Schwebungsfrequenz messen

[Blubber (Gast)]

Hallo.
Beschäftige mich gerade mit Ultraschall-Doppler-Durchflussmessung. In 
einem Buch stand nun drin, dass die man die empfangene Frequenz mit der 
gesendeten überlagert. Die resultierende Schwebung entspräche in dem 
Fall der doppelten Dopplerfrequenz.
Jetzt würde ich gerne wissen wie man Schwebungen eigentlich messen kann 
oder das Signal so bearbeiten kann, dass am Ende tatsächlich nur noch 
die Schwebung als Signal vorliegt.
(Google "Schwebung messen"/"Schwebungsfrequenz messen" war nicht 
sonderlich erfolgreich und ehrlich gesagt, hab ich auch keine Ahnung wie 
ich wirklich danach suchen soll. Eigene Überlegungen sind im nichts 
verlaufen...)
Wär toll wenn jemand was wüsste und es mit mir teilte

Danke schon mal im voraus
~K.

[Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)]

Beide Frequenzen mischen, zum Beispiel mit einem
Diodenringmischer. Das Ergebnis davon ist dann
die resultierende Schwebung.

[Softwareverwickler (Gast)]

Zum Einstieg

http://de.wikipedia.org/wiki/Mischer_%28Elektronik%29

Abschnitt Abwärtsmischer.
Mit links zu den Grundlagen und der bereits genannte Ringmischer ist 
auch verlinkt (Abschnitt Multiplikative Mischung).
Mit der Ultraschallfrequenz wird multiplikativ gemischt. Dann brauchts 
noch nen Tiefpass um das Signal bei der doppelten Frequenz 
rauszufiltern.
Wenn dein Signal wirklich nur aus Ultraschallfrequenz mit Schwebung 
besteht, ist das Ausgangssignal nur die Schwebung.

[Blubber (Gast)]

Softwareverwickler schrieb:
> Mit der Ultraschallfrequenz wird multiplikativ gemischt.

Warum denn das? Ist das nicht egal? Bei beiden Operationen bekomme ich 
doch eine Schwebung die der Differenz der Frequenzen entspricht, oder 
nicht? Zwar auf andere Art und Weise, aber die Frequenz ist die gleiche.

> Wenn dein Signal wirklich nur aus Ultraschallfrequenz mit Schwebung
> besteht, ist das Ausgangssignal nur die Schwebung.

Was genau meinst du damit? Also keine Störungen etc?

Ganz nachvollziehen konnte ich die Mischer ehrlich gesagt nicht. Also 
hab ich einfach versucht einen zu simulieren, aber Winspice (habe bisher 
mit noch keinem anderen Tool gearbeitet) streikt irgendwie bei der 
Ankopplung der 2. Induktivität bei den Trafos, daher auch hier kein 
Ergebnis. Tietze/Schenk kennt ja auch ein paar, allerdings habe ich 
keine Ahnung wie die Schaltungen die dort gezeigt werden zu 
dimensionieren wären. Die einzige Info die dabei rüberkommt (und das 
auch nur in der Sektion der additiven Mischer) ist "auf die HF 
abgestimmt". Da ich mit dem Attribut leider nichts anfangen kann...usw.

[Blubber (Gast)]

K. S. schrieb:
> ...ist "auf die HF
> abgestimmt". Da ich mit dem Attribut leider nichts anfangen kann...usw.

Okay. 2 Sekunden nach dem Absenden ist mir die Dummheit dieser Aussage 
bewusst geworden. Darf ignoriert werden.
Außerdem merke ich gerade, dass ich scheinbar in der falschen 
Forenkategorie gepostet habe, diesbezüglich bitte ich um Entschuldigung

[Klaus R. (klara)]

Karsten S. schrieb:
> Wär toll wenn jemand was wüsste und es mit mir teilte

Schau mal bei Gunthart Kraus nach.
www.elektronikschule.de/~krausg

•SPICE-Simulationen mit LTspice IV
 Band 1: Einführung und Elektronik-Praxisprojekte. Völlig neue 
Tutorial-Version 2.2 vom 28. Dezember 2013

21. Sechzehntes Projekt: Double Balanced Mixer,
Teil 1 = Ringmodulator

22. Siebzehntes Projekt: Double Balanced Mixer,
Teil 2 = Active Mixer = Gilbert Cell

Das ist bestimmt etwas für Dich!
Gruss Klaus.

[B e r n d W. (smiley46)]

Hallo,

noch eine Variante, Möglichkeiten gibt es jedoch viele. Dahinter sollte 
noch ein aktives Filter nachgeschaltet werden.

Gruß, Bernd

[Softwareverwickler (Gast)]

Ich glaube, ich habe dich falsch verstanden.
Nämlich dass dein Eingangssignal bereits die Summe aus dem Gesendeten 
und dem Empfangenen wäre. Macht aber nix.
Wenn dein Einganssignal nur das empfangene Signal ist, solltest du es 
trotzem mit der Sendefrequenz multiplizieren und dann durch einen 
Tiefpass filtern. Schau dir dein zweites Bild an. Interpretiert: Das 
Signal schwingt mit cos(1950*x) "um" cos(50*x). Die hohe Schwingung muss 
noch raus.
Da diese bei der Multiplikation eben der Summe der Frequenzen 
entspricht, ist sie leichter zu filtern, als bei der Überlagerung.

[Softwareverwickler (Gast)]

Nachtrag, zur info:
Da wars bei meinem ersten post wohl doch etwas zu spät.
Wenn die Summe aus Sende unde Empfangssignal multilikativ mit der 
Sendefrequenz gemischt wird, handelt man sich ganz schnell noch ne 
Schwebung ein, wenn man die Ultraschallfrequenz nicht exakt trifft. 
Daher gleich Zwei Gründe zum -> ignorieren.

[Ulrich (Gast)]

Die Schwebung bekommt man wenn man die beiden Frequenzen additiv mischt. 
Je nach Aufbau passiert das auch schon im Sensor. Die Schwebungsfrequenz 
= 2 mal Frequenzdifferenz bekommt man nach der Gleichrichtung. Eine 
Schwierigkeit ist es dabei das die Amplituden der beiden Signal 
vergleichbare Größe haben müssen. Ist die eine Amplitude viel größer, 
bekommt man nach der Gleichrichtung mehr einen Anteil bei der einfachen 
Differenzfrequenz.

Die praktische Auswertung wird man allerdings eher mit einer 
Multiplikativen Mischung machen, also so etwas wie den Ringmischer. Das 
gibt dann wie im Superhet radio Signale bei der Summen und 
Differrenzfrequenz. Das wäre dann also 1  mal die Dopplerfrequenz und 
dann die etwa doppelte Signalfrequenz, die mal per Filter entfernt. Die 
Ultraschallfrequenz wird man dabei schon treffen, weil man das Signal 
i.A. direkt von Oszillator abgreifen kann.

[B e r n d W. (smiley46)]

Am Frequenzspektrum kann man erkennen, daß nach der Addition immer noch 
nur die Originalfrequenzen enthalten sind.

Nach der Multiplikation dagegen sind diese verschwunden und dafür taucht 
die Summe und die Differenz der beiden Frequenzen als Linie auf. 
Schwebung nennt man das Mischprodukt, welches sich in den hörbaren 
Bereich bzw. fast auf Null runtergemischt hat

Bei einem realen Mischer funktioniert das nicht so perfekt und es 
bleiben mehr oder weniger große Reste der Ursprungssignale vorhanden. 
Beim Dioden-Ringmischer und bei der Gilbert-Zelle werden die 
Eingangssignale wegen Asymetrien "nur" um ca. 45-50 dB unterdrückt, was 
aber bei dieser Anwendung keine Rolle spielt.

[Blubber (Gast)]

Ulrich schrieb:
> Die Schwebung bekommt man wenn man die beiden Frequenzen additiv mischt.
> Je nach Aufbau passiert das auch schon im Sensor. Die Schwebungsfrequenz
> = 2 mal Frequenzdifferenz bekommt man nach der Gleichrichtung. Eine
> Schwierigkeit ist es dabei das die Amplituden der beiden Signal
> vergleichbare Größe haben müssen. Ist die eine Amplitude viel größer,
> bekommt man nach der Gleichrichtung mehr einen Anteil bei der einfachen
> Differenzfrequenz.

Da kann man ja evtl einfach vorverstärken, oder sehe ich das falsch?

> Das gibt dann wie im Superhet radio Signale bei der Summen und
> Differrenzfrequenz. Das wäre dann also 1  mal die Dopplerfrequenz und
> dann die etwa doppelte Signalfrequenz, die mal per Filter entfernt. Die
> Ultraschallfrequenz wird man dabei schon treffen, weil man das Signal
> i.A. direkt von Oszillator abgreifen kann.

Hatte deine Antwort bis ich Bernds' gelesen hatte leider nicht 
vollständig verstanden, trotzdem danke :-)

B e r n d W. schrieb:
> Am Frequenzspektrum kann man erkennen, daß nach der Addition immer noch
> nur die Originalfrequenzen enthalten sind.
>
> Nach der Multiplikation dagegen sind diese verschwunden ...

Stark unterdrückt und damit quasi verschwunden, ja. Danke. Das hat mir 
gefehlt um zu verstehen was der Vorteil der Multiplikation zur Addition 
ist.

> Bei einem realen Mischer funktioniert das nicht so perfekt und es
> bleiben mehr oder weniger große Reste der Ursprungssignale vorhanden.
> Beim Dioden-Ringmischer und bei der Gilbert-Zelle werden die
> Eingangssignale wegen Asymetrien "nur" um ca. 45-50 dB unterdrückt, was
> aber bei dieser Anwendung keine Rolle spielt.

Danke, das werde ich nochmal weiter verfolgen. Werden sich sicher neue 
Fragen eröffnen.

[Ulrich (Gast)]

Bei der Addition der Signal entsteht erst einmal keine neue Frequenz. 
Die neuen Frequenzen bei der Differenz / Summe usw. entstehen dann beim 
gleichrichten  - die Gleichrichtung ist halt inhärent nichtlinear. So 
ähnlich macht man es auch bei ganz billigen "multiplikativen" Mixer: 
erst addieren mit viel größerer Amplitude und dann auf einen 
nichtlinearen Verstärker gehen. im Nichtlinearen Element entstehen dann 
die Mischprodukte mit der Differenz / Summenfrequenz - es bleicht aber 
viel vom Träger über.

Der Fall mit gleicher Amplitude und dann gleichrichten ist halt ein 
Ausnahmefall wo die doppelte Frequenz entsteht - für die praktische 
Anwendung aber eher nicht zu gebrauchen, weil man dazu die eine 
Amplitude nachregeln müsste. Sonst bekommt auch einen Anteil mit der 1- 
fachen Differenzfrequenz.

[B e r n d W. (smiley46)]

Ulrich schrieb:
> erst addieren mit viel größerer Amplitude und dann auf einen
> nichtlinearen Verstärker gehen. im Nichtlinearen Element entstehen dann
> die Mischprodukte mit der Differenz / Summenfrequenz - es bleicht aber
> viel vom Träger über.

Es kommt noch schlimmer, der Transistor hat eine Verstärkung für das 
Eingangssingnal und er hat eine Mischverstärkung. Die Mischverstärkung 
ist um ca. 7-10 dB niedriger. Dies bedeutet, daß die Originalsignale 
besser verstärkt werden, als das Mischprodukt. Das fällt nur nicht auf, 
weil im Empfänger gleich ein Bandfilter folgt und das Meiste außer dem 
Soll-Signal wegfiltert.

Beim Dioden-Ringmischer wird das Nutzsignal um 7 dB gedämpft und bei 
Gilbertzelle sogar verstärkt. Die Eingangssignale werden weitgehend 
unterdrückt.

Dann gibt es noch die Schaltmischer. Dazu werden im Takt des LO einer 
oder mehrere Schalter betätigt. Letztere schalten das Eingangssignal aus 
und an oder polen es um 180° um. Bei meiner Variante agieren C3 und C4 
als S/H-Glieder.
Beitrag "Re: Schwebungsfrequenz messen"
Ein Transistor macht jeweils bei seinem Kondensator "Reset", während der 
andere Transistor das Signal passieren läßt. Auf diese Weise wechselt 
das Signal auch zwischen invertiert und nicht invertiert. Eingangs- und 
Oszillatorsignal werden dabei unterdrückt.

> Der Fall mit gleicher Amplitude

Gleiche Amplitude ist nicht notwendig. Das Oszillatorsignal bleibt 
besser konstant. Beim Dioden-Ringmischer muss der Oszillator-Pegel sogar 
in einem engen Bereich liegen. Dieser steht im Datenblatt.

> Sonst bekommt auch einen Anteil mit der 1-fachen Differenzfrequenz.

???