Ultraschall Sensor

Ich wollte schon seit längerer Zeit mal etwas mit einem Ultraschall Sensor machen. Also habe ich mir bei Reichelt kurzerhand ein Sender – Empfänger Paar gekauft und mal an meinen Signalgenerator sowie Oszilloskop angeschlossen.

Meine naive Annahmen, dass ein Ultraschallempfänger so eine Art Mikrofon für hohe Frequenzen und ein Sender ein Lautsprecher für hohe Frequenzen sei, hat sich aber schnell zerschlagen. Naiv deshalb, weil ein Blick in das Datenblatt zeigt, dass beide Komponenten relativ Schmalbandig um die 44 kHz arbeiten. Das deutet darauf hin, dass hier stark mit Resonanzeffekten gearbeitet wird.

Am Sender reicht schon ein Burst mit nur einer Periode aus, um am Empfänger ein breites Signal zu erzeugen.

Distance 10cm

Distance 5cm

Da ich nicht weiß, wo innerhalb des Gehäuses der Sender bzw. der Empfänger liegt, habe ich bei der Distanzmessung eine Unsicherheit von etwa 5 mm. Da ich auf der Empfängerseite keinen klaren Startpunkt habe, ist es auch schwierig, die Laufzeit exakt zu bestimmen. Am Genausten wäre es vermutlich, wenn man die Hüllkurve ermittelt und dann das Maximum sucht. Allerdings vermute ich, dass hier dann eine Änderung der „Lautstärke“ zu erheblichen Messfehlern führt.

Da das Empfangssignal im Ruhezustand erstaunlich stabil ist, verwende ich den ersten sichtbaren Ausschlag als Messpunkt. Bei Abständen von (ca.) 25, 20, 15, 10 und 5 cm komme ich auf Zeitunterschiede von jeweils ca. 150 Mikrosekunden. Das würde eine Schallgeschwindigkeit von 330 m/s ergeben. Die Abweichung zur echten Schallgeschwindigkeit liegt bei dieser einfachen Ablesemethode im erwarteten Rahmen.

Ich werde in den nächsten Tagen wohl eine Umstellung auf einen Microcontroller machen. Dann ist der Ablesezeitpunkt weniger willkürlich. Zudem kann kann man bei Laufzeiten im einstelligen Millisekundenbereich durchaus 100 Messungen pro Sekunde durchführen und einen Mittelwert bilden. Mal sehen, ob ich dann genauere Daten bekomme.

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