Wasserstand-Messung-US

Am 28.03.25 um 22:59 schrieb Marte Schwarz:

Ja, aber wenn das Rohr sauber und glatt (gegen λ/4) ist, dann führen alle Reflexionen vom Sensor weg und haben durchweg längere Wege als der zum Wasser, oder aber so kurze Wege, dass sie in der Totzeit liegen. Wenn das Rohr nicht im Wasser liegt, bleibt es auch weitgehend sauber, bzw. lässt sich leicht reinigen, wenn doch mal eine Spinne darin brütet.

Sie dämpft aber eben auch nicht, wodurch parasitäre Reflexionen in voller Höhe erhalten bleiben.

Nicht unbedingt. Wenn die flach eingebaut werden, gibt es praktisch keinen Rückwärtigen Schall außerhalb der Totzeit.

Der Bündelungseffekt ergibt sich mutmaßlich primär durch die Größe des Sensors. Üblicherweise gibt es aber durch Brechung am Sensor auch ein paar kleinere Keulen nach hinten.

Was ein Aufriss. Wenn man einen Drucksensor hat, misst man damit die Wasserhöhe. Das funktioniert wenigstens, und darauf hat der OP ja mittlerweile auch umgeschwenkt.

Mückenlarven brauchen richtig Wasser, aber mit Algen hast du in der feuchtem Umgebung recht.

Muss man nicht. Ein Konus davor kann z.B. den Bündelungseffekt erheblich steigern.

Natürlich. Aber in unmittelbarer Nähe des Piezos verschlechtert der primär die Ankopplung an die Luft, verfälscht aber nicht das Messergebnis.

Auffüllen?

Ack.

Warum? Du glaubst doch nicht im ernst, dass es gelingt, in irgendeinem Rohr nur die Grundmode anzuregen. Nie im Leben.

Entweder passiert das, oder ein größerer Teil des Signals wird direkt am Rohr vorbei gesendet und kommt dann auch von hinten. Einen Tod muss man sterben. Unter der Annahme, dass der Sensor direkt zur Seite sehr wenig abstrahlt (und aufnimmt) scheint mir der eine Tod vielversprechender. ;-)

Auf jeden Fall. Andernfalls könnte er das Signal überhaupt nicht von Störgeräuschen unterscheiden. Außerdem bekommt man sonst keinen sauberen Zeitpunkt, weil die Wellenform eigentlich immer verschliffen wird. Momentanwerte sind ein sehr schlechtes Kriterium.

Von jeder einzelnen Frequenz bekommt man immer nur eine Phaseninformation, also wie viel einer Wellenlänge passt nicht in den Abstand. Das ist natürlich sehr mehrdeutig. Erst durch die Kombination möglichst vieler Frequenzen wird daraus ein eindeutiger Wert. Man kann aber die Frequenzen nicht beliebig dich legen, da dann das Messsignal in der Praxis sehr lange wird.

Idealerweise müsste man einen Dirac-Impuls nehmen, der hat mathematisch gesehen unendliche Bandbreite. Das geht technisch natürlich nicht, und es ist auch nicht schlau, einen solchen Impuls bandbreitenbegrenzt anzunähern, weil das sehr hohe Pegel bei nur geringer Signalenergie ergeben würde. Hohe Auslenkungen kann der Piezo nicht und würde auch jegliche Nichtlinearitäten stark anregen. Am Ende hätte man ein erbärmliches SNR.

Deshalb nimmt man ein eher breitbandiges Signal mit einer endlichen Ausdehnung in der Zeitdomäne. Am einfachsten geht das mit einem Chirp. Das hat relativ konstante Amplitude bei einer quadratischen Phasenverschiebung. In der Zeitdomäne hört sich das an wie ein sehr schneller Wobbelvorgang, bei dem alle Frequenzen einmal durchlaufen werden, etwas wie Vogelgezwitscher, daher der Name. Es geht natürlich auch mit anderen Messsignalen, aber in der Kombination zeitlich begrenzt und möglichst kleiner Crest-Faktor schränkt den Spielraum ein.

Das wäre aber eine sehr einfache und ineffiziente Implementierung. Man bekommt, wenn man ordentlich vorgeht, mit wesentlich schlechterer Hardware wesentlich genauere Ergebnisse. Und kleine Prozessoren kosten ja heute nichts mehr, vor allem weniger als gute elektromechanische Komponenten.

Ich habe nach dem Verfahren mal mit einer handelsüblichen AC97 Onboard-Soundkarte Kabellängen gemessen. Obwohl die Dinger nur alle ca.

Ich würde ein Rohr im Wasser unter allem Umständen vermeiden wollen. Da ist man ständig am putzen.

Wenn es gelänge, das vorhandene, dicke Rohr mit einem Kurzhorn in den Deckel übergehen zu lassen, hätte man mutmaßlich schon gewonnen. Aber das ist halt schwierig zu realisieren.

Marcel

Nö, geht prima. Das Rohr liegt ja sowieso auf Masse. Und vom Innenleiter bis zur Elektronik sind es ein paar Millimeter. Was in dieser AN nicht steht, ist die Kommunikation nach Hause. Ich hatte sowas für Kraftstoff gemacht. Wolfgang hat den kleinen Nachteil, dass die Brühe leitet. Aber das ist ja lösbar.

MfG hjs

Hi Marcel,

Ich verstehe Deine Worte nicht. Es geht um ein Rohr als Schalleiter, vergleichbar zu einem Stethoskop. Wir reden um 40 kHz, also knapp 9 mm Wellenlänge in freier Luft. Da die Piezoscheibe ohnehin schon breiter im Durchmesser ist, als die Wellenlänge kannst Du ohnehin nicht einfach in ein monomodales Rohr einkoppeln. Deine Vorstellungen vom λ/4 & Co kannst Du hier kicken. Dazu bräuchtest Du ein Rohr mit Innendurchmesser < λ/10. Das willst Du aus verschiedenen Gründen nicht. Wenn schon ein Rohr < λ/x, dann muss man tatsächlich ein Horn zum einkoppeln basteln. Viel Spaß beim Rechnen. Na ja, 3D-Drucker machen es möglich. Du brauchst vor dem Sensor noch ein Luftloch, durch das Luft ins Rohr ziehen kann und auch wieder heraus, wenn der Wasserspiegel steigt. UNd ja, dieses Rohr willst Du bis weit hinunter ins Wasser lassen. Wennes dünn genug ist, kann man tatsächlich ein paar Windungen oberhalb machen, um die Mindeststrecke bis zum Oberen Wasserstand zu halten. Oder waagrecht starten, dann kann ein Wassertropfen nicht am Piezo kleben. Ich tendiere zu 45°, damit der Tropfen, sollte er sich bilden, gleich am Rohr/Horn ablaufen kann.

Was willst Du denn Dämpfen? Die parasitären Reflexionen entstehen doch erst dadurch, dass Schallwellen zwischen Piezo und Rohr entweichen und wieder zum Piezo zurückkommen können. Je dichter die Einkopplung ins Rohr, desto weniger Schall geht in den Raum und desto weniger Echos außerhalb vom Rohr kommen auf den Piezo zurück.

Ich glaube, wir reden aneinander vorbei. Der rückwärtige Schall wird doch gleich am Deckel sofort wieder reflektiert und sich in alle möglichen Richtung verteilen.

Ich gehe schwer davon aus, dass die Hersteller von Abstandsensoren die Rückwärtige Abstrahlung hinreichend abfangen. Das könnte sonst beim Einbau extrem blöde werden.

Wir reden von einem Wassertank von 70 cm Durchmesser und etwa 0,7 bis 1 m Höhe. Das sind erstklassige Zuchtbecken für Mükenlarven.

Ja. Den Sensor an der Stirnfläche eines Rohres mit Innendurchmesser knapp größer zum Sensor möglichst dicht ankoppeln. Dieses Rohr dann ins Wasser stecken. Die Impulswelle bleibt im Rohr gefangen, prallt auf die Wasseroberfläche und kehrt zum Piezo zurück. Weil das Impulspaket nur wenige Perioden lang ist, ist nach der Mindestlaufzeit der Piezo schon wieder so ruhig, dass er als Mikrofon das Echo aufnehmen kann. So funktionieren die üblichen Kandidaten. Das erste Echo gewinnt. Danach wird lange genug gewartet, dass sich alle relevant großen Echos verlaufen haben. Dann wird der nächste Impuls gesendet.

Je dünner das Rohr, desto weniger Stress durch Multimodenausbreitung.

Doch natürlich. Die Dinger laufen auf Resonanz, sehr schmalbandig Der Empfänger wertet nur ein kurzes definiertes Zeitfenster und ein schmales Frequenzband aus. Der Störschall müsste also gerade in dem Zeitfenster einen signifikanten Amplitudenhub machen. Meinetwegen erhöhe die Störsicherheit, dass Du im µC dahinter die Einzelwerte vergleichst, ob sie innerhalb zweier Sequenzen sich hinreichend ähnlich waren. DEn Aufwand macht sich beim Abstandspiepser im Auto keiner. Wenn der mal einen einzelnen Pieps von sich gibt, dann stört das auch niemand.

Die Teile aus dem Makeruniversum haben nicht wesentlich mehr, als einen Schwellwertschalter nach dem Vorverstärker.

Die Teile schätzen mehr, als dass sie messen. Exakte Messwerte sind Offlabel-Use. Im Bereich der Ultraschallbildgebung und hochpreisigen Ultraschall-Abstandsmessungen ist das anders. Das war aber nicht die Kragenweite von Wolfgangs Arbeit.

Bestell Dir bei Ali eins und nehme es auseinander oder frag Google oder meinetwegen AI nach den Schaltplänen. Ich hab das vor Jahren gemacht, weil das Teil in der Stoßstange einer Freundin Fehlpieps abgeliefert hat (Hyundai irgendwas)

Billig und funktional für die Anwendung, für dies es verkauft wird.

Da hast Du Rechenkapazität zum Abwinken. Vergiss es, das ist unbezahlbar.

Ab und an durchpusten ist nicht viel Aufwand. Da hab ich Erfahrung drin.

Ganz anderer Ansatz

Marte

Am 29.03.25 um 22:58 schrieb Marte Schwarz:

Ein Wellenleiter muss nicht so klein sein. Im Gegenteil, das hätte AFAIK Dämpfung zur Folge.

Stimmt, gute Idee.

Wie gesagt /ich/ würde das Rohr niemals bis an die Wasseroberfläche kommen lassen. Das macht nur (andere) Probleme.

Wir sprechen über andere Geometrien.

Welcher Deckel? Der ist doch unten drunter. Sonst bräuchte man die Kapriolen ja nicht.

Im Auto? Die Stoßstange fungiert durchaus als Schallwand. Und zumindest bei meinem Auto ist da auch ein Ring-Kurz-Horn zur Ankopplung verbaut. Nach hinten kommt da nichts weg.

Ich dachte es geht um Wasserablagerungen am Sensor und im Rohr. Die Larven im Wasser stören (in diesem Zusammenhang) nicht.

Man macht auch wenig Fehler, wenn man die Wasserbehälter gut verschließt, so dass wirklich nur ein wenig Luft durch kommt. Andernfalls hält man nur die Fressfeinde fern. Vergessenen Gießkannen sind auch probate Zuchtbecken. Ich achte da immer darauf. Alles was größer als Pollen ist, kommt bei mir nicht ins Fass. ;-)

"Nur weniger Perioden" und "schmalbandig" widerspricht sich diametral. Mach mal eine Fouriertransformation von so einem Wellenpaket. Das wird erstaunlich breit, und das muss auch so sein.

Traurig.

Hmm, ja, Auto-Sensoren sind wirklich nur bedingt informativ. :-/

Tatsächlich wäre ich genau so vorgegangen, wenn ich einen Sensor gebastelt hätte. Einige kHz Bandbreite, gerne rund um die Resonanz. Und dann das empfangene Signal mit einem einmalig unter sauberen Bedingungen mit derselben Hardware aufgenommenen Loopback-Signal korreliert. Das dürfte sehr genau werden und nur sehr geringe Pegel erfordern.

Ich glaube wir haben eine andere Definition von "schmalbandig". Für mich ist schmalbandig Q>>10. Ein halbes Dutzend Perioden hätte ich jetzt nicht dazu gezählt.

Naja, das ist lange her. Könnte die K6-2 CPU gewesen sein, und die stand dabei nicht wirklich unter Volldampf. Ich behaupte mal, das packt ein Raspberry Pi Model 1 SoC. Und ich habe für die Präzisionsmessung mit durchaus großen FFTs gearbeitet 64k oder so. Das wäre für den Anwendungsfall sicher nicht nötig. Da würde ich mit 4k starten, das braucht viel weniger. OK, bei Auto müssen die Messwerte relativ schnell da sein, sonst braucht man sie nicht mehr. Für die Wasserstandsmessung wäre es völlig egal, ob er nach der Messung 10s rechnen muss. Damit eignet sich jede Hardware, die wenigstens genug Speicher für die Operation hat.

Ich bin immer froh, wenn ich Sachen habe, die ich /nicht/ dauernd warten/überprüfen muss. Außerdem braucht man dafür auch erst mal eine Druckluft-Quelle. Und selbst wenn ich die habe, bis ich solchen Kram aus dem Keller gekramt und wieder verstaut habe, ist auch schon fast eine halbe Stunde rum.

Marcel

Hab mal nachgeschaut:

Es gibt fertig erhältlich den "Watchman Radar" für ~300€ inkl Steuer plus Porto. Geht auch durch Plastiktanks, ohne Loch -- wohl wichtig bei Öl? Und GPS ist dabei, wohl für mobile Tanks. (Watchman gibt's auch in Ultraschall, die machen fertige Füllstandslösungen auch für den privaten Tank.)

Dazu noch ne jährliche Abgabe für Cloud oder so -- wohl weil das für GPS/Mobilüberwachung sinnvoller ist als wenn es nur über ein paar Meter von Tank zu Anzeige geht.

In Ultraschall, Funkanzeige ohne Cloud usw. wohl knapp über 100€.

Thomas Prufer