Высокочастотный ультразвуковой датчик, Вот загадка Опции

[High Voltage]

Всем здравствуйте!

Проблема следуюущего рода. Ультразвуковой датчик MA400A1 (www.murata.com, http://www.murata.com/catalog/p19e7.pdf) работает на частоте 400 КГц, максимальное напряжение 120 Вольт при макс длине импулься 125 мкс через каждые 6 мс. Это краткие ТТХ.
Проблема следующего характера: делал генераторы на 400 КГц совсем разные, и квуарцованные и не кварцованные проблема одна и та же, есть 400 КГц, но напряжение колеблется вокруг 2.5 В как и должно быть, но с амплитудой в 0.5 вольта, т.е. от 2 до 3 вольт, в чем проблема? Может щуп глушит? хотя думаю вряд ли.
Подскажите, как лучше зделать схему генератора входного напряжения. Я хочу хотя бы 50 В на него подавать, чтобы достаточно сильный сигнал был. Я с генератора на него 400 КГц 12В подавал, и ловил таким же датчиком на расстоянии примерно 1-2 см, очень слабый сигнал, поэтому и хочу зделать вольт 50, а то и больше, но тогда длительность импулься придётся покороче зделать.


ПОСОВЕТУЙТЕ а)))
Спасибо)

[Alhen]

Тоже раньше думал что подавать надо от генератора необходимую частоту, а на самом деле подается возбуждающий импульс (трансформатор повышающий и ключик как ТВС). До практической реализации я еще не доходил, параметры трансформатора, моточные данные пока для меня загадка.

[s_yakov]

Если меряете напряжение навыходе генератора с подключенным на его выход преобразователем, то колебания напряжения могут быть обусловлены колебаниями импеданса преобразователя.

[veter]

зачем такие напряжения? я с помощью 12 вольт до 15 см отраженного сигнала доходил (довольно уверенно), могу больше, если питание вылизать - фон от DC/DC великоват, а без развязки по питанию не хотелось делать.
к томуже использовал передатчик как приемник.
микросхема генератор на 4000 серии. в режиме передачи сигнал на датчике до 11В доходит.

[Adviser]

Тут вот изложены основные принципы построения драйверов для ультразвуковых излучателей

Ultrasonic Transducers

[High Voltage]

Спасибо огромное за ответы!

veter, а ты с каким датчиком работал? Этот датчик (MA400A1) он тоже приёмопередатчик, он же и будет у меня приёмником. Скажи, а ты какую схему вообще делал? Ты на датчик подавал просто синусоиду, или выбирал длительность импулься? Хотя при 12 В я думаю синусоида датчик не убъёт, я лично импульсно питаю, длина импулься = Т/2.

Adviser, спасибо за ссылочку, там 40 КГц, но я думаю прокатит.

Да ещё, трансформаторы и индуктивности использовать совсем не хочется. Нафига они?? Хочу умножить напряжение, дешевле и меньше места, ну а если не прокатит, то транс придётся.

[High Voltage]

не пойму, почему тема не обновляется?

[delta1968]

Меня тоже интересует данная проблема, но у меню лучше с цифровой электроникой и микропроцессорами, могу помочь. Если не секрет для чего занимаетесь данной проблемой, что хотите реализовать? на сайте www.gaw.ru есть описание ультразвукового измерителя от от TI даташит sla136a.pdf посмотрите может поможет, называется Ultrasonic Distance Measurement With the MSP430.

[delta1968]

Меня тоже интересует данная проблема, но у меню лучше с цифровой электроникой и микропроцессорами, могу помочь. Если не секрет для чего занимаетесь данной проблемой, что хотите реализовать? на сайте www.gaw.ru есть описание ультразвукового измерителя от от TI даташит sla136a.pdf посмотрите может поможет, называется Ultrasonic Distance Measurement With the MSP430.

[delta1968]

Меня тоже интересует данная проблема, но у меню лучше с цифровой электроникой и микропроцессорами, могу помочь. Если не секрет для чего занимаетесь данной проблемой, что хотите реализовать? на сайте www.gaw.ru есть описание ультразвукового измерителя от от TI даташит sla136a.pdf посмотрите может поможет, называется Ultrasonic Distance Measurement With the MSP430.

[delta1968]

Вчера пробовал добавить сообщение но форум глюкал, а сегодня смотрю добавил целых три одинаковых.

[High Voltage]

Сам то я тоже по цифровой лучше технике. Еще занимаюсь не с микропроцессорами, а с микроконтроллерами, с процессорами тяжелее, там надо им память припаивать и не одну.
Датчик мереет малые растояния (до 30 см) с точностью - 1мм, так вот работает на частоте 400 КГц, зделал генератор на 400 КГц, хочу ща зделать умножитель, чтобы 24В подавались на вход. Этот же датчик будет и приёмником, управляться будет через ATmega8515, вопрос, как лучше схему зделать усиления принятого сигнала, там будет сигнал порядка 20 мВ или даже поменьше, как лучше усилить его?

А под коммутацией я понимаю ключ, которй будет переключать датчик от генератора 400КГц 24В, к схеме усиления принятого сигнала.


Спасибо за ссылочку ;-)

[delta1968]

Во всех схемах эхолотов которые я смотрел, излучатель подключается на выход трансформатора, а вход через резистор и два шунтирующих диода от перегрузок на вход усилителя. Так и в мюратовском даташите рекомендовано, по поводу входа. Я хочу попробовать полумостовой драйвер MOSFET, а вход дифферинциальный усилитель на операционнике. Просто пока руки не даходят спаять всё это, у тебя High Voltage будут какие идеи подкинь, может что нового найдешь. Можно вместе поработать над одним интересным проектом.

[Самоделкин]

Когдато производился ультразвуковой расходомер УЗРВ .
Вот у него есть в техописании схема усилителя и приемника с ТТЛ уровнями .
И амлитуда импульсов 27В без всяких трасформаторов , умельцы умйдрялись повшать напряжение до 50 В.

[High Voltage]

Не надо не надо Самоделкин ;-). Только что зделал умножитель, правда всего лишь в 2 раза, зато первый опыт ;-))) имея на входе 12В от БП-шника компа стандартного, на выходе через генератор на инверторах 23.5В, если ещё на выход емкость 470 мкФ поставить которую я из монитора выпаял из ненужного, 23 получается.
delta1968 не думаю что трансформатор наилучшее решение в ДАННОЙ проблеме. Для эхолота - да, наилучший, я думаю, вариант, т.к. на большие расстояния и мощьный сигнал нужен => большие токи и напряжения => трансформатор. Ну а у нас, лично у меня, датчик то махонький =), и токи жрёт маленькие, и схема не нужна дорогая, тяжёлая(в кг всмысле) и грамоздкая.
Вот по поводу шунтирующих диодов, я так и не мог понять нафига они стоят параллельно разнонаправленно на землю. Теперь понял, что основной сигнал глушат, а мВ через диоды не пройдут.
Нет, я думал по другому принять данные, всем управляет микроконтроллер (м/к), => когда он передаёт (использует датчик как колонку), он включает схему передачи и выключает схему усиления принятого, а при приёмке сигнала всё наоборот.
Так кстати можно ещё передавать не просто сигнал, а какой-то код, чтобы не спутать свой сигнал с другим, правда здесь возникает ряд других проблемм, но всё же.
А на счет вместе помаяться над этим вопросом - я толька ЗА.




Спасибо ещё раз всем за ответы, и Самоделкину за критику (неплохо бы и схему дал бы).

[High Voltage]

Столкнулся со следующий проблемой, есть 24В, есть 400 КГц на 12В, проблема в том, как усилить эти 12В 400 КГц до 24В 400 КГц, просто так транзистором не выйдет, т.к. эти два напряжения гальванически не развязаны и не имеют общей земли. Оптопара не катит, слишком медленно, ну или подскажите быструю, но не очень дорогую, как решить проблему лучше?
1-й вариант, из того что я знаю это оптопара, но у меня 4N35, она медленная, посморел фронт и спад на осциле, по 2.5 мкс каждый.
2-й вариант, делать генератор на 400 КГц от 24 вольт через кренку или стабилитрон, но думаю тоже не очень здорого.
3-й вариант, только что в голову пришёл, подрубить "+" выход 24В к "+" 12В, или же "-" 24В к "-" 12В.



Всем привет ;-)

Схему кстати прикрепил к сообщению.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[veter]

у меня схема примерно такова (это первый рабочий вариант, сейчас частоту 400 кГц с контроллера выдаю)

Эскизы прикрепленных изображений

 

[veter]

Higt Voltage
не пробовал генератор на 24 вольтах собрать и запускать его оптопарой?

[High Voltage]

Я теперь так и хочу. Генератор запускаю от 24 В, точнее от от 24В/2 (составной конденсатор), и через транзистор усилить до 24В. А включать да, я так и планировал- оптопарой(коммутировать).
Я бы зделал на контроллере генератор, так на много проще, без всякого гемора, проблема в том что выходы у него не держат такую частоту, на выходах портов стоят полевики, а они медленные, пока зарядятся пока разрядятся поразитные ёмкости, год пройдёт =) (условно) =))). 400 КГц не тянет контроллер.
Я пробовал на ATmega8515 и на ATtiny23, Вот думаю что на AT89 прокатит, но проблема в том что у меня нет не программатора, не разработческой среды, и я не читал вообще про них ничего =) Зато работал с i8051 в курсовике.

А ты на каком контроллере работаешь?

[kons]

Немого вклинюсь.
1. 400 кГц для выхода AVR - не проблема, там ключ комплементарный. Да и для выхода 51 - тоже не проблема, просто подтянуть его надо через 3.3 кОм на +5В, ну и чтобы емкость нагрузки была разумной (до 50-100 пФ).
2. Коммутация в эхолотах часто делается через последовательный LC-контур, точка соедениния L и C которого сажается на землю через встречно-параллельные диоды. На большом сигнале диоды открыты, и входное сопротивление коммутатора = 2*pi*f*L, т.е. велико. На малом - закрыты, и через контур, настроенный на частоту сигнала, сигнал почти без затухания попадает на вход приемника.

[High Voltage]

О спасибо огромное ;-) Попробую на AVR обязательно ))))

[veter]

даже если у тебя частота кварца 4 МГц, с помощью ШИМа задашь 400кГц без проблемм, темболее у этого датчика допустимый разброс частот на входе позволяет немного поиграть и подобрать оптимальную.

[High Voltage]

Вопрос не в том что контроллер не успевает, вопрос в том что порты не успевают набрать нужное напряжение, когда идёт колебания на 400 КГц со скважностью 1, на осциле только и наблюдаешь пилу амплитудой 0.7В.


Собрал и 24В и генератор на нём, только теперь аж 24В падают до 5В. ТОки не рассчитал =))) Какой ток примерно надо подавать на умножитель, если с него надо брать в районе наверное 100 мА? Вот в чем загадка )))
Будем пробовать.

[veter]

дык, а выход контроллера небось к транзистору биполярному подключен?

[High Voltage]

Выход контроллера к осцилографу подключеен. И прекрасно видны заряд и разряд ёмкости)))

[veter]

дело в том что на осцилографе есть входная ёмкость, иногда щупы делают с RC цепочкой. Я выход контроллера к моп- транзистору подключал, через него генерил, было всё в порядке.

[High Voltage]

Ах да точно, я и забыл. Я мерил просто эти 400 КГц довольно давно. А с кварцованным генератором была труба то что на осцилографе у него была амплитуда 0.5В. После того как посмотрел всё на нормальном осцилографе, всё разрешилось, значит ATmega8515 400КГц на выходе порта потянет без вопросов?

[delta1968]

На одном из буржуйских сайтов была такая схема, как раз на переключении входа и выхода, микроконтроллер PIC. Только там частота 40 кГц.
Я не могу понять зачем вы увеличиваете напряжение на излучателе? Для измерения на большем расстоянии надо использовать другие излучатели, Обрати внимание на даташит Мюраты, насколько я пониамю и где-то читал верхний порог указывает максимально возможное напряжение, при превышении которго в кристале начинаются необратимые последствия.
Обратите внимание в приложенной схеме питане всего 5 Вольт.
А диапозон от 0,5 м до 2,5 метра. Максимальное и минимальное расстояние работы ультразвукового излучателя зависят от частоты и среды распространения волн и самой конструкции излучателя. Самое главное для правильной работы излучателя не амплитуда, а обязательно изменение полярности на обкладках пьезоизлучателей. Поэтому там в схемах эхолота и стоит трансформатор, а также конденсаторы. Поэтому я и предлагаю применить MOSFET драйвер.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[High Voltage]

Я хотел повысить потому-что не знал как усилить, впрочем и щас не знаю как, точнее чем. А повышать напряжение мне уже расхотелось. Нет, мне мерить максимумм сантиметров 30, датчик то точный очень.
что лучше поставить на вхоже то? Поконкретнее про MOSFET пожалуйсто;-) А на счет изменения полярности на обкладках пъезоизлучателя, в даташите MURATA четко указано где у излучетеля "-" контакт, для чего тогда это? А на излучателе есть соотв-ая маркирова этой ноги, и она короче )

[delta1968]

Насчет отметки + действительно так, но это как на динамиках, скорее всего для точной фазировки. А на вход надо ставить операционник, просто чтобы подходил по параметрам, быстродействующий. На ОУ добиваются повторяемых результатов, меньше наладки.

[High Voltage]

Т.е могу не парится и подавать на ноги излучателя попеременно + и -?

А вот на счет операционника ПОЖАЛУЙСТО поподробнее, я с ними не работал никогда. Какой лучше взять и как включить. У меня вот есть MCP601 я зделал отриц обратную связь, вставил туда 100КОм а входной резистор 1КОм, понимаю что наверное оч маленькие резисторы, больше не имею)) положит вход на земле.
Какой лучше операционник взять чтобы по частоте проходил и усиливал круто? Спасибо заранее=)

[delta1968]

Справочники посмотри, в инете полазь у меня просто под рукой нет готового решения.

[High Voltage]

Будем искать =)
Loading ...

[High Voltage]

Если вернутся к микроконтроллерам, к порту м/к биполярник собираюсь подключать, что не прокатит?
К генератору 400КГц подрубал 3102 и 3117, нормально всё, усиливается до 12, потом ещё каскад усиление по току нае эмиттерном повторителе.
Если не биполярник, то что?

[High Voltage]

На счет входного сигнала с датчика я наверное обшибся. Он будет наверное порядка 1мВ, а то и меньше. Транзисторами лучше не усиливать? Или если операционник, посоветуйте пжлст какой (400КГц). Усиливать в 1-н каскад или несколько?

[Adviser]

На 40-килогерцовых делается обычно в два каскада, с усилением 100 на первом и 10 на втором. И резисторы побольше - 1М и 10 К на первом каскаде.

[High Voltage]

А какой операционник лучше использовать то? Сморел AD, они все стоят за 2$, перебор помоему, они вроде и крутые правда. У меня есть MCP601, потянет он или нет 400 КГц?

[veter]

коэффициент усиления должен быть огого!!! я делал два каскада по 500 ( и по моему маловато ), для такого усиления частота работы ОУ при единичном КУ должна быть не менее 200МГц. обрати внимание на дрейф. мне кажется дешевле 2 баксов такого ОУ не найдешь.

[High Voltage]

200МГц, я крутые не видел больше 3.6 МГц, они были по 3.6$, больше частоту я на свете у ОУ не видел )

[High Voltage]

Усилил я входящий сигнал, если кому то ещё интересно, на 2-х транзисторах по схеме с общим эммитером (npn). Ща подключаю м/к чтобы 1-н датчик был и расстояние мерил

[veter]

интересно, как в этой схеме с транзисторами шумамы себя ведут, и какой коэффициент усиления?

[High Voltage]

там стоят 2 транзистора КТ3102ВМ, на выходе 2-го каскада получается перегруженный сигнал, что мне и надо. А коэффициент усиления, не помню какой у них, помоему от 200 до 500, я не мерил у этих 2-х транзисторов, значит примерно 90 000, что-то много =))

[High Voltage]

Как правильно зделать выход на усилитель, а то сигнал глушиться?

[Владислав]

Ты бы сделал для начала отдельно приемник и ипередатчик, когда у тебя с ними все хорошо получится можно попытаться объединить, но при этом уменьшится минимальное рабочее расстояние, т.к. после раскачки передатчик будет какое-то время "дребезжать" и на фоне дребезга трудно различить полезный сигнал.
Раскачивать излучатель лучше выбросом от индуктивности, как в повышающих DC/DC преобразователях.

У усилителей есть параметр - полоса усиления (GBW), подели её на 400 кГц, получишь КУ с разомкнутой ООС. Для устойчивой работы ООС должна обязательно присутствовать, а ещё лучше сделать полосовой фильтр на том же усилителе, чтобы не усиливать фон от сети (50 Гц) и другой "мусор". От этого ещё упадет КУ каскада. Можно усиливать всё подряд, а фильтр реализовать на каком-нибудь DSP - это наверное наилучший вариант для 400 кГц.

Вот хороший ,но дорогой усилитель LM6142.

[NAP]

High Voltage
Конечный результат достигнут? Есть какие-нибудь успехи?

[Cанек]

Всем доброго времени суток!
Прошу прощения что перебиваю .
У меня есть вопрос и он почти по теме:
Я занимаюсь созданием ультразвукового анемометра(измерение скорости потока). Принцип измерения основан на разности скоростей звука в направлении потока и в обратном. Всю работу по измерению разности будет осуществлять МК семейства PIC18 имеющий модуль CCP с функцией захвата разрешением 6,25нс. Сейчас стоит проблема по выбору самого УЗ излучателя. Пока самый лучший вариант здесь http://www.aha.ru/~elpa/piezoceramic/air_ambience/mup.html# он имеет подходящую конструкцию пылевлагозащищенность и специально предназначен для измерительных систем. Только вот его найти ни я не смог. Подскажите пожалуйста другие аналогичные излучатели которые более доступны.

[NAP]

Возбуждаю УЗ датчик с помощью инверторов:



Насколько я понял, на датчике должен быть размах в 2 напряжения питания, т.е. 18В. Однако смоделировал в Microcap 8, а размах оказался всего 6В.
В чем проблема? Что я сделал не так?

А вот кусок схемы:



Сообщение отредактировал NAP - Feb 10 2006, 20:36

[High Voltage]

Инверторы же питание имеют 5В!
Я делал вообще через транзисторы. У меня вроде получилось, и отраженный сигнал я ловил, но по обстоятельствам я забросил этот проект, когда вернусь к нему - не знаю, но достаточно скоро. Если есть надобность в моей схеме, я могу её срисовать. Макетка где-то лежит рабочая.

[One]

"...Насколько я понял, на датчике должен быть размах в 2 напряжения питания, т.е. 18В. Однако смоделировал в Microcap 8, а размах оказался всего 6В...."

если убрать разделительный конденсатор на выходе(он не нужен, так как пьезоэлмент - сам по себе конденсатор)и измерять размах сигнала возбуждения на обкладках пьезоизлучателя (например, оссциллографом)- то его амплитуда как раз и будет равна удвоенному напряжению питания ....
а относительно земли - не выше Vcc ...

Такие схемы возбуждения маломощных УЗ-излучателей на пьезоккерамике (диапазона до нескольких Mhz) я неоднократно применял в своей практике еще ... лет назад,
теперь же, имея богатую палитру драйверов в интегральном исполнении,можно легко построить аналогичную схему и для довольно мощных УЗ-излучателей

[NAP]

Инверторы же питание имеют 5В!

Тогда размах должен быть 10В?! А у меня 6!
В схеме (измеритель расстояния на ультразвуке) инверторы почему-то питаются от 9В.

Я делал вообще через транзисторы. У меня вроде получилось, и отраженный сигнал я ловил, но по обстоятельствам я забросил этот проект, когда вернусь к нему - не знаю, но достаточно скоро. Если есть надобность в моей схеме, я могу её срисовать. Макетка где-то лежит рабочая.

High Voltage, если нетрудно, поделись схемкой. А ты что за аппарат делал?

Такие схемы возбуждения маломощных УЗ-излучателей на пьезоккерамике (диапазона до нескольких Mhz) я неоднократно применял в своей практике еще ... лет назад,
теперь же, имея богатую палитру драйверов в интегральном исполнении,можно легко построить аналогичную схему и для довольно мощных УЗ-излучателей

А примеры драйверов можно? И какого порядка цены на них? В чем их преимущество?

[One]

ну вот этот малютка (8-Pin SOIC), например:

The Si9987 is an integrated, buffered H-bridge with TTL
compatible inputs and the capability of delivering a continuous 1.0 A @ VDD = 5.0 V
мостовая сэема из 4-х драйверов ...

и вообще, поиск даст вам множество подобных, все зависит от ваших целей и задач...

а преимущества ...
это надо долго перечислять