OT Ultraschall Anemometer

[catweazlex]

Hallo stochri, Danke für deinen Beitrag. \/

Das Sendesignal wird also Frequenzmoduliert , im Empfänger mithilfe des Sedesignals demoduliert. Das ganze in einer Regelschleife als PLL-Demodulator wäre doch recht störfest?

Wie läßt sich eine PLL digital realiseren ?

Wie kann man die FFT vermeiden oder läßt sich das mit AVR's bei den zu erwartenden Frequenzen ohne Probleme bewerkstelligen ?

[catweazlex]

Hier mal dur Diskussion
Blockschaltbild eines Wandlers Phasendiff ->Impuls

Die Nulldruchgänge von US RX und Tx Signal setzen/rücksetzen ein D-FlipFlop. Das entstandene Signal steuert ein Tor welches proportional zur Impulsbreite(=Phasendifferenz) Impulse an den Zähler weiterreicht.

Any Ideas ? [-( per Software ?

[stochri]

Hallo catweazlex,

meine Vermutung ist, dass das mit der PLL nicht gut funktioniert. Wenn Reflexionen von mehreren Zielen kommen gibt's irgendwie ein MischMasch. Dort kommt eben der Vorteil der Kreuzmodulation von Sende- und Empfangssingal sowie der nachfolgenden FFT zum tragen: in der FFT lassen sich die Frequenzpeaks der verschiedenen Reflexionen einigermaßen unterscheiden.

Bei Deinem Schaltungsvorschlag gehst Du von einem sauberen Empfangssignal aus. Zusätlich klingt die Empfangssignalamplitude exponentiell mit der Entfernung ab. Ich glaube, dass es in der Praxis Schwierigkeiten macht, die Signale so sauber zu erhalten.

Deshalb meine Empfehlung: Versuche Dich möglichst bald an praktischen Experimenten.

Eine FFT könnte man auf dem AVR hinbekommen, man muss sie ja nicht in Echtzeit rechnen, sondern kann zuerst das Signal aufnehem und dann untersuchen, senkt halt die Schussrate.

Aber das ganze Projekt scheint mir recht umfangreich, bevor man anfängt, eine so komplizierte Auswertung auf einem Mikrokontroller zu programmieren, versucht man für gewöhnlich die Algorithmen erst auf dem PC zum laufen zu kriegen.


Gruss,
stochri

[sigo]

@sigo
deine 2d LOGGE is im "Ideen-Topf" vorgemerkt ..der füllt sich langsam.

Gern geschehen.. Die war geschenkt..wo die her kommt sind noch mehr..

Könnte man auc den 2d WIndmesser fürs Wasser umbauen..

Klar, das Prinzip ist übertragbar. Man könnte es gleich zu konzipieren, dass man es modular aufbaut..Nur in Wasser geht alles was schneller und man arbeitet nicht mit 40khz. Also total anderes Timing. Bei deinem Cat könnte man ja supi von Kufe zu Kufe funken...schöööönes Schiff..

[catweazlex]

Bei dem diesem Modell sind Störungen kaum zu erwarten und der Sensorabstand recht klein.
Größe : 142x160mm. Sensorabstand ca 100mm.
Bild hier  
Wäre doch ein Anhaltspunkt zum Aufbau?

[sigo]

Wieso sitzen die Sensoren diagonal?
Gibts einen zentralen Sender?
Was ist mit dem Sendor links im Bild?

[catweazlex]

Bild hier  
Zitat aus ThiesClima :
"Das Ultrasonic Anemometer 2D besteht aus 4 Ultraschall -Wandlern, von denen sich jeweils 2 Wandler im Abstand von 200 mm gegenüberstehen.
Die dadurch gebildeten zwei Messstrecken stehen senkrecht zueinander.
Die Wandler fungieren sowohl als Schallsender als auch als Schallempfänger.
Über die Steuerungselektronik wird die jeweilige Messstrecke und deren Messrichtung angewählt.
Mit dem Start einer Messung läuft eine Sequenz von 8 Einzelmessungen in alle 4 Richtungen der Messstrecken mit maximaler Geschwindigkeit ab.
Die Messrichtungen (Schallausbreitungsrichtungen) verlaufen im Uhrzeigersinn rotierend, zuerst von Süd nach Nord, dann von West nach Ost, von Nord nach Süd und schliesslich von Ost nach West.
Aus den 8 Einzelmessungen der Streckenrichtungen werden die Mittelwerte gebildet und zur weiteren Berechnung verwendet.
Die benötigte Zeit für eine Messsequenz liegt bei ca. 20 msec bei +20°C. "

[catweazlex]

Hier die Formeln:

[H.A.R.R.Y.]

@Harry
Also könnte man den Schall unter einem bestimmten Winkel durch das Rohr schicken,...
..den Wind auch durchs Rohr ?

Nee, der Wind geht schon geradeaus durchs Rohr. Sollte nur einen Weg aufzeigen der in industriellen Strömungsmessern verwendet wird. Allerdings arbeiten die nur 1D.

..Empfindlichkeit erhöhen : stimmt dein Vorschlag auch bei der Betrachtung
nur einer Periode ?

Das ist definitionssache: Natrülich wird jede Periode des Signals dem "Stör"einfluß unterworfen. Du willst aber wissen, was passiert, wenn Due die Perioden nicht unterscheiden kannst, gelle?

wenn wir uns nur auf die Phasenverschiebung durch den Windeinfluß verlegen, dann darf die Periode (Schallgeschwindigkeit+Luftgeschwindigkeit) NICHT kleiner als Sensorabstand werden, sonst gibts Mehrdeutigkeiten / Mess-Sprünge)

wieviel Grad Phasenverschiebung erwarten wir bei einem Messbereich von 1km/h - 140km/h wenn fSensor 40kHz

Hm, da muß ich passen.

welcher Wirkwinkel des Windes auf die Mess-Strecke bei 3 Sensoren(2D) ist minimal zu erwarten ?

Nun, das sollte sich doch aus der Geometrie abschätzen lassen. Bei der gewählten symmetrischen dreieckigen Figur ergeben sich die Innenwinkel zu je 60°. Du hast dann also nicht zwei Meßstrecken im Winkel von 90°, sondern drei Meßstrecken im Winkel von 60°! Außerdem muß jeder Wandler bei (von ihm aus gesehen) +/-30° je eine Hauptstrahlrichtung besitzen, damit er jeweils seine beiden "Kollegen" sehen, äh hören kann. Alternativ bringst Du an jeder Ecke zwei Wandler an.
Du siehst, die "über Kreuz" Methode ist günstiger im Aufwand!

[Manf]

Ich wollte das einfach noch mal in die Diskussion einbringen, so ein Bild ist sicher wichtig für den Umgang mit den 40kHz Ultraschallwandlern.

Ein Wandler wird mit ca. 24 Perioden einer 5V Schwingung im Gegentakt (H-Brücke) angeregt und ein zweiter Wandler in 340mm Abstand empfängt das Signal. Die Schallaufzeit vom Sender bis zum Emfänger wären damit ja etwa 1ms.

Die Auflösung für das obere Signal ist 100mV/div für das untere 5V/div. Die Zeitauflösung ist 0,2ms/div.

Bild hier  

Aus dem Verhalten der Wandler lässt sich sicher etwas für den Einsatz bei der Windmessung ableiten. Es hilft vielleicht bei der Antwort, ob der Wandler mit Impulsen oder mit kontinuierlicher Ansteuerung betrieben werden soll.

Manfred