3 Vergleich der Abstandssensoren - Elektro Essig

3.1.2 Messprinzip
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3 Vergleich der Abstandssensoren
Zur Abstandsmessung mit Ultraschall finden magnetostriktive sowie piezoelektrische US-
Wandler Anwendung. Bei magnetostriktiven US-Wandlern werden Ultraschallwellen bis 60kHz
erzeugt, wohingegen mit piezoelektrischen Wandlern Frequenzen bis zu mehreren MHz erzeugt
werden können. Bei den piezoelektrischen Wandlern wird überwiegend der Bereich zwischen
20kHz und 10MHz ausgenutzt. Die Messungen mit US-Wandlern können nach [5] ganz analog
zu Radarmessungen sowohl auf einer Puls-, als auch auf einer CW (Continuous Wave) –
Technik basieren. Ebenso können mit US-Wandlern nach [1] auch FMCW-Abstandsmessungen
durchgeführt werden Da die Abstandsmessung mittels US-Wandler hier auf dem Puls-Echo-
Verfahren beruht und somit eine Laufzeitmessung darstellt, ist zu berücksichtigen, daß die
Schallgeschwindigkeit von Temperatur und Ausbreitungsmedium abhängt. Bei Zimmertemperatur
beträgt die Schallgeschwindigkeit in Luft 344 m/s. Mit Gleichung
c� � � f
(3.1)
ergibt sich somit für 400kHz-Ultraschallwellen eine Wellenlänge in Luft von 0,86 mm.
Piezoelektrische US-
Wandler haben nach [2]
folgenden Aufbau:
Piezoelektrisches Material zur akust. An-
Plättchen passung
Ringförmige Halterung
Beim Senden wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt (piezoelektrischer
Effekt). Dabei breitet sich die mechanische Schwingung in Form von Ultraschallwellen im Aus-
breitungsmedium aus.
Beim Empfangen wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt (reziproker
piezoelektrischer Effekt).