Ultraschall um 20 kHz zur Entfernungsmessung

[Thomas Rehm]

Hallo,

ich habe kürzlich ein bisschen mit 40kHz-Kapseln herumgebastelt,
Entfernungsmessung nach dem Reflektionsprinzip. Damit komme ich aber
kaum über 20 Meter. Beim Stöbern im Internet fand ich dann auch
wahre Horrorkurven über die Ausbreitungsdämpfung von Ultraschall.
Interessant war dabei, dass die Dämpfung bei 20 kHz schon ganz
erheblich geringer ist als bei 40kHz.
Leider habe ich bisher noch keine Ultraschallkapseln um 20kHz
gefunden. Hat denn mal jemand Versuche in diesem Frequenzbereich
angestellt? - Lässt sich vielleicht mit Piezo-Hochtönern was
anfangen?
Und wie sieht es denn so um z.B. 1kHz aus - die Ausbreitungsdämpfung
bei dieser Frequenz ist ja fantastisch gering im Vergleich zu 40 kHz...
Hat da schon mal jemand Versuche angestellt?

Thomas.

 

[Dieter Wiedmann]

Thomas Rehm schrieb:

Lässt sich vielleicht mit Piezo-Hochtönern was
anfangen?

Aber ja, geht prima. Man kann damit auch eine wesentlich größere
Sendeleistung realisieren, als Empfänger eignen sich Elektretmikros.

Und wie sieht es denn so um z.B. 1kHz aus - die Ausbreitungsdämpfung
bei dieser Frequenz ist ja fantastisch gering im Vergleich zu 40 kHz...
Hat da schon mal jemand Versuche angestellt?

Kommerzielle Füllstandssensoren für Silos arbeiten z.T. bei solchen
Frequenzen. Hat den Vorteil, dass über dem Füllgut auch eine hohe
Staubkonzentration sein kann.


Gruß Dieter

 

[Wieslaw Bicz]

Thomas Rehm wrote:

Hallo,

ich habe kürzlich ein bisschen mit 40kHz-Kapseln herumgebastelt,
Entfernungsmessung nach dem Reflektionsprinzip. Damit komme ich aber
kaum über 20 Meter. Beim Stöbern im Internet fand ich dann auch
wahre Horrorkurven über die Ausbreitungsdämpfung von Ultraschall.
Interessant war dabei, dass die Dämpfung bei 20 kHz schon ganz
erheblich geringer ist als bei 40kHz.
Leider habe ich bisher noch keine Ultraschallkapseln um 20kHz
gefunden. Hat denn mal jemand Versuche in diesem Frequenzbereich
angestellt? - Lässt sich vielleicht mit Piezo-Hochtönern was
anfangen?
Und wie sieht es denn so um z.B. 1kHz aus - die Ausbreitungsdämpfung
bei dieser Frequenz ist ja fantastisch gering im Vergleich zu 40 kHz...
Hat da schon mal jemand Versuche angestellt?

Thomas.

Es geht nicht nur um Frequenz, und um die Leistung, sondern auch um die Form des Ultraschallfeldes,
das von dem Wandler emittiert und empfangen wird (Richtcharakteristik). Wahre Wunder lassen sich
auch mit entsprechenden Empfängern erreichen.

Es ist sogar vorteilhafter mit weit höheren Frequenzen zu arbeiten, da damit bessere
Richtcharakteristiken und kürzere Impulse zu erreichen sind (und somit bessere Genauigkeiten).

Sogar mit Frequenzen im Bereich 100 und mehr KHz lassen sich deutlich größere Entfernungen messen,
als 20m. Es ist dann aber nicht mehr ls Hobbybeschäftigung zu bewältigen. Man muß schon etwas
Kenntnisse erwerben, und ziemlich viel Arbeit hineinstecken, um ein wirklich gutes Gerät zu machen.

--
Wieslaw Bicz

---------------========== OPTEL sp. z o.o. ===========---------------
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ul. Otwarta 10a PL 50-212 Wroclaw Tel.:+48 71 3296854 Fax.:+48 71 3296852
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[Carsten Kurz]

ich habe kürzlich ein bisschen mit 40kHz-Kapseln herumgebastelt,
Entfernungsmessung nach dem Reflektionsprinzip. Damit komme ich aber
kaum über 20 Meter. Beim Stöbern im Internet fand ich dann auch
wahre Horrorkurven über die Ausbreitungsdämpfung von Ultraschall.

Hast Du die Aussteuerung der Kapseln denn ausgereizt? Die meisten
Bastelapplikationen betreiben die ja bestenfalls aus ner 9V Batterie. In
besseren Geräten steckt eine Spannungserzeugung, die kurze Pulse im
Bereich 50-60 Volt erzeugt.

Interessant war dabei, dass die Dämpfung bei 20 kHz schon ganz
erheblich geringer ist als bei 40kHz.
Leider habe ich bisher noch keine Ultraschallkapseln um 20kHz
gefunden. Hat denn mal jemand Versuche in diesem Frequenzbereich
angestellt? - Lässt sich vielleicht mit Piezo-Hochtönern was

Von diesem Mega US Hersteller, ProWave, glaube ich, gibt es auch Kapseln
mit anderen Frequenzen, die sind nichtmal teuer.


Such such ...

http://www.prowave.com.tw/list.htm

- Carsten

--
Audio Visual Systems fon: +49 (0)2238 967926
Carsten Kurz fax: +49 (0)2238 967925
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[Fred Heim]

Hallo

Schau Dir mal folgende Site an : sntag.ch

Da siehst Du was kommerziell angeboten wird. Wie auch bei anderen
Anbietern sind die zu erreichenden Abstände im Medium Luft und
Erfassungs-Öffnungswinkeln von. ca. 10-15 Grad und Auflösungen
von 0.3mm bei extrem kurzen Abständen ( hohe Arbeitsfrequenzen )bzw.
ca.> 3mm bei grossen Nutzabständen ( = tiefen Arbeitsfrequenzen ) wie
folgt:

Arbeitsfrequenz erreichbarer max. Messabstand für kleine
schlecht reflektierende Ziele


60 khz ca. 8-10m

80 khz ca. 5-6m

120 khz ca. 3m

200 khz ca. 1-2m

300 khz ca. 0.3-0.5m

500 khz ca. 0.1-0.3m

800 khz ca. 0.05-0.15m


alles ungefähre Werte. Die Art der Erregungsschaltung bzw. der Höhe der
Sendeimpulse aber auch der Aufbau der Empfängerschaltung, die
Wandlerkonstruktion beeinflussen naturgemäss die maximal erreichbare
Nutzdistanz bei Monowandlersystemen ebenfalls stark.
Obige Werte sind in der Industrie der Standard. Die Physik lässt sich
leider nicht überlisten. Zudem sollen die Geräte EMV fest sein usw.
Die Abstrahlcharakterisik ist bei der Erfassung von kleinen Zielen
besonders zu beachten. Man will ja ein bestimmtes Ziel erfassen und
nicht auch noch danebenstehende. Bei kleinen Öffnungswinkel steigt zwar
die erreichbare Nutzdistanz an, bei Monowandlersystemen aber leider auch
die Anzahl der Nebenkeulen, damit ist eine zuverlässige Abtastung von
Zielen nicht mehr möglich.
Bei 200 khz zum Beispiel sind allerhöchstens ca. 3m drin. Das
Empfangssignal nimmt mehr als quadratisch ab !! 20 m ist eine Illusion.
Im Medium Wasser sieht das anders aus. Hier ist die Streckendämpfung
wesentlich kleiner.


mfg Fred

 

[Wieslaw Bicz]

alles ungefähre Werte. Die Art der Erregungsschaltung bzw. der Höhe der Sendeimpulse aber auch der
Aufbau der Empfängerschaltung, die
Wandlerkonstruktion beeinflussen naturgemäss die maximal erreichbare Nutzdistanz bei
Monowandlersystemen ebenfalls stark.
Obige Werte sind in der Industrie der Standard. Die Physik lässt sich leider nicht überlisten.
Zudem sollen die Geräte EMV fest sein usw.
Die Abstrahlcharakterisik ist bei der Erfassung von kleinen Zielen besonders zu beachten. Man will
ja ein bestimmtes Ziel erfassen und
nicht auch noch danebenstehende. Bei kleinen Öffnungswinkel steigt zwar die erreichbare
Nutzdistanz an, bei Monowandlersystemen aber leider auch die Anzahl der Nebenkeulen, damit ist
eine zuverlässige Abtastung von Zielen nicht mehr möglich.
Bei 200 khz zum Beispiel sind allerhöchstens ca. 3m drin. Das Empfangssignal nimmt mehr als
quadratisch ab !! 20 m ist eine Illusion.
Im Medium Wasser sieht das anders aus. Hier ist die Streckendämpfung
wesentlich kleiner.

Meine Angaben beruhen auf der praktischen Erfahrung, die wir mit Ultraschall in der Luft gesammelt
haben. Die Schweizer Firma, die Du als Beispiel anführst bietet Sachen an, die in der Industrie
eingesetzt werden, wo es meistens nicht um Spitzenwerte geht, sondern um Sicherheit der Funktion.
Wir haben uns darauf spezialisiert, Sachen zu machen, die eher ins Extreme gehen. Dafür gibt es
natürlich auch Bedarf.

Wenn man mit 100KHz, sowie einem großen Sender (wahrscheinlich mehr als 20cm Apertur sind notwendig,
und mit gut korrigierter Richtcharakteristik), sowie ziemlich großer Spannung an dem Wandler
arbeitet (500W im Impuls sind schon nötig), und beim Empfang z.B. lock-in Verfahren einsetzt
(eventuell auch sehr gute Filter) sowie empfindliche Mikrofone mit Reflektoren oder Tuben, kann man
mit Sicherheit Reflexionen aus größeren Entfernungen, als 20m von relativ kleinen Gegeneständen
messen, und zwar ohne nennenswerte Probleme mit dem Empfang. Die Dämpfung bei dieser Frequenz in der
Luft ist nicht so groß, aber die sonstigen Verluste schon.

Wir haben zwar die Geräte, die wir im Bereich Luftultraschall gemacht haben (schau Dir vielleicht
unsere Seite an: www.optel.pl) nicht für die Entfernungsmessung genutzt, sondern für andere Zwecke
(Messung der Fehler im Holz, Überprüfung der Kompositmaterialien, usw.), mit der Messung der Reflexe
aus größeren Entfernungen haben wir nur gespielt. Ich kann das genauer rechnen, wenn es jemanden
interessiert. Die praktische Erfahrung, die ich gesammelt habe, und die Kenntnisse, die ich besitze
sagen mir jedoch, daß die industrielle Praxis weit von den Grenzen entfernt ist. Das ist auch gut
begründet, da der klassische Bedarf zum Erreichen von Grenzen nicht zwingt.

Wenn jemand nach dem Sinn solcher Übungen fragt, kann ich leicht eine Antwort geben: es könnte sich
lohnen, Ultraschallgeräte für die präzise Entfernungsmessung in der Luft zu nutzen. Die erreichbare
Präzision ist gewaltig (da die Phasenmessung mit sehr großer Genauigkeit gemacht werden kann) - bei
200kHz kann man zum Beispiel relativ leicht eine Auflösung von 1 Mikrometer erreichen (das haben wir
bei unseren Geräten für die Vibrationsmessung mit Ultraschall erreicht). Die Preise aber können
deutlich niedriger als bei optischen Geräten sein. Auch die Größe und die Handhabbarkeit der Geräte
kann viel besser sein, wie auch ihre Robustheit. Ultraschallgeräte können natürlich u.U.
problematischer werden, da sie zum Beispiel durch Luftbewegungen gestört werden können (das ist auch
einer der Gründe, warum sie in dem industriellen Bereich weit von den Grenzen entfernt eingesetzt
werden). Ich kann mir durchaus vorstellen, daß man solche: präzise, preiswerte, handliche und
ultraschallbetriebene Entfernungsmesser benutzen könnte. Ob der Markt dafür groß genug sein kann, um
ihre Entwicklung zu begründen, ist natürlich eine andere Frage.


Wieslaw Bicz

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[Thomas Rehm]

Wieslaw Bicz wrote:

Wenn man mit 100KHz, sowie einem großen Sender (wahrscheinlich mehr
als 20cm Apertur sind notwendig, und mit gut korrigierter
Richtcharakteristik), sowie ziemlich großer Spannung an dem Wandler
arbeitet (500W im Impuls sind schon nötig), und beim Empfang z.B.
lock-in Verfahren einsetzt (eventuell auch sehr gute Filter) sowie
empfindliche Mikrofone mit Reflektoren oder Tuben, kann man
mit Sicherheit Reflexionen aus größeren Entfernungen, als 20m von
relativ kleinen Gegeneständen messen, und zwar ohne nennenswerte
Probleme mit dem Empfang.

Dabei hast Du das Medium Luft noch nicht betrachtet: Wie verhält sich
so ein System bei strömender Luft? Etwa infolge Wind oder auch Wirbel
durch thermische Effekte bei Sonneneinstrahlung?
Ich habe die Erfahrung gemacht, dass das Empfangssignal dadurch
erheblich "verschmiert" bzw. sehr schnell nicht mehr kohärent ist,
wodurch schmalbandige Empfänger oder Lock-In-Verfahren sinnlos
werden. Wenn der Reflektor nicht eben ist, wird das Problem noch
weiter verschärft.

Die erreichbare Präzision ist gewaltig
.... in ruhender Luft mit konstantem Temperaturgradienten, bekannter

Gasgemischzusammensetzung und Luftfeuchtigkeit, exakt bekannter
Temperatur sowie flachem und korrekt ausgerichtetem Reflektor.

Thomas.

 

[Thomas Rehm]

Carsten Kurz wrote:

Hast Du die Aussteuerung der Kapseln denn ausgereizt?
Ich habe mich nicht getraut, mehr als die im Datenblatt angegebene

Wechselspannung anzulegen. ;-)

http://www.prowave.com.tw/list.htm
Danke für den Hinweis!

Thomas.

 

[Thomas Rehm]

Dieter Wiedmann wrote:

Lässt sich vielleicht mit Piezo-Hochtönern was
anfangen?
Aber ja, geht prima.
Schon mal in einer Entfernungsmesser-Anwendung o.ä. ausprobiert?

Thomas.

 

[Wieslaw Bicz]

Dabei hast Du das Medium Luft noch nicht betrachtet: Wie verhält sich
so ein System bei strömender Luft? Etwa infolge Wind oder auch Wirbel
durch thermische Effekte bei Sonneneinstrahlung?
Ich habe die Erfahrung gemacht, dass das Empfangssignal dadurch
erheblich "verschmiert" bzw. sehr schnell nicht mehr kohärent ist,
wodurch schmalbandige Empfänger oder Lock-In-Verfahren sinnlos
werden. Wenn der Reflektor nicht eben ist, wird das Problem noch
weiter verschärft.

Das ist richtig. Luftströmungen usw. sind ein Problem. Darüber habe ich auch gesprochen. Aber lviel
äßt sich auch mit einigen Tricks bewältigen.

Die erreichbare Präzision ist gewaltig
... in ruhender Luft mit konstantem Temperaturgradienten, bekannter
Gasgemischzusammensetzung und Luftfeuchtigkeit, exakt bekannter
Temperatur sowie flachem und korrekt ausgerichtetem Reflektor.

Das ist auch richtig, aber auch hier läßt sich einiges mit Tricks (genauer gesagt mit
holographischer Auswertung) verbessern.
Ich habe den Eindruck, daß sehr viel erreichbar wäre, wenn man sich bemühen würde. Solche Bemühungen
kosten jedoch Geld und sind sinnvoll, wenn eine interessante Anwendung in Frage kommt.

Ich habe den Eindruck, daß die Möglichkeiten der Messungen mit Luftultraschall sehr weit von den
erreichbaren Grenzen sind. ich selbst habe nur einige Sachen gemacht und hoffe auf interessante
Projekte in der nahen Zukunft, die mich wahrscheinlich weiter bringen (zwie davon sind schon fast
sicher). Dann kan ich auch mehr sagen.


Wieslaw Bicz

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[Fred Heim]

Hallo

Als Ergänzung meinem frßheren Beitrag wäre noch folgendes zu sagen:

Die Physik gilt auch im Bastelbereich, gewisse Dinge sind auch da
unabänderlich. Bei Ultraschallabstandssensoren wird eine mÜglichst hohe
Arbeitsfrequenz auch deshalb gewählt um unerwßnschte Fremdschallquellen
beim Empfang der Echos zu eliminieren. Fremdschall wie er in der
Industrie vorkommt und auch sehr leicht selbst produziert werden kann
zb. durch SchĂźtteln eine SchlĂźsselbundes, ist oberhalb 100 khz kaum mehr
vorhanden .
Heutige Ultraschallabstandssensoren arbeiten meistens mit nur einem
Wandler. Er wird zum Senden und Empfangen eingesetzt. Bei allen Systemen
ist der Wandler das Hauptproblem bei der Entwicklung. Viele Hersteller
arbeiten mit proprietären Wandlern ( zb Composit-Piezo-Wandlern )
Dabei gilt, dass bei einer gegebenen Arbeitsfrequenz mit der
VergrĂśsserung des Wandlerdurchmessers ( Apertur ) und anderen
konstruktiven Massnahmen die Richtcharakterisik so verändert werden
kann, das eine sehr schmale keulenfĂśrmige Abtastzone entsteht. Wenn dies
ßbertrieben wird entstehen aber zusätzliche Nebenkeulen welche eine
sichere definierte Abtastung von Objekten verunmĂśglichen. Optimal sind
Öffnungswinkel von 8-15 Grad.
Dies schliesst eine Konstruktion eines Luftwandlers in Compositbauweise
bei einem Durchmesser von 200mm und 100 khz Arbeitsfrequenz aus.
Bei sehr schmalen Abtastzonen hat man zudem das Problem , dass der
zulässige Einstrahlwinkel auf die Oberfläche des abzutastenden Objektes
ebenfalls sehr klein ist. Damit kĂśnnen kleine oder sehr glatte Objekte
nicht mehr sicher abgetastet werden.

Andere FremdeinflĂźsse sind u.a. die Umgebungstemperatur, dh. die
Inhomogenität des Übertragungspfades. Tatsächlich sind Zonen von warmer
Luft, thermische Blasen, Schlieren etc. ein grosses Problem.
Wind mit derselben Temperatur in Quer-als auch in Längsrichtung ergibt
nur geringe Messfehler.
Mit hÜherer Arbeitsfrequenz werden obige Probleme erheblich entschärft.

Die AuflĂśsung ist bei Systemen mit time of flight Messprinzip umgekehrt
proportional zur Arbeitsfrequenz.

Der Nachteil einer hohen Arbeitsfrequenz liegt vor allem darin, dass
mit hÜherer Frequenz die Dämpfung im Medium Luft massiv zunimmt.
Im Sinne einer hohen Erfassungssicherheit bedeutet das, dass mit hĂśheren
Sendeleistungen ( Impulse von 300 Voltpp sind durchaus Praxis ) und
hohen Empfängerverstärkungen gerechnet werden muss. Damit aber nehmen
Probleme mit der EMV zu. Mit schaltungstechnischen Massnahmen ( auch mit
PLL's etc. lässt sich hier etwas machen. Schmalbandige Empfänger eignen
sich nicht sehr gut. Auch hier mĂźssen Kompromisse eingegangen werden.

Die Codierung der Sendeimpulse ist nur begrenzt mĂśglich weil die
Sensoren auch noch eine brauchbare Erfassungsgeschwindigkeit haben
sollten. Bereits die Schallgeschwindigkeit in Luft von 341m/s @ 20°
setzt hier natĂźrliche Schranken. Durch die Codierung wĂźrden die Systeme
langsam.

Der Einsatz von phasenmessenden Systemen ist ebenfalls mit hohem Aufwand
verbunden, dazu kommen die Einschränkungen , vorab bei langen
Messtrecken, mit den Variationen durch Temperaturschwankungen, Feuchte etc.

Es hat bereits vor mehr als 30 Jahren Firmen gegeben welche
Abstandssensoren auf den Markt gebracht welche Arbeitsfrequenzen um die
20 khz hatten. Beim rauen Einsatz in der Industrie konnten sie sich
jedoch nicht durchsetzen.
Allerdings kÜnnen 20khz Geräte durchaus in geschlossenen Anlagen , zb.
Tanks, Silos etc. eingesetzt werden. Derartige Sensoren findet man
zuhauf auf dem Markt.

Systeme mit nur einem Wandler haben systembedingt eine sog. blinde Zone
direkt vor dem Sensor. Sie rĂźhrt daher, dass nach dem Senden zuerst das
totale Auschwingen des Wandlers abgewartet werden muss bis auf Empfang
geschaltet werden kann.
Durch den Einsatz von getrennten Sende-und Empfangswandlern lässt sich
dies umgehen. Nachteil: Es entsteht eine Parallaxe welche gerade bei
Sensoren mit kurzem Arbeitsbereich unerwĂźnscht ist. Zudem kommen hĂśhere
Kosten ( ein Wandler mehr, Frequenzabgleich, Selektion etc. )

Weitere Einschränkungen gibt es in Hßlle und Fßlle. Es ist deshalb klar
wieso die Industrie keine Universalsensoren anbieten kann.
Auch wenn Bastler meinen sie hätten das Ei des Kolumbus erfunden, kommen
sie spätesten bei der Realisation ihrer Idee zu anderen Ansichten.
Es gibt gelegentlich Ausnahmen, aber sehr sehr selten.


Fred

 

[Thomas Rehm]

Hallo Wieslaw,

Deine Anmerkungen finde ich sehr interessant. Du erklärst allerdings
nur sehr vage, welche Fortschritte Du im Ultraschallbereich kommen
siehst:

Man muß nämlich berücksichtigen, daß die "Umweltbedingungen" entlang
der Übertragungsstrecke nicht unbeding zu Informationsverlusten führen
- die empfangenen Signale tragen eher die Information über die
"Umweltbedingungen". Durch passende Konstruktion des Gerätes lassen
sich daher solche Einflüsse ausklammern (ausrechnen).

Sprichst Du von adaptiven Systemen (DSP?), die in Echtzeit in der Lage
wären, die Umgebungseinflüsse herauszurechnen?

[Signalverfälschungen durch die Übertragungsstrecke]

(...) durch die Messung der Signale unter anderen Winkeln
(mit mehreren Empfängern) teilweise beherrschen.

Stichwort "Kohärenz des Empfangssignals herstellen durch Laufzeit-
anpassungen der Empfänger untereinander"?
Oder eher Umschaltung auf das jeweils stärkste (oder deutlichste)
Signal?

["geht nicht"]

Es ändert sich meistens in dem Moment, als die alten Fachleute
"aussterben" und die Neuen nicht mehr wissen, daß es nicht geht,
und es erneut probieren. Durch die mittlerweile verbesserte Umgebung
gelingt dann einiges (...)

Eine interessante und witzige Beobachtung - klingt aber sehr plausibel.
)

Thomas.

 

[Wieslaw Bicz]

Thomas Rehm wrote:

Hallo Wieslaw,

Deine Anmerkungen finde ich sehr interessant. Du erklärst allerdings nur sehr vage, welche
Fortschritte Du im Ultraschallbereich kommen
siehst:

Man muß nämlich berücksichtigen, daß die "Umweltbedingungen" entlang > der Übertragungsstrecke
nicht unbeding zu Informationsverlusten führen - die empfangenen Signale tragen eher die
Information über die > "Umweltbedingungen". Durch passende Konstruktion des Gerätes lassen sich
daher solche Einflüsse ausklammern (ausrechnen).

Sprichst Du von adaptiven Systemen (DSP?), die in Echtzeit in der Lage wären, die
Umgebungseinflüsse herauszurechnen?

Nicht unbedingt, aber ein bißchen doch. Die Signale werden in folgender Weise verändert:

1. Durch Luftströmungen und Schichten mit veränderten Eigenschaften mitgetragen oder gebeugt. Sie
lassen sich also "daneben" finden.
2. Durch die Übertragungsstrecke in der Form verändert (gedämpft, und zwar frequenzabhängig,
Dispersion kann eventuell auch auftreten, aber eher durch Streuung).
3. Gestreut.
4. Alle oben genannten Einflüsse können dazu noch "flickern" der Signale verursachen, falls sie
nicht stabil sind, sondern sich verändern.

Wenn man mehrere Empfangswandler nutzt (eine Matrix), können die "verschobenen" Signale entdeckt
werden. Durch die Analyse der Form (komplette Signalerfassung) lassen sich andere Einflüsse auch
berücksichtigen. Am schwierigsten wird es sein, die Einflüsse der unterschiedlichen Temperaturen
oder Änderungen der Zusammensetzung der Luft auf der Übertragungsstrecke auszugleichen. Das kann
auch gelingen, aber dafür wäre eine Kombination mit anderen Methoden nötig.

[Signalverfälschungen durch die Übertragungsstrecke]
(...) durch die Messung der Signale unter anderen Winkeln (mit mehreren Empfängern) teilweise
beherrschen.

Stichwort "Kohärenz des Empfangssignals herstellen durch Laufzeitanpassungen der Empfänger
untereinander"?
Oder eher Umschaltung auf das jeweils stärkste (oder deutlichste)
Signal?

Es ist nicht besonders sinnvoll über die Herstellung der Koherenz zu sprechen. Sie kann bei einer
Ultraschallwelle nie verloren gehen.
Es geht mir um etwas, was ich als holographische Methode bezeichne: falls man über mehrere Sender
oder Empfänger verfügt, die eine definierte Wellenfron emittieren (und empfangen) kann man die
Deformation der Welle messen, die durch die Gegenstände, die sie reflektieren, oder auch durch die
Übertragungsstrecke entsteht (und dadruch Aussagen über die Übertragungsstrecke oder die gegenstände
machen). Das ist etwas, was heute in der Akustik kaum genutzt wird, da man praktisch überall nur
sogenannte geometrische Annäherung berücksichtigt, eventuell noch einige Korrekturen macht, die die
Phasen berücksichtigen (aber eher selten). Da ich mich seit Jahren mit der akustischen Holographie
beschäftige und mit Sicherheit die einzige funktionierende holographische Kamera geschaffen habe,
die nur Schallwellen nutzt und maximal mögliche Auflösung erreichen kann, da sie mit perfekt
gestalteten Wellen arbeitet, kann ich einiges darüber sagen.

Ich bin der Meinung, daß in der Ultraschallakustik folgende große Veränderungen zu erwarten sind:

1. Vermehrte Nutzung der holographischen und tomographischen Methoden (u.A. in der
Ultrasonographie). Beide kommen hier zwangsläufig zusammen, da die Beugung und Streuueng sich
praktisch nie vernachlässigen läßt.
2. Deutliche Verbesserungen der Konstruktion der Wandler. Ich erwarte hier besonders in dem Bereich
der Luftultraschallwandler sehr große Fortschritte (und versuche auch nach Möglichkeiten
mitzumachen).
3. Eine sehr deutliche Verbilligung der notwendigen Elektronik. Die könnte schon längst stattfinden,
da dafür eigentlich nur Geld nötig wäre. Die Voraussetzung wäre aber, daß die Geldbesitzer die
potenziell schon heute existierenden Märkte entdecken und sich entscheiden, in die möglichen
Produkte zu investieren. Das ist eigentlich nur die Frage der Zeit.

Aus meiner Sicht ist die heutige medizinische Ultrasonographie in einem sehr primitivem Stadium,
gewaltige Verbesserungen sind erreichbar - und heute schon sichtbar. Das betrifft noch viel mehr die
zerstörungsfreie Prüfung mit Ultraschall. Die aktuell eingesetzten Geräte sind aus der Sicht des
heute schon Möglichen erschreckend primitiv. Diese Situation ist haupsächlich durch Monopolisierung
der Industrie und der Forschung in diesen Bereichen entstanden. Es herrscht auch eine
"traditionsbedingte Trägheit" bei den industriellen Verbrauchern (ich kenne diese Leute gut, aber
staune immer wieder). Es ist aber auch nur eine Frage der Zeit, wann es nicht mehr so gehen wird.

Was die Möglichkeiten des Luftultraschalls betrifft, bleibe ich bei der Meinung, daß die
Entfernungsmessung bei weitem nicht ausgereizt ist, aber auch die Messung der Luftströmungen,
Temperatur, Eigenschaften der Gase, der Geometrie der Gegenstände, Detektion von Eindriglingen, usw.
Es lassen sich auch noch viele Fortschritte im Bereich der Messung der internen Struktur der
Gegenstände mit Luftultraschall erreichen.

["geht nicht"]
Es ändert sich meistens in dem Moment, als die alten Fachleute "aussterben" und die Neuen nicht
mehr wissen, daß es nicht geht,
und es erneut probieren. Durch die mittlerweile verbesserte Umgebung gelingt dann einiges (...)

Eine interessante und witzige Beobachtung - klingt aber sehr plausibel.

Das ist keine neue Beobachtung. Ich bin noch nicht sehr alt, habe es aber trotzdem oft erlebt, noch
mehr Beispiele kann man in der Literatur finden: Ein Fachman ist einer, der weiß, wie es geht, aber
vor allem, was nicht geht. Fachleute können durchaus Neuerungen vorschlagen, wirklich revolutionäre
Neuerungen werden aber nur selten von Fachleuten gemacht. Es läßt sich auch leicht erklären: Um ein
guter Fachmann zu sein, muß man bestimmte Bereiche beherrschen - Zusammenhänge kennen, Abläufe
auswendig lernen usw. Das zwingt fast zu einer gewissen mentalen Trägheit. Um etwas wirklich Neues
vorzuschlagen muß man möglichst viel in Frage stellen und mit eventuell sogar "verrückten"
Möglichkeiten spielen können. Das ist nur dann möglich, wenn man eine mentale Trägheit möglichst
nicht aufweist. Außerdem muß man natürlich auch daran glauben, daß das Neue wirklich funktioniert.
Die Anfänge sind nämlich meistens nicht sehr ermutigend und werden auch oft genug von Fachleuten
ausgelacht (sie wußten doch schon lange, daß es nicht geht). Wer es nicht selbst erlebt hat, kann
sich in die Geschichte der Technik vertiefen. Dort lassen sich sehr viele gute Beispiele dieser
Zusammenhänge finden.


Wieslaw Bicz

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[Thomas Rehm]

Hallo Wieslaw,

[Zu meiner Zitierweise: Zitate aus vorhergehenden Postings sind zeilen-
weise durch vorangestellte Größer-Zeichen kenntlich gemacht, Zitate aus
älteren Postings haben 2 oder mehr hintereinander gestellte Größer-
Zeichen; kumulativ.]

Sprichst Du von adaptiven Systemen (DSP?)
Nicht unbedingt, aber ein bißchen doch. (...)
Es geht mir um etwas, was ich als holographische Methode bezeichne:
(...) mehrere Sender oder Empfänger verfügt, die eine definierte
Wellenfron emittieren (und empfangen) kann man die Deformation der
Welle messen
Eine solche Methode erfordert sicher einen signalverarbeitenden

Prozessor, der mit adaptiven Algorithmen arbeiten muss, da sich
die Ausbreitungseigenschaften ständig ändern (können).

Wenn man mehrere Empfangswandler nutzt (eine Matrix), können
die "verschobenen" Signale entdeckt werden.
Dabei handelt es sich offensichtlich nur um Auslöschungen infolge

Mehrfachreflektionen (Mehrwegeausbreitung).

Die Signale werden in folgender Weise verändert: (Aufzählung)
Was ich in Deiner Aufzählung vermisse, sind die nicht quasistationären

Einflüsse, die zu einer Phasenänderung, Phasenmodulation und zeitweisen
Frequenzverschiebungen führen.

Weiterhin wurden bisher nur ruhende Systeme betrachtet. Ein bewegtes
Objekt (oder ein sich drehendes Opbjekt) wird aber ein reflektiertes
Signal durch den Dopplereffekt verändern und es ist mit Mehrfach-
reflektionen zu rechnen.

wirklich revolutionäre Neuerungen werden aber nur selten
von Fachleuten gemacht.
Sie werden aber stets von Leuten gemacht, die einmal Fachleute *sein*

werden. Was ich damit sagen will, ist: Nicht jeder, der *kein* Fachmann
ist, wäre prädistiniert für die Entdeckung "revolutionärer Neuerungen".

Wenn ein Nichtfachmann einmal eine solche Entdeckung macht, so ist sie
ihm zu gönnen. Aber wie schon Fred Heim so treffend in
<news:3F550CC4.1ED7@T-Online.de> schrieb:
"Auch wenn Bastler meinen sie hätten das Ei des Kolumbus erfunden,
kommen sie spätesten bei der Realisation ihrer Idee zu anderen
Ansichten.
Es gibt gelegentlich Ausnahmen, aber sehr sehr selten."

q.e.d.

Wieslaw, viel Erfolg bei Deinen Forschungen.

Thomas.

 

[Friedrich Plötzeneder]

Hallo Thomas,
sicher kannst Du auch mit einem PC-Lautsprecher und Mikrophon gute
Ergebnisse bei einer Ultraschall-Messung erhalten. Wichtig ist, dass
Du
das Signal korrelierst und nicht einen Impuls aussendest. Man kann zB.
einen Chirp (FM von niedriger Frequenz bis hoher Frequenz) aussenden
und
danach das Signal empfangen und korrelieren.
(Die Fledermäuse erzeugen einen in der Korrelations beachenswerten
Chirp.)
Ich habe ein Beispiel in LabVIEW geschrieben, das auf jeden WIN
98/2000 Rechner mit Soundkarte funktioniert. Es wird ein Chirp
ausgegeben und das Signal im Mirophon emfangen. Je weiter man mit dem
Mikrophon weggeht, desto später die Korrelation.
Übrigens mit Entfernungen von 20 m habe ich noch nicht experimentiert.

Bei dem Programm tritt noch ein Problem auf: Ca. jede 2. Messung
funktioniert nicht, da vermutlich der Task-Manager von Windows
dazwischen eine Zeitscheibe einfügt. Eine Verbesserung kann man
erreichen, falls man im Task-Manager bei "Prozesse" eine höhere
Priorität vergibt (rechte Maustaste).
Dieses Programm kann man von meine Homepage laden. Falls man kein
LabVIEW hat
ist der EXE-File zu laden. Man kann dann das Programm als EXE
natürlich nicht mehr ändern. Mit LabVIEW ist der Source-Code besser.
Als Chirp ist ein Fledermauston eingesetzt, der auf tiefere Frequenz
umgesetzt ist.

http://schulen.eduhi.at/htlbraunau/lehrer/ploetz/Labbsp/index.html

Mit freundlichen Grüssen
Friedrich Plötzeneder




Thomas Rehm <Th.Rehm@T-Online.de> wrote in message news:<3F550CC4.1ED7@T-Online.de>...

Hallo,

ich habe kürzlich ein bisschen mit 40kHz-Kapseln herumgebastelt,
Entfernungsmessung nach dem Reflektionsprinzip. Damit komme ich aber
kaum über 20 Meter. Beim Stöbern im Internet fand ich dann auch
wahre Horrorkurven über die Ausbreitungsdämpfung von Ultraschall.
Interessant war dabei, dass die Dämpfung bei 20 kHz schon ganz
erheblich geringer ist als bei 40kHz.
Leider habe ich bisher noch keine Ultraschallkapseln um 20kHz
gefunden. Hat denn mal jemand Versuche in diesem Frequenzbereich
angestellt? - Lässt sich vielleicht mit Piezo-Hochtönern was
anfangen?
Und wie sieht es denn so um z.B. 1kHz aus - die Ausbreitungsdämpfung
bei dieser Frequenz ist ja fantastisch gering im Vergleich zu 40 kHz...
Hat da schon mal jemand Versuche angestellt?

Thomas.

 

[Thomas Rehm]

Friedrich Plötzeneder wrote:

Ich habe ein Beispiel in LabVIEW geschrieben, das auf jeden WIN
98/2000 Rechner mit Soundkarte funktioniert. Es wird ein Chirp
ausgegeben und das Signal im Mirophon emfangen. Je weiter man mit dem
Mikrophon weggeht, desto später die Korrelation.
(...)
http://schulen.eduhi.at/htlbraunau/lehrer/ploetz/Labbsp/index.html

Interessant! Auch Deine anderen LabView-Projekte. - Schade, dass ich
kein LabView habe und mit dem downloadbaren "Sourcecode" (der aber
anscheinend irgend ein LabView-spezifischer Binärcode ist) nichts
anfangen kann.

Thomas.