Ja, wieder das "leidige" Thema Ultraschall. Ich habe schon so einiges gelesen, kann aber nicht ganz schlau draus werden. Aufgabe: Dieser Ultraschallsender soll angesteuert werden. http://www.prowave.com.tw/pdf/T400e18.pdf Dabei ist bei ca. 40,25kHz das Impedanzminimum des Senders bei ca. 350 Ohm. Eine Ansteuerung wie im Datenblatt für 115dB erfordert 10Vrms. Dies würde dann ja einem Strom von 28,5mA entsprechen, bzw. einer Leistung von 285mW. Frage: Ich würde diesen Sender gerne mit einem 15 Vrms = 15 Vpeak Rechtecksignal ansteuern. Nach der Fourierentwicklung würde ich dann auf der Grundfrequenz einen Sinus mit Amplitude 4*a/pi erzeugen, also 19 Vpeak. Dies entspricht wiederrum 13,5 Vrms. Damit benötige ich einen Strom von 13,5/350 = 38,6 mA bzw. eine Leistung von 520 mW. (Für die Oberschwingungen würde auch nochmal Leistung benötigt werden, diese fällt aber durch die geringeren Spannungsamplituden und die hohe Impedanz des Senders bei größeren Frequenzen (ca. 2kOhm) sehr viel geringer aus, ca. 38mW für die ersten 9 Oberschwingungen). 1.) Stimmt das so? 2.) Selbst bei 10 Vrms Ansteuerung werden dann ja wie gesagt 28,5 mA benötigt. Warum verwenden dann aber viele Schaltungen, die man im Internet so findet (Application Notes, Beitrag hier auf microcontroller.net usw.) Die 4049 CMOS Hex Buffer/Converters (von verschiedenen Firmen) die doch meist nur sehr viel weniger Strom ausgeben können? Eine Lösung mit Spulen würde ich gerne vermeiden, da es sich um eine Experimentierplatine handeln soll, also digital die Ansteuerfrequenz verändert werden soll, was bei einer PWM-Ansteuerung mit Verstärkern sehr schön wäre =)
Es gibt Keramik (Piezo) Sender/Empfänger und Folien Sender/Empfänger, letzte sind natürlich wesentlich "filigraner". Rechteck ist doof, weil das viele Oberwellen enthält, die der Kristall gar nicht abstrahlen kann. Eine Spule ist gut, denn mit 6,8mH kannst du mit den 2.4nF des Piezo einen Schwingkreis bauen, der vermutlich eine hohe Güte besitzt. Dann reicht ein anstossen des Schwingkreises über kurze Zeit an 5V, um 15V Schwingungen zu erzeugen, es ist also auch nicht mehr als ein Schaltelement nötig, Class C bzw. Class E. Man muss wesentlich weniger Energie als deine 0.285W weil im Schwingkreis die Energie "recykelt" wird.
Dann brauch ich aber eine einstellbare Spule und kann diese nicht digital anpassen. Das fände ich schade. Meine 2.) Frage ist damit aber noch nicht geklärt. Wie können diese Schaltungen denn betrieben werden, wenn die Inverter nicht genug Leistung liefern können? (Beispiel hier S.9, Fig14: http://www.symmetron.ru/suppliers/murata/files/pdf/murata/ultrasonic-sensors.pdf).
Ach, hab meine Antwort gefunden... Ich Depp hab natürlich was grundlegendes vergessen: Die offenen Typen haben weitaus bessere Wirkungsgrade, deswegen brauchen die natürlich viel weniger Leistung. Ok, jetzt muss ich noch ne Lösung finden für die geschlossenen Typen. Über einen Transformator ist eigentlich doch nicht so schlecht, aber irgendwie stört mich die einstellbare Spule und vorallem: Der Quarz ansich ist ja ein Schwingkreis, wenn ich da noch ne Spule parallelschalte, bekomme ich ja eine zweite Resonanz rein...
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Ich habe mal versucht was zu simulieren, fällt mir jedoch irgendwie schwer. Anbei mal ein Schaltplan: Rechts (Rs, Cs, Ls und Cd) ist der im ersten Post angegebene Sender modelliert (nach der Application Note der Herstellers moddeliert: http://www.prowave.com.tw/pdf/an050913.pdf) R2 soll mir noch die Möglichkeit geben den Strom besser einstellen zu können. Eigentlich dachte ich noch eine Diode zwischen Senderquarz und Spule (zwischen Rs und L1 in der oberen Leitung) zu benötigen, damit der Strom eben nur gegen den Uhrzeigersinn fließen kann, dann allerdings spuckt die Simulation nur noch sehr komische Kurven aus. Jemand Rat? Wäre echt sehr dankbar.
was zum... ok, sry, das mit den 3 Bildern war jetzt nicht meine Absicht, wusste nicht das Vorschau auch schon hochlädt...
Hab vergessen dazu zu sagen: Die gemessene Spannung ist zwischen Cs und Ls.
Eine Diode in Reihe zu einer Spule ist ein Unding! Nimm einen kräftigen Rechtecktreiber und einen seriellen Kondi (Der die Gleichspannung fernhält) zum Wandler.
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Abdul K. schrieb: > Eine Diode in Reihe zu einer Spule ist ein Unding! Warum genau? Gedacht war die Diode um im Schaltzustand-An Strom von der Quelle durch die Diode zu lassen und ich Schaltzustand-Aus den Strom eben gegen den Uhrzeigersinn durch den Sendequarz zu führen. Abdul K. schrieb: > Nimm einen kräftigen Rechtecktreiber und einen seriellen Kondi (Der die > Gleichspannung fernhält) zum Wandler. Meinst du wie im Anhang? Dann ergibt sich aber im Vergleich zur obigen Schaltung nur ein Schwingen von +-3V, dürfte doch dann nur sehr schwach ausfallen das Signal...
Ganz am Anfang stand, das Du ein Rechtecksignal generieren möchtest. Folgendes kann ich nur empfehlen, worauf es bei der Ansteuerung eines Ultraschalltransducers eigentlich ankommt: Einen Sendeburst zu generieren der in möglichst kurzer Zeit, möglichst viel Energie von elektrischer Energie in akustische umsetzt, und auch wieder revers denn die Dämpfung in der Luft ist erheblich Und warum dann nicht auch ein Rechtecksignal?! Sein Integral ist immer grösser als das eines Sinussignales. Und was viele vergessen: Das Rechtecksignal wird ja eh nicht 1:1 umgesetzt. Das verhindert die Schaltung durch kapazitive Effekte und die Trägheit der Keramik oder Folie, man sieht es im Einschwingverhalten( wobei Folie nat. bedingt durch weniger Masse schneller anschwingt) Gute Erfahrung machte ich mit: --> Ein Mosfettreiber der einen Übertrager taktet z.B. Der Uebertrager legt mit seiner Windungszahl die Sendespannung fest. Der Mosfettreiber wird gepulst getaktet von einem Controller oder im simpelsten Fall von einem 555. Wichtig wäre noch, die Primärspannung des Uebertragers muss weggeschaltet werden, ähnlich wie bei der Zündspule eines Ottomotors für die Zündkerzenspannung Der Vorteil wäre, du hast vom ersten Sendeburst an ein konstantes Sendesignal, im Gegensatz zum Simulationsbild, wo deine Schaltung erstmal einschwingen muss ...
Hi, danke für den Input! Matthias K. schrieb: > Ganz am Anfang stand, das Du ein Rechtecksignal generieren > möchtest. Ja, das war mein anfänglicher Plan. Mein Problem war dann nur, dass ich durch meine Überlegung mehr Leistung bräuchte, als mir ein Buffer/Inverter liefern kann (der wird in sonstigen Schaltungen verwendet, die allerdings offene Sender haben, nicht wie hier einen geschlossenen der über einen erheblich schlechteren Wirkungsgrad verfügt) Matthias K. schrieb: > Und warum dann nicht auch ein Rechtecksignal?! Sein Integral ist immer > grösser als das eines Sinussignales. Und was viele vergessen: Das > Rechtecksignal wird ja eh nicht 1:1 umgesetzt. Das verhindert die > Schaltung durch kapazitive Effekte und die Trägheit der Keramik oder > Folie, man sieht es im Einschwingverhalten( wobei Folie nat. bedingt > durch weniger Masse schneller anschwingt) Würde ich nur Leistung aussenden wollen, hättest du Recht. Jedoch will ich Leistung auf der Grundfrequenz von 40kHz haben. Die Oberschwingungen bringen mir nichts. Wie oben schon gesagt, sind die Obertöne Leistungstechnisch sowieso zu vernachlässigen (da durch kleiner Amplituden nur sehr geringe Leistungen aufkommen). Die Leistungsberechnung im 1. Post müsste dennoch stimmen. Matthias K. schrieb: > Gute Erfahrung machte ich mit: > --> Ein Mosfettreiber der einen Übertrager taktet z.B. > Der Uebertrager legt mit seiner Windungszahl die Sendespannung fest. > Der Mosfettreiber wird gepulst getaktet von einem Controller oder im > simpelsten Fall von einem 555. > Wichtig wäre noch, die Primärspannung des Uebertragers muss > weggeschaltet werden, ähnlich wie bei der Zündspule eines Ottomotors für > die Zündkerzenspannung > > Der Vorteil wäre, du hast vom ersten Sendeburst an ein konstantes > Sendesignal, im Gegensatz zum Simulationsbild, wo deine Schaltung > erstmal einschwingen muss ... So wie in der Schaltung in diesem Anhang? Da ergibt sich mir allerdings ein Problem: Die Induktivität des Trafos verzerrt mir meinen Schwingkreis, bzw. erzeugt eine weitere Resonanz. Ich hab mal die Übertragungsfunktion vom MOSFET-Ansteuersignal auf die Spannungen im Quarz anzeigen lassen. Ich bin mir unsicher wo im Ersatzschaltbild des Senderquarzes ich die Spannung anschauen muss, deswegen mal hier 2 Möglichkeiten. Den Trafo hab ich nicht zufällig so gewählt, sondern einfach mal den K4000001(der wohl extra für sowas gedacht ist) genommen: http://www.farnell.com/datasheets/607293.pdf
Nicht der Kondi, sondern Rs sollte maximale Spannung haben. Rs ist der Ersatzwiderstand in dem die Sendeleistung 'verbrannt' wird. Wenn die Leistung nicht reicht, nimm ne Brückenendstufe.
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(Anmerkung: Habe im vorigen Post Schaltung3.png die Induktivität um Faktor 10 zu klein gemacht, deswegen stimmte das Übersetzungsverhältnis nicht) Abdul K. schrieb: > Nicht der Kondi, sondern Rs sollte maximale Spannung haben. Rs ist > der > Ersatzwiderstand in dem die Sendeleistung 'verbrannt' wird. Alles klar, macht Sinn =) Hab das nochmal simuliert, sieht eigentlich nicht so schlecht aus. Maximaler Schaltstrom liegt bei 1A, das ist noch gut zu managen. Die Verlustleistung am Widerstand R1 (der zur Strombergenzung gedacht war) wird etwas sehr hoch (ca. 1,3W durchschnittlich während des Sendens), das macht mir etwas sorgen. Vielleicht mehrere parallelschalten? Da die Sendebursts recht kurz sein sollten mit längerer Pause dazwischen, müssten die das abkönnen, würde ich behaupten. (Anmerkung: Der Transistor ist nicht für die Ströme ausgelegt, wird also noch durch einen passenden ersetzt) Völlig falscher Dampfer oder wirds langsam?
Wenn Du einzelne Pulse erzeugen willst, dann bau Dir mal einen Puls- Erzeuger, wo Du eine Induktivität auflädtst (POWER-Mosfet mit UGS >300V) und durch abschalten des Stromfluss durch den Zündspulen- Effekt einen Puls erzeugt. Der US-Sender ist dabei parallel zur Induktivität geschaltet. So ein US-Sender ist nur bis 15V oder 24V spezifiziert, hält aber locker Pulse bis 250V (in Worten: zweihundertfünfzig) aus. Da gibt´s dann richtig Ultraschall. Die Frequenz des gesendeten Ultraschall liegt automatisch bei ~40KHz - bauformbedingt. Die Induktivität muss wie oben schon andiskutiert mit der Kapazität des US-Senders zusammenpassen - und vor allem die Energiemenge speichern können.... am besten empirisch rausfinden, wie die beste Schall- Ausbeute hinkommt. Als Anfangswert würd ich mal Würth 744776333 (Farnell 1961675) bzw. Farnell 1864437 oder NEOSID sms95(p) mit 4700uH Viel Erfolg (wie gesagt... falls nur Pulse gefragt sind ;-)
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