3 Vergleich der Abstandssensoren - Elektro Essig

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0.5 -0.5 1 -1 25 50 75 100 125 150 175 Mehrperiodige sinusförmige Bursts werden von einem Funktionsgenerator als Eingangssignal am US-Wandler angelegt. 1 0.5 -0.5 -1 25 50 75 100 125 150 175 Die Ausbreitung der den oben angegebenen Schwingungsformen zugehörigen longi- tudinalen Schallwellen erfolgt im Ausbreitungsmedium Luft mit der Schallgeschwindigkeit von 344 m/s -0.5 1 0.5 -1 25 50 75 100 125 150 175 Die Ausbreitung der am Mess- objekt reflektierten Puls-folge zum Empfänger erfolgt wieder mit der Schallge-schwindigkeit von 344 m/s Durch Ein- und Ausschwingvorgänge werden im US- Wandler die Bursts in ihrer Form und Länge verändert. Treffen nun die Schallwellen auf das Messobjekt auf, so werden sie teils absorbiert, teils transmittiert und teils reflektiert. Dabei wird die Pulsfolge in ihrer Form und Länge verändert Durch Ein- und Ausschwing- vorgänge werden im US- Wandler die Bursts wiederum in ihrer Form und Länge ver- ändert. 25 3 Vergleich der Abstandssensoren 0.5 -0.5 1 -1 25 50 75 100 125 150 175 Die Sendebursts entsprechen in ihrer Form nun in etwa den oben angegebenen Schwingungsformen. 1 0.5 -0.5 -1 25 50 75 100 125 150 175 Die reflektierten Bursts entsprechen in ihrer Form nun in etwa den oben angegebenen Schwingungsformen. Die Signale sind nun breiter geworden. 1 0.5 -0.5 -1 25 50 75 100 125 150 175 Das Empfangssignal ent- spricht in seiner Form nun in etwa dem oben angegebenen Signalverlauf. Die Signale sind nun noch breiter geworden.
26 3 Vergleich der Abstandssensoren Bei der Abstandsmessung mit US-Wandlern treten Mehrfachreflexionen auf, so daß sich, je nachdem, ob z.B. das 1. Echo oder das 2. Echo betrachtet wird, bei einer Abstandsvariation unterschiedliche Messempfindlichkeiten ergeben. Um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen ist es daher sinnvoll, bei der Messung die Echos höherer Ordnung zu verwenden. Sensorsignal[V] 3 2 1 -1 -2 -3 Empfangssignal [ 200µs , 400µs] des 400kHz-Ultraschallsensors (Startpunkt 15mm Entfernung) 0 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Für einen Abstand von 15mm –mit einem Lineal gemessen vom Gehäuserand des US-Wandlerswäre das 2. Echo bei t 1 4x 4 �15mm � � � 87, 2�s c 344 m / s US Aus der Zeitdifferenz der beiden oben aufgenommenen Echos erhält man einen genaueren Zeit[µs] Wert für den Abstand: x cUS t � � � � 344 m / s �102�s 2 � x � � 17, 5mm 2 Der Abstand von der Membran zum Messobjekt ist also etwas größer als der mit dem Lineal gemessene Wert. Da man für den doppelten Abstand eine Laufzeit von 102µs erhält, kann man erkennen, daß die Verzögerung der Messung etwa 20µs beträgt. Das erste Echo wäre daher bei 122µs. Bei einer Abstandsmessung wurden bei einer Schrittweite von 12,5µm an 1000 äquidistanten Messpunkten die Zeitsignale des Hüllkurvensignals der Ultraschallmessung aufgenommen und 2-dimensional übereinander aufgetragen. 2. Echo 3. Echo 224 µs 326 µs �t=102 µs
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