Ultraschallsensor am Modellflugzeug

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So, da bin ich wieder zurück vom Testen in Keller und Garten. Kurz vorweg: der Wind / die Luftströmung hat anscheinend einen Einfluß auf die Distanzmessung. Aber nicht so wie wir dachten.

Habe den Sensor so platziert, dass er waagerecht im Kellerraum misst. Die angezeigte Entfernung war immer so um 250cm. Wenn der Föhn davor gehalten wurde, hat sich die Messung tatsächlich verändert - es wurden dann Werte von 50 - 190 cm angezeigt. Dann habe ich den Föhn mal etwas weiter weg vom Sensor in die Schallkeule gehalten: in etwa dieselbe Abweichung. Meiner Ansicht nach liegt es also nicht an den Schwinungen des Sensorgehäuses, sondern an der Ablenkung und / oder Verwirbelung der Luft. Möglich, dass durch die Ablenkung der Schall in eine andere Richtung gelenkt wurde und so das Echo von einem anderen Winkel eingetroffen ist oder die Verwirbelungen selbst für ein Echo gesorgt haben.

Die Luftpumpe war übrigens weniger geeignet, dafür hat es ein kleiner Blasebalg auch getan, den ich zum Säubern von Fotokram verwende. Probiert es doch auch mal aus!

Zwischendurch hatte der SRF02 (mein letzter funktionsfähiger) mal ein "170cm-Problem". Dies konnte ich erstaunlicherweise durch Davorhalten einer dünnen Schaumstoffschicht beheben. Die Messungen schienen dadurch gerichteter zu werden. Das Bedecken des Sensors mit Haushaltsfolie bringt ihn übrigens ziemlich durcheinander - die Anzeige sagt 16cm.

Der Test im Garten mit senkrecht in den Himmel ausgerichtetem Sensor ergab ähnliche Ergebnisse. Ohne Beeinflussung und mit Windstille zeigt er - bzw. meine Messsoftware - 0cm an (soweit OK). Wenn man darüber pustet, ohne den Sensor direkt anzupusten, erscheinen plötzlich Werte um die 400-900 cm, und das sowohl ohne als auch mit Schaumstoffabdeckung.

Ich denke mal, das war's dann. Die Testanordnung war zwar alles andere als professionell, hat aber eine mögliche Fehlerquelle gezeigt. Das Problem scheint prinzipbedingt zu sein und durch einen teureren Sensor nicht unbedingt beseitigt werden zu können. Naja, hab trotzdem mal einen SRF08 bestellt , mal sehen was der bringt...

Gruß, Achim.

[Manf]

Die ungestörte Ultraschallmessung läuft so ab, dass ein Impuls ausgesendet wird und die Laufzeit bis zum Eintreffen des Echos gemessen wird.

Trifft der Impuls nicht auf ruhende Luft sondern auf bewegte Luft mit einer Geschwindigkeit von 1/10 Schallgeschwindigkeit dann kann die Entfernungsmessung um 10% verfälscht werden. Durch den Richtungswechsel beim Echo ist der Effekt eher deutlich geringer.

Jede größere Änderung ist dann wohl durch Störungen bedingt die ein Echo vortäuschen. Da der Empfänger mit der Impulslaufzeit empfindlicher wird nimmt auch die Wahrscheinlichkeit für eine Störung mit der Laufzeit zu.

Ein konstant rauschender Föhn kann in einem bestimmten Abstand beispielsweise ein Geräusch erzeugen, das die Triggerschwelle nach einer Impulslaufzeit von 3m erreicht.

So wird sich der Test aus der Sicht des Sensors darstellen. Lässt sich das Verhalten damit interprätieren?
Manfred

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Hallo Manfred,

ja und nein. Ich glaube, dass das Geräusch des Föhns keinen Einfluss hat. Hatte ihn nämlich auch mal mit einem Papprohr verlängert, um den Luftstrom besser auszurichten und etwas abkühlen zu lassen. Gegen die Geräusch-These spricht auch, dass es mit Blasebalg und Pusten auch funktioniert hat.

Ansonsten bin ich bei Dir. Meinst Du, die "Störungen die ein Echo vortäuschen" können so etwas wie Verwerfungen in den Luftschichten sein, die durch lokale Luftströmungen hervorgerufen werden? Das würde bedeuten, dass ein gleichmäßig über die gesamte Messstrecke verteilter Wind am wenigsten Störungen erzeugen würde. Da es sowas aber nicht gibt, es sei denn es herrscht Windstille, führen die Verwirbelungen zu Störungen?

Dann hoffe ich auf laue Frühlingsabende, um diesen Ansatz zu testen

Edit: Andererseits: jede Luftströmung erzeugt auch ein Geräusch. Und gerade Rauschen ist sehr breitbandig. Ausserdem klingt meine Verwerfungs-Idee zwar schön, aber ich habe auch noch nie bei Sturm mein eigenes Echo gehört...

Gruß, Achim.

[Manf]

Es muss nicht das Geräusch des Föhns selbst sein, nur der ausgesendete Impuls wird keine wesentliche Abkürzung finden (wenn er nicht gerade am Föhn oder am Papprohr reflektiert wird).

Sicher ist, dass ein Signal mit mehr oder weniger konstantem Pegel zu einer Überschreitung ders Triggerpegels nach einer entsprechenden Laufzeit führt. Der Effekt ist naheliegend und man sollte ihn in Betracht ziehen.
Manfred

[voidpointer]

OK, jetzt hab ich's glaubich kapiert. Die Testergebnisse sind möglicherweise durch Geräusche beeinflusst. Was heisst das dann für den Einsatzzweck?

Ich sehe da nur bedingt Einflussmöglichkeiten. Mit einer Schaumstoffwulst oder ähnlichen Anordnung kann ich die Strömungsgeräusche in unmittelbarer Umgebung des Sensors eindämmen. Der Sensor selbst ist in der Tragfläche gelagert, die aus Elapor besteht - bestes Verpackungsmaterial. Muss man hier etwas dämmen? Strömung an der Tragfläche: bin kein Aerodynamiker, weiss nur, dass man zwischen laminarer und turbulenter Strömung unterscheidet. Letztere sollte mehr Störungen verursachen können. Aber sie soll auch gut für das Flugverhalten sein

Dann wäre vielleicht noch die Möglichkeit, mehrere Sensoren zu kombinieren oder - wie oben schon besprochen - mehrere Messungen zu betrachten. Ein zusätzliches Barometer könnte auch nützlich sein, jedoch liegt die max. Auflösung m.W. bei 50 cm. Ein Lasergerät ist eben zu teuer und die optischen Methoden haben auch ihre Macken.

Achim.

[mare_crisium]

voidpointer,

richtig erfinderisch, Deine "Labor"-Versuche! Ich wundere mich, dass die Frischhaltefolie den US so stark beeinflusst. Auch die Wirkung der Schaumstoffschicht finde ich erstaunlich. Was war das für ein Material?

Die Verwirbelung (Turbulenz) kann keine Echos erzeugen. Das passiert erst, wenn man es mit Schockfronten zu tun hat. Die entstehen aber nur bei Strömungsgeschwindigkeiten in der Nähe der Schallgeschwindigkeit.

Manf hat recht, durch die Verstärkungserhöhung während der Torzeit kann ein konstanter Schallpegel ein Echo vortäuschen.

Schade, wäre so eine elegante Messmethode gewesen.

mare_crisium

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Hallo mare_crisium,

der Schaumstoff sieht so aus wie der T20 auf diesem Bild. Das Stück ist ca. 1 cm dick, 10x10cm breit und ist ziemlich weich. Kommt aus irgendeiner Verpackung. Mich hat es auch gewundert, dass das Material den Schall durchlässt. Möchte gar nicht erst über die physikalischen Vorgänge spekulieren.

Naja, wie immer gebe ich die Idee ja nicht völlig auf. Wenn der Sensor erstmal in der Software eingebunden ist, wird er so schnell nicht wieder entfernt. Ausserdem muss ich noch mehr Erfahrung damit sammeln.

Gruß, Achim.

[reneheli]

Hallo Achim,

ich bin bei der Suche nach Sensoren auf diesen Absolutdrucksensor gestossen: http://www.vti.fi/en/products-soluti...essure-sensor/
Vieleicht ist es doch zielführender, die Höhe barometrisch zu bestimmen. Man müsste halt vor dem Start am Boden eine "Eichtaste" drücken, damit der Bodenluftdruck dem System bekannt ist.

Gruß Rene

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Oh ja, der Drucksensor scheint gut zu sein. Ist die Frage, ob man den schon in Deutschland bekommt und wie man ihn anlötet Aber früher oder später muss wohl so ein Sensor noch dazu. Auf dem Gebiet kenne ich mich aber noch zu wenig aus. Z.B. weiss ich nicht, wie empfindlich der Luftdruck bei einem schleichenden Wetterumschwung wechselt, d.h., ob nach 10 Minuten Flug am Boden auch noch derselbe Luftdruck herrscht, der zum Start gemessen wurde. Desweiteren, ob eventuell Staudruck im Rumpf des Flugmodells die Messung beeinflussen kann.

Das "Trimmen" vor dem Start wäre m.E. kein Problem. Da bestimmt einfach die Software, wann sie die Sensordaten für ausreichend hält und setzt die Startkoordinaten. Zusätzlich kann ich ja vor dem Start die Höhe über Grund per Sonar messen und anhand der GPS-Koordinaten und abgespeichertem Geländemodell die Höhendaten validieren. Das Geländemodell habe ich für ganz Mitteleuropa mit einer 90-Meter-Auflösung auf der Flash-Disk gespeichert

Gruß, Achim.

[reneheli]

Den Sensor (3,3 Volt in der Version mit SPI - Schnittstelle) gibt es dort:
http://www.lipoly.de/index.php?main_...oducts_id=5637

Die Änderung des Luftdruckes bei 10 Minuten Flug dürfte sich allenfalls bei starkem Wetterumschwung bemerkbar machen. Änderungen des Luftdruckes um 1 hektopaskal entsprechen zwar etwa 10 Meter Luftsäule. Bei einem 10-Minuten-Flug ist das sicher eher nicht so relevant.

Wichtiger ist da sicherlich das vernünftige Anbringen des Sensors im Flieger, damit allein der statische Druck und nicht der Luftstrom die Messung verfälscht.