Forum

Einloggen | Registrieren | RSS  

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
13.12.2020,
18:46
(editiert von cmyk61
am 13.12.2020 um 19:03)
 

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis (Elektronik)

Moin zusammen,

seit zwei Tagen rätselt ein Bekannter von mir an folgender Schaltung herum:





Die Schaltung stammt von folgender Seite:
http://www.elexs.de/ultrason2.htm

Nun möchte mein Bekannter das Signal mit einem ESP auswerten (von Elektronik keine Ahnung, aber er kann leidlich programmieren).
Aber das Ausgangssignal kommt mir persönlich nicht sonderlich koscher vor.
Ich habe leider keine Möglichkeit mein Oszi dranzuhängen. Seine Oszillogramme sehen wie folgt aus:














Als Sender dient ein NE555 der einen US-Geber speist.
So wie ich es verstanden habe, hat das Ausgangs-Signal (am PIN NF des Empfängers) die Amplitude des ersten Oszilogramms. Ab 10cm bricht es zusammen und hat nur noch einen Mini-Pegel (sieht ein wenig wie Rauschen aus) und ein paar Spikes. Ist dieses Verhalten Konzeptionell bedingt (sprich: Schrottschaltung) oder könnte ein Aufbaufehler die Ursache sein? Meine Kristallkugel hat leider zu viele Kratzer - aber vielleicht hat einer von Euch ne waghalsige Idee?
Mein Bekannter indes möchte einen Analogverstärker an den Ausgang hängen um das Signal für den ESP groß genug machen. Mir schwebt im Kopf herum, dass negative Signalkomponenten zu eliminieren sind. Gibts da was einfaches von Obi? :-D :-D :-D

Gruß
Ralf

simi7(R)

D Südbrandenburg,
13.12.2020,
19:33

@ cmyk61

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Moin zusammen,
»
» seit zwei Tagen rätselt ein Bekannter von mir an folgender Schaltung
» herum:
Was soll es denn werden?
Ultraschalltöne empfangen und auswerten (Fledermäuse und andere Schallquellen)?
Oder Entfernungen messen?

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
13.12.2020,
19:58

@ simi7

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

Hi Simi,

Entfernungen will er messen. Bevorzugt bis 5m. Aber es scheint so, als wäre schon bei 10cm Ende der Fahnenstange erreicht



Gruß
Ralf
» »
» » seit zwei Tagen rätselt ein Bekannter von mir an folgender Schaltung
» » herum:
» Was soll es denn werden?
» Ultraschalltöne empfangen und auswerten (Fledermäuse und andere
» Schallquellen)?
» Oder Entfernungen messen?

finni(R)

13.12.2020,
20:04

@ cmyk61

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

Wie kann denn ein Open-Kollektor bitte schön, ein Signal ausgeben? Das erklär mir bitte jemand.

Steffen

13.12.2020,
21:58

@ finni

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Wie kann denn ein Open-Kollektor bitte schön, ein Signal ausgeben? Das
» erklär mir bitte jemand.

Indem er das Signal/ die Spannung vom "NF"
beeinflusst.
Die Logik dieser Rückkopplung (?) versteh ich aber auch nicht.

Gruß Steffen

Hartwig(R)

13.12.2020,
22:14

@ finni

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Wie kann denn ein Open-Kollektor bitte schön, ein Signal ausgeben? Das
» erklär mir bitte jemand.
na ja, der 555 ist hier eher ungewöhnlich zweckentfremdet. Die Nichtlinearität der Kennlinien des einzelnen Transistors wird ausgenutzt, um diesen als Mischer zu betreiben, also die Differenzfrequenz zwischen der Grundfrequenz des 555 (liegt an der Basis vom Transistor) und der Eingangsfrequenz vom US-Aufnehmer zu erzeugen. Die Differenzfrequenz wird dann auch am Kollektor wieder ausgekoppelt. Die Oszillatorfrequenz und die Frequenz des Aufnehmers hört man natürlich nicht, da diese über dem NF-Bereich liegt.

Zum Rest:
Selbst mit Verstärker halte ich die Schaltung allenfalls für Experimentierzwecke geeignet, sehr stabil wir die nicht arbeiten. Früher gab es mal ICs für solche Zwecke, ich glaube, das waren u.A. der MC1596 (Modulator/Mischer) - wenn ich das richtig erinnere.
Die Oszillogramme sind ja ziemlich grottig - Die Geheimhaltung des Zeitmaßstabes ;-) erleichtert die Interpretation nicht grade.
Da wären bestimmt ein besserer Mischer + einige Filter erforderlich um auf 5m besser als als mit Augenmaß zu messen.
Mir scheint, hier soll ein Detektorempfänger zum Weltempfänger ausgebaut werden. ;-)
Gerade die Signalauswertung würde ich digital vornehmen, also Sende- und Empfangssignal vorfiltern und dann daraus die Echolaufzeit ableiten. Weil man das wohl so macht, gibt es ja auch diese ICs nicht mehr......
Grüße
Hartwig

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
13.12.2020,
22:15

@ Steffen

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» » Wie kann denn ein Open-Kollektor bitte schön, ein Signal ausgeben? Das
» » erklär mir bitte jemand.
»
» Indem er das Signal/ die Spannung vom "NF"
» beeinflusst.

Nee, ich habe das anders verstanden. Der Piezo empfängt das Signal des Senders mit zB 40kHz. Die Leistung ist natürlich nicht sonderlich hoch...
Der 555 erzeugt ein zB 39kHz Signal und das schließt mit dem Ausgangstransistor das Piezo-Signal periodisch kurz. An NF kann dann die Differenz also 1kHz abgehört werden. Natürlich nicht mit hoher Leistung. Kristallohrhörer wäre IMHO geeignet - aber auch ein NF-Verstärker mit nachgeschaltetem Lautsprecher.
Was mein Bekannter da hört oder auf seinem Oszi sieht, vor allem diese seltsame Signalform mit den Spikes - das weiß ich auch noch nicht.

Gruß
Ralf

Für Korrekturen bin ich aufgeschlossen ;-)

» Die Logik dieser Rückkopplung (?) versteh ich aber auch nicht.
»
» Gruß Steffen

finni(R)

13.12.2020,
22:31

@ Hartwig

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» » Wie kann denn ein Open-Kollektor bitte schön, ein Signal ausgeben? Das
» » erklär mir bitte jemand.
» na ja, der 555 ist hier eher ungewöhnlich zweckentfremdet. Die
» Nichtlinearität der Kennlinien des einzelnen Transistors wird ausgenutzt,
» um diesen als Mischer zu betreiben, also die Differenzfrequenz zwischen der
» Grundfrequenz des 555 (liegt an der Basis vom Transistor) und der
» Eingangsfrequenz vom US-Aufnehmer zu erzeugen. Die Differenzfrequenz wird
» dann auch am Kollektor wieder ausgekoppelt. Die Oszillatorfrequenz und die
» Frequenz des Aufnehmers hört man natürlich nicht, da diese über dem
» NF-Bereich liegt.

Wenn ich ein Signal periodisch kurzschließe, mische ich die beiden Frequenzen? Leuchtet mir nicht ein. Es wird doch nur die 40kHz im Takt der 39kHz durchgelassen. Was ist daran mischen?
Wahrscheinlich denke ich zusehr an ein altes Radio, wo im Tuner eine Zwischenfrequenz (ZF) gebildet wird. Aber da war doch nichts von kurschließen.

Danke für die Erläuterung

Hartwig(R)

13.12.2020,
22:42
(editiert von Hartwig
am 13.12.2020 um 22:53)


@ finni

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Wahrscheinlich denke ich zusehr an ein altes Radio, wo im Tuner eine
» Zwischenfrequenz (ZF) gebildet wird. Aber da war doch nichts von
» kurschließen.
»
»nee, damit liegst Du eigentlich genau richtig! Du schließt ja auch nichts kurz, der Transistor hat ja keine Betriebsspannung, am Kollektor liegt ja auch ein Signal an (ohne das jetzt lange überlegt zu haben - über das hFE würde eine Multiplikation stattfinden, das dann noch irgendwo im krummen Bereich der Kennlinie....) - aber wie das noch genau war - da müßte ich mal wieder nachschauen....und beim Rechteck ist da natürlich schon ein Schalteffekt.

Aber da der Kollektor hier sowohl als Eingang als auch als Ausgang genutzt wird, erkennt man, wie primtiv die Schaltung ist. Man sollte zumindest die Ausgangsfrequenz von den Ultraschallresten befreien, das wird hier dem Gehör überlassen,

Grüsse
Hartwig

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
13.12.2020,
22:49

@ Hartwig

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

Schwebung kann man das auch nennen. Wenn man eine Gitarre stimmt und zwei Saiten FAST auf der gleichen Frequenz schwingen, kann man die sehr niederfrequente Schwebung hören.... 0..1 HZ... das Ganze geht natürlich auch mit höheren Frequenzen. Wie gut das hörbar ist, hängt IMHO vom Schaltungskonzept ab. Beim FM-Radio gleiches Prinzip.


» » Wahrscheinlich denke ich zusehr an ein altes Radio, wo im Tuner eine
» » Zwischenfrequenz (ZF) gebildet wird. Aber da war doch nichts von
» » kurschließen.
» »
» »nee, damit liegst Du eigentlich genau richtig! Du schließt ja auch nichts
» kurz, der Transistor hat ja keine Betriebsspannung, am Kollektor liegt ja
» auch ein Signal an (ohne das jetzt lange überlegt zu haben - über das hFE
» würde eine Multiplikation stattfinden, das dann noch irgendwo im krummen
» Bereich der Kennlinie....) - aber wie das noch genau war - da müßte ich mal
» wieder nachschauen....
»
» Aber da der Kollektor hier sowohl als Eingang als auch als Ausgang genutzt
» wird, erkennt man, wie primtiv die Schaltung ist. Man sollte zumindest die
» Ausgangsfrequenz von den Ultraschallresten befreien, das wird hier dem
» Gehör überlassen,
»
» Grüsse
» Hartwig

Steffen

13.12.2020,
22:59

@ cmyk61

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» » » Wie kann denn ein Open-Kollektor bitte schön, ein Signal ausgeben? Das
» » » erklär mir bitte jemand.
» »
» » Indem er das Signal/ die Spannung vom "NF"
» » beeinflusst.
»
» Nee, ich habe das anders verstanden. Der Piezo empfängt das Signal des
» Senders mit zB 40kHz. Die Leistung ist natürlich nicht sonderlich hoch...
» Der 555 erzeugt ein zB 39kHz Signal und das schließt mit dem
» Ausgangstransistor das Piezo-Signal periodisch kurz. An NF kann dann die
» Differenz also 1kHz abgehört werden. Natürlich nicht mit hoher Leistung.
» Kristallohrhörer wäre IMHO geeignet - aber auch ein NF-Verstärker mit
» nachgeschaltetem Lautsprecher.
» Was mein Bekannter da hört oder auf seinem Oszi sieht, vor allem diese
» seltsame Signalform mit den Spikes - das weiß ich auch noch nicht.
»
» Gruß
» Ralf
»
Achso, die Tröte an Pin 7 ist der Empfänger :-)
Und hinten soll die "Schwebungsfrequenz" an NF rauskommen. Da würde ich die beiden Frequenzen lieber über ein AND-,o. XOR- Gatter + Filter laufen lassen.

Einen Teil der Spitzen auf dem Oszi wird wohl durch den 555er selbst erzeugt.
Den üblichen 100nF an den Versorgungspins seh ich nicht.

Gruß Steffen

simi7(R)

D Südbrandenburg,
13.12.2020,
23:04

@ cmyk61

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Hi Simi,
»
» Entfernungen will er messen. Bevorzugt bis 5m. Aber es scheint so, als wäre
» schon bei 10cm Ende der Fahnenstange erreicht
»
Dann soll er doch einen fertigen Sensor nehmen. Schon ab 1,84 € zu haben. Startimpuls rein und nach x ms kommt der Echoimpuls raus.
Da muss er nichtmal löten, alles zum stecken.
Typ HC-SR05 oder HC-SR04.
Speziell für 3,3V der RCW-0001 für ca. 6€ vom Chinamann der in D ein Lager hat.

Steffen

14.12.2020,
00:09

@ Hartwig

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Die Oszillogramme sind ja ziemlich grottig - Die Geheimhaltung des
» Zeitmaßstabes ;-) erleichtert die Interpretation nicht grade.

100us/DIV
und da in etwa bewegt sich die Frequenz.
Ca. 4x pro Periode hauen die Störungen rein, was auf die Frequenz vom 555 schließen könnte mit etwa 40kHz. Das ist jetzt allerdings meine Interpretation des 1. Oszibildes.

» Da wären bestimmt ein besserer Mischer + einige Filter erforderlich um auf
» 5m besser als als mit Augenmaß zu messen.
» Mir scheint, hier soll ein Detektorempfänger zum Weltempfänger ausgebaut
» werden. ;-)
» Gerade die Signalauswertung würde ich digital vornehmen, also Sende- und
» Empfangssignal vorfiltern und dann daraus die Echolaufzeit ableiten. Weil
» man das wohl so macht, gibt es ja auch diese ICs nicht mehr......
Die Funktion entspricht eher der eines BFO- Metalldetektors nur halt auf Abstandsmessung.:-D

Gruß Steffen

Hartwig(R)

14.12.2020,
09:06

@ Steffen

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Die Funktion entspricht eher der eines BFO- Metalldetektors nur halt auf
» Abstandsmessung.:-D
»
Das ist ja auch immer das gleiche Konzept. Auch hier kann man ja die Entfernung oder aber Geschwindigkeit messen.
Bei einer Messentfernung von 5m ist es eine Frage der Genauigkeit und Auflösung (in beengter Umgebung können Streuechos Probleme bereiten!), ob das mit so einer primitiven Schaltung machbar ist.
Aber wenn ein DSP zum Einsatz kommt, wäre diese Schaltung so eh überflüssig.....
Grüße
Hartwig

olit(R)

E-Mail

Berlin,
14.12.2020,
11:03
(editiert von olit
am 14.12.2020 um 11:15)


@ cmyk61

Leeres Blatt :-(

Ich ahtte blösin eingegeben

Itzlbritzl

15.12.2020,
06:26

@ finni

Ultraschall Entfernungsmessung - Schaltungsverständnis

» Wenn ich ein Signal periodisch kurzschließe, mische ich die beiden
» Frequenzen? Leuchtet mir nicht ein. Es wird doch nur die 40kHz im Takt der
» 39kHz durchgelassen. Was ist daran mischen?

Du multiplizierst das Signal mit einem anderen, in diesem Fall ein Rechteck zwischen 0 (Kurzschluss) und 1 (Kein Kurzschluss). Das ist eine - wenn auch recht schlechte - Mischung.

Bildlich kann man sich vorstellen, dass sich die 40kHz bezüglich der 39kHz immer ein Stück verschieben, dadurch ergibt sich eine Einhüllende von 1kHz.