. Ist die richtung der Flugbahn gleich der Messrichtung?

Gruß Fritz

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