Moin!
Als kleiner (aber wichtiger, grundlegender) Teil meiner Diplomarbeit möchte ich mittels Ultraschall (etwa 40kHz) eine Entfernung, bzw. die Laufzeit bestimmen. Die Diplomarbeit ist in Informatik und beinhaltet auf eigenen Wunsch diesen Elektronik-Anteil.
Die Signalgeneration (und -verstärkung) und Signalverarbeitung erfolgt auf der selben Platine, nur der US-Lautsprecher und das US-Mikrofon sind mittels Kabel abgesetzt. Der Maximale Abstand zwischen Lautsprecher und Mikro ist etwa 200cm (minimal keiner, also 0cm).
Die verwendeten Lautsprecher und Mikros haben ein (gemessenes) Optimum bei 40,5kHz. Diese generiere ich per DDS und verstärke sie mittels einfachen Verstärker-ICs. Ein µC generiert mir kurze, 20 Schwingungen lange Impulse, während denen der Verstärker aktiviert ist. Da verschiedene Entfernungen gemessen werden, ist nur ein zyklische Messung möglich.
Jetzt mein Problem:
Die Hüllkurve der Amplitude des empfangenen Ultraschalls sieht auf dem Oszi etwa wie eine Gauß-Verteilung. Lautsprecher und/oder Mikro schwingen nach: Bei geringem Abstand von Lautsprecher und Mikro ist der Pegel sehr groß und die Nachschwingzeit gut zu sehen. Da ich auf die erste Schwingung detektieren möchte ist das kein Problem, allerdings ist deren Pegel sehr unterschiedlich groß.
Ich hatte bisher verschiedene Ansätze zur Signalverarbeitung und erhoffe mir dazu noch Hinweise, Ideen, Tipps, weiterführende Infos oder sogar Schaltplanvorschläge:
- Verstärkung und anschließend Schmitttrigger: Klappt bei großen Signalen brauchbar, wenn diese kleiner werden, erreichen die ersten Schwingungen nicht mehr die Schaltschwelle des Schmitttriggers (Idee: Verstärkung größer, so daß auch die kleinsten möglichen Signale noch deutlich in die Sättigung verstärkt werden oder AGC zur 'Normalisierung'). Bisher arbeite ich mit einem OpAmp zur Verstärkung und einem weiteren zum Scmmitttriggern. Mit OpAmps bin ich nicht sonderlich erfahren.
- Mixing oder AM-Demodulation der Hüllkurve (die Trägerfrequenz von
40,5kHz ist bekannt und auf der Platine vorhanden) und Schmitttriggerung auf diese. Dazu habe ich mir Schaltungen von Langwellen-Empfängern angesehen, aber hier habe ich keine Erfahrungen.- Ich möchte den Phasenversatz zwischen Quellsignal und Empfangenen Signal messen, dazu möchte ich beide Signale Schmitttriggern und addieren. Hierbei habe ich ebenfalls das Problem, daß die Siganl-Amplitude des zugrunde liegenden Signals sehr unterschiedlich groß ist und evtl zu klein für die Schaltschwelle.
- Abstand genommen habe ich von Möglichkeiten die Frequenz oder Amplitude zu modulieren und dieses zu detektieren. Es erscheint mir aufwändiger als die anderen Ansätze.
Ich freue mich, wenn Ihr mir weiterführende Ideen zukommen lasst.
Ciao Dschen