реклама на сайте
подробности

 
 
> Усилитель сигнала с пьезокерамики
Alex_Golubev
сообщение Mar 18 2017, 11:14
Сообщение #1


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Здравствуйте.
Подскажите какую схему нужно использовать для приемника ультразвукового сигнала. И как правильно согласовать усилитель ультразвукового сигнала с пьезокерамикой ? Или как получить ультразвуковой сигнал с явно выраженной первой полуволной?


Эскизы прикрепленных изображений
Прикрепленное изображение
 
Go to the top of the page
 
+Quote Post
3 страниц V   1 2 3 >  
Start new topic
Ответов (1 - 32)
Myron
сообщение Mar 18 2017, 14:06
Сообщение #2


Профессионал
*****

Группа: Свой
Сообщений: 1 849
Регистрация: 6-02-05
Пользователь №: 2 451



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 18 2017, 05:14) *
Здравствуйте.
Подскажите какую схему нужно использовать для приемника ультразвукового сигнала. И как правильно согласовать усилитель ультразвукового сигнала с пьезокерамикой ? Или как получить ультразвуковой сигнал с явно выраженной первой полуволной?

Здесь этот вопрос поднимается часто. Пьезосенсор - это конденсатор. Вот исходя из этого и работайте. Пристегнул пару статей на эту тему. Материалов в интернете много.
Отрицательный выброс, как правило, появляется из-за недостаточно высокого входного сопротивления усилителя, ко входу которого подключен сенсор. Я симулировал в Спайсе для исследования, создавая нужный вид входного сигнала. Но у меня была эквивалентная схема сенсора от изготовителя.
Можно попробовать просто конденсатор в виде источника, если известна, хотя бы, емкость сенсора. При таком упрощенном моделировании можно исследовать только поведение (соотношения) без корректных уровней сигналов.
Прикрепленные файлы
Прикрепленный файл  Signal_Conditioning_Piezoelectric_Sensors.pdf ( 58.87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 67
Прикрепленный файл  Signal_conditioning_for_piezoelectric_sensors.pdf ( 810.09 килобайт ) Кол-во скачиваний: 62
Прикрепленный файл  Piezoelectric_transducer.pdf ( 1.6 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 65
 
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 19 2017, 06:23
Сообщение #3


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Хочу еще узнать схему передатчика ультразвукового сигнала? Желательно на транзисторах. Как правильно возбуждать пьезокерамику ?
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Владимир
сообщение Mar 19 2017, 06:50
Сообщение #4


Гуру
******

Группа: Модераторы
Сообщений: 11 653
Регистрация: 25-03-05
Из: Минск
Пользователь №: 3 671



1. Возбуждающий импульс, как правило большой амплитуды. При этом важно быстро "затушить" колебания
2. Как правило приемник и передатчик это один датчик. В режиме приема там небольшие сигналы. При малой базе нужно обеспечить чтобы приемный сигнал был виден на фоне затухающих колебаний от возбуждения, всяких "левых" проходов по металлу и т.п.
В общем это целая наука.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 19 2017, 06:57
Сообщение #5


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Цитата
Возбуждающий импульс, как правило большой амплитуды. При этом важно быстро "затушить" колебания
То что он должен быть большой амплитуды я знаю. Как "затушить" колебания? Можете дать схему и расчет параметров? У меня разные пьезокерамики приемник и передатчик.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
ARN
сообщение Mar 19 2017, 07:59
Сообщение #6


Участник
*

Группа: Участник
Сообщений: 16
Регистрация: 3-03-06
Пользователь №: 14 908



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 19 2017, 09:57) *
То что он должен быть большой амплитуды я знаю. Как "затушить" колебания? Можете дать схему и расчет параметров? У меня разные пьезокерамики приемник и передатчик.

..подать на керамику сигнал в противофазе излученному
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 19 2017, 10:15
Сообщение #7


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Цитата
..подать на керамику сигнал в противофазе излученному
Можете показать график?
Go to the top of the page
 
+Quote Post
ARN
сообщение Mar 19 2017, 10:56
Сообщение #8


Участник
*

Группа: Участник
Сообщений: 16
Регистрация: 3-03-06
Пользователь №: 14 908



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 19 2017, 13:15) *
Можете показать график?

например: http://www.akin.ru/comm/techn8.htm
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 19 2017, 12:10
Сообщение #9


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Может я не правильно донес свою проблему. В общем есть ультразвуковой расходомер. Метод измерения время импульсный. Отчет времени пролета от передатчика до приемника ведет микросхема tdc7200. Проблема заключается в методе приема сигнала с принимающей пьезокерамике (по простому нужно сформировать стоп сигнал). А именно если ставить компаратор и смотреть по уровню, то возникает ошибка (перескок с одного полупериода на другой) или скольжение по фронту сигнала (фронт то у нас 100 нс). Если смотреть переход через нуль то можно убрать ошибку скольжения уровня по фронту сигнала.
Одна проблема решена а как решить проблему перескока?
Или можно посмотреть проблему со стороны передатчика.

Go to the top of the page
 
+Quote Post
ARN
сообщение Mar 19 2017, 12:18
Сообщение #10


Участник
*

Группа: Участник
Сообщений: 16
Регистрация: 3-03-06
Пользователь №: 14 908



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 19 2017, 15:10) *
Может я не правильно донес свою проблему. В общем есть ультразвуковой расходомер. Метод измерения время импульсный. Отчет времени пролета от передатчика до приемника ведет микросхема tdc7200. Проблема заключается в методе приема сигнала с принимающей пьезокерамике (по простому нужно сформировать стоп сигнал). А именно если ставить компаратор и смотреть по уровню, то возникает ошибка (перескок с одного полупериода на другой) или скольжение по фронту сигнала (фронт то у нас 100 нс). Если смотреть переход через нуль то можно убрать ошибку скольжения уровня по фронту сигнала.
Одна проблема решена а как решить проблему перескока?
Или можно посмотреть проблему со стороны передатчика.


тут вроде решили
Прикрепленные файлы
Прикрепленный файл  Sample_Metrology.pdf ( 332.21 килобайт ) Кол-во скачиваний: 81
 
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 19 2017, 13:03
Сообщение #11


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



как найти нуль без использования сплайн функции я знаю. Проблема в том, что полуволны не стоят на месте, а постоянно болтаются по амплитуде и как следствие компаратор сработает то на первой полуволне то на второй. Тем самым внося ошибку в измерение.

Go to the top of the page
 
+Quote Post
Plain
сообщение Mar 19 2017, 13:38
Сообщение #12


Гуру
******

Группа: Участник
Сообщений: 6 776
Регистрация: 5-03-09
Из: Москва
Пользователь №: 45 710



Измеряйте несколько периодов, а после отсеивайте статистически.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
HardEgor
сообщение Mar 19 2017, 15:01
Сообщение #13


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 2 223
Регистрация: 3-03-06
Из: Tomsk
Пользователь №: 14 925



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 19 2017, 20:03) *
Проблема в том, что полуволны не стоят на месте, а постоянно болтаются по амплитуде и как следствие компаратор сработает то на первой полуволне то на второй.

Очень просто - усилить до ограничения сверху первого периода, тогда точно будете привязываться к нему.
Проблемой будут шумы и прием всяческих переотражений в воде и трубе.
Почему не используете микросхемы http://acam.de ?

Кстати, по сигналу видно, что у вас не демпфированы приемник и излучатель, а так бы получили апериодическую огибающую, на которой более выражен первые периоды.
Прикладываю картинку с апериодической огибающей и усиленной до ограничения.
Прикрепленное изображение
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 19 2017, 15:29
Сообщение #14


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Цитата
что у вас не демпфированы приемник и излучатель
как можно сделать демпфер?
Go to the top of the page
 
+Quote Post
HardEgor
сообщение Mar 19 2017, 18:29
Сообщение #15


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 2 223
Регистрация: 3-03-06
Из: Tomsk
Пользователь №: 14 925



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 19 2017, 22:29) *
как можно сделать демпфер?

Раз вы не в курсе, то объяснять долго - в двух словах нашлепка на пьезокерамику с как можно более равным пьезокерамике волновым сопротивлением и максимальным затуханием ультразвука.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Guest_TSerg_*
сообщение Mar 19 2017, 21:20
Сообщение #16





Guests






Цитата(HardEgor @ Mar 19 2017, 21:29) *
Раз вы не в курсе, то объяснять долго - в двух словах нашлепка на пьезокерамику с как можно более равным пьезокерамике волновым сопротивлением и максимальным затуханием ультразвука.

По бытовому - резиноподобный материал с одной стороны. sm.gif
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 20 2017, 04:05
Сообщение #17


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Можно более подробнее? Как правильно выбрать материал? Какую нужно сделать толщину материала? С каким усилием придавить к пьезокерамике?
Я также знаю что нужен концентратор, но как рассчитать геометрические размеры и выбрать материал не знаю?
Go to the top of the page
 
+Quote Post
fantex
сообщение Mar 20 2017, 05:09
Сообщение #18


Участник
*

Группа: Свой
Сообщений: 54
Регистрация: 4-11-05
Пользователь №: 10 480



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 20 2017, 08:05) *
Можно более подробнее? Как правильно выбрать материал? Какую нужно сделать толщину материала? С каким усилием придавить к пьезокерамике?
Я также знаю что нужен концентратор, но как рассчитать геометрические размеры и выбрать материал не знаю?


Любой каприз за Ваши деньги. Прикрепленный файл  Webster10PhD.pdf ( 3.64 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 122
Go to the top of the page
 
+Quote Post
alexkusia
сообщение Mar 20 2017, 06:37
Сообщение #19


Участник
*

Группа: Участник
Сообщений: 27
Регистрация: 16-02-15
Из: С-Петербург
Пользователь №: 85 185



Определить время задержки достаточно точно можно с использованием корреляционного метода, найдя максимум корреляционной функции между прототипом (радиоимпульсом с параметрами излучаемого сигнала) и принятым сигналом. Или считать время задержки по целой группе зондирующих импульсов. В воде временная разница между сигналами по потоку и против потока мала (сотни пикосекунд), и ее поймать с приемлемой точностью не получается. Литературы по расходомерам очень много
Go to the top of the page
 
+Quote Post
AlexeyW
сообщение Mar 20 2017, 21:35
Сообщение #20


Знающий
****

Группа: Свой
Сообщений: 988
Регистрация: 3-11-10
Пользователь №: 60 636



Цитата(alexkusia @ Mar 20 2017, 10:37) *
В воде временная разница между сигналами по потоку и против потока мала (сотни пикосекунд)

Почему пикосекунд?

Корелляционный метод действительно используется, но скорее в дефектоскопии, где интересующие сигналы различаются на порядки. Но в данной задаче - не очень ясно, почему принимаемый сигнал должен сильно варьироваться по амплитуде. Я бы предположил разницу порядка отношения скорости потока с скорости звука.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Plain
сообщение Mar 20 2017, 23:10
Сообщение #21


Гуру
******

Группа: Участник
Сообщений: 6 776
Регистрация: 5-03-09
Из: Москва
Пользователь №: 45 710



Цитата(AlexeyW @ Mar 21 2017, 00:35) *
почему принимаемый сигнал должен сильно варьироваться по амплитуде

Потому что у автора отсутствует TDC1000, идущая в комплекте к TDC7200 — может бумажки читал невнимательно, но скорее всего начальство принудило сэкономить три рубля.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
HardEgor
сообщение Mar 21 2017, 06:14
Сообщение #22


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 2 223
Регистрация: 3-03-06
Из: Tomsk
Пользователь №: 14 925



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 20 2017, 11:05) *
Можно более подробнее? Как правильно выбрать материал? Какую нужно сделать толщину материала? С каким усилием придавить к пьезокерамике?
Я также знаю что нужен концентратор, но как рассчитать геометрические размеры и выбрать материал не знаю?

Концентратор не нужен, вы же не собираетесь кавитацию получать?
Расчет демпфера и согласующего слоя(протектора) достаточно сложная задача и просто так его не опишешь, в общем случае звучит как расчет электромеханической системы от излучателя до приемника, почитайте например Домаркас В. И., Кажис Р.-И. Ю. "Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи" 1974.
По-простому, можно использовать эпоксидку и порошок вольфрама, вот только сколько замешивать и какой должен быть объем, да и подойдет ли вообще - зависит от параметров вашего излучателя/приемника.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
alexkusia
сообщение Mar 21 2017, 06:24
Сообщение #23


Участник
*

Группа: Участник
Сообщений: 27
Регистрация: 16-02-15
Из: С-Петербург
Пользователь №: 85 185



Цитата(AlexeyW @ Mar 21 2017, 00:35) *
Почему пикосекунд?

Корелляционный метод действительно используется, но скорее в дефектоскопии, где интересующие сигналы различаются на порядки. Но в данной задаче - не очень ясно, почему принимаемый сигнал должен сильно варьироваться по амплитуде. Я бы предположил разницу порядка отношения скорости потока с скорости звука.

Раньше большей частью использовался многозондовый метод. сейчас с появлением DSP - большей частью корреляционный. А сигнал из трубы меняется как заблагорассудится, в протоке есть воздух, завихрения и все что хочешь. Просто знаю, поскольку 12 лет занимался ультразвуковыми расходомерами.
В расходомере 80% успеха - это хороший датчик и измерительный участок. В домашних условиях его не сделать. Более того, датчики подбираются в пары
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 21 2017, 06:27
Сообщение #24


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Цитата
Потому что у автора отсутствует TDC1000, идущая в комплекте к TDC7200 — может бумажки читал невнимательно, но скорее всего начальство принудило сэкономить три рубля.
А вы думаете что tdc1000 идеальна? Так я скажу нет, не идеальна. Как минимум из-за не возможности автоматической подстройки уровня напряжения на передатчике. Как следствие уровень напряжения на приемники( зависит от вязкости жидкости) постоянно изменяется и также компаратор прыгает по полуволнам. Если берем чистую воду то тогда да tdc1000 работает хорошо.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
HardEgor
сообщение Mar 21 2017, 13:36
Сообщение #25


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 2 223
Регистрация: 3-03-06
Из: Tomsk
Пользователь №: 14 925



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 21 2017, 13:27) *
А вы думаете что tdc1000 идеальна?

Кто мешает поставить на TX усилитель?
А для изменения усиление RX там есть PGA.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Rst7
сообщение Mar 21 2017, 14:37
Сообщение #26


Йа моск ;)
******

Группа: Модераторы
Сообщений: 4 345
Регистрация: 7-07-05
Из: Kharkiv-city
Пользователь №: 6 610



QUOTE (TSerg @ Mar 19 2017, 23:20) *
По бытовому - резиноподобный материал с одной стороны. sm.gif


"Если нельзя, но очень хочется - то можно" (с)

Просто пластилин.

Прикрепленное изображение

Прикрепленное изображение


--------------------
"Практика выше (теоретического) познания, ибо она имеет не только достоинство всеобщности, но и непосредственной действительности." - В.И. Ленин
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Guest_TSerg_*
сообщение Mar 21 2017, 17:57
Сообщение #27





Guests






Цитата(Rst7 @ Mar 21 2017, 17:37) *
"Если нельзя, но очень хочется - то можно" (с)
Просто пластилин.

Сэр! Даже лондонская жвачка, сплюнутая афро-британцем около БигБена, подойдет sm.gif
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 26 2017, 11:14
Сообщение #28


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Хочу спросить по поводу согласующего слоя (про демпфер пишут что можно поставить электромеханический). В "Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи" написано про линейность фчх, при четверть волновой пластине.
Но как правильно рассчитать геометрический размер пластины я так и не понял. Длина волны деленная на четыре и определяет толщину согласующего слоя?
У меня пьезокерамика частотой 5 МГц.
Как я понял, длина волны = скорость ультразвуковой волны в материале согласующего слоя/на частоту пьезокерамике/4 (l=v/n)/4. Берем к примеру латунь у нее две скорости продольная и радиальная, какую брать?
Какая должна быть длительность видио импульса возбуждающего пьезокерамику в импульсном режиме? Равная половине периода?

Сообщение отредактировал Alex_Golubev - Mar 26 2017, 11:20
Go to the top of the page
 
+Quote Post
HardEgor
сообщение Mar 26 2017, 15:07
Сообщение #29


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 2 223
Регистрация: 3-03-06
Из: Tomsk
Пользователь №: 14 925



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 26 2017, 18:14) *
Но как правильно рассчитать геометрический размер пластины я так и не понял. Длина волны деленная на четыре и определяет толщину согласующего слоя?

Да.

Цитата(Alex_Golubev @ Mar 26 2017, 18:14) *
У меня пьезокерамика частотой 5 МГц.
Как я понял, длина волны = скорость ультразвуковой волны в материале согласующего слоя/на частоту пьезокерамике/4 (l=v/n)/4. Берем к примеру латунь у нее две скорости продольная и радиальная, какую брать?

Частота, как я понимаю, расчетная? По толщине или радиусу?
Просто в любом цилиндре есть радиальные и толщинные колебания, результирующая частота на выходе будет зависеть от соотношения радиуса/толщины, плюс согласующая пластина со своими частотами будет влиять.

Цитата(Alex_Golubev @ Mar 26 2017, 18:14) *
Какая должна быть длительность видио импульса возбуждающего пьезокерамику в импульсном режиме? Равная половине периода?

В идеале - четверть периода.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 26 2017, 15:46
Сообщение #30


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Частота расчетная по толщине геометрические размеры диаметр 5мм толщина 0,4мм материал цтс-19.
Хочу еще уточнить g31 параметр определяет чувствительность керамике ? Как я понимаю чем он больше тем лучше?
Я сделал схему передатчика в виде полевого транзистора и резистора в цепи стока на 1 Ком. Напряжение на стоке 2 В. Получается у меня один фронт крутой примерно 10 нс другой пологий С керамике*1 КОм. Почитав книгу понял что данная схема не совсем удачна.

Go to the top of the page
 
+Quote Post
HardEgor
сообщение Mar 26 2017, 16:40
Сообщение #31


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 2 223
Регистрация: 3-03-06
Из: Tomsk
Пользователь №: 14 925



При таком соотношении, частота должна быть близка к радиальной.
Про схему не очень понятно, лучше нарисовать её. Обычно на излучатель разряжают конденсатор.
Чтобы увидеть правильную форму - надо смотреть ток пьезоизлучателя, напряжение неочень информативно, но да, слишком пологий фронт.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Alex_Golubev
сообщение Mar 27 2017, 02:08
Сообщение #32


Местный
***

Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877



Цитата
Чтобы увидеть правильную форму - надо смотреть ток пьезоизлучателя, напряжение неочень информативно, но да, слишком пологий фронт.
Боюсь спросить, а как можно посмотреть.

tx видеоимпульс идет с контролера.


Сообщение отредактировал Alex_Golubev - Mar 27 2017, 02:47
Go to the top of the page
 
+Quote Post
HardEgor
сообщение Mar 27 2017, 03:57
Сообщение #33


Гуру
******

Группа: Свой
Сообщений: 2 223
Регистрация: 3-03-06
Из: Tomsk
Пользователь №: 14 925



Цитата(Alex_Golubev @ Mar 27 2017, 09:08) *
Боюсь спросить, а как можно посмотреть.

Поставить последовательно с излучателем резистор на 0,1 Ом(или на 0,01 Ом - выбрать чтобы падение было не слишком большое по сравнению с напряжением на излучателе, но и не забивалось шумами).
Что вам мешает, при таких напряжениях, подключить излучатель прямо к выходу драйвера MC34152?
Go to the top of the page
 
+Quote Post

3 страниц V   1 2 3 >
Reply to this topicStart new topic
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 


RSS Текстовая версия Сейчас: 26th July 2025 - 05:28
Рейтинг@Mail.ru


Страница сгенерированна за 0.01653 секунд с 7
ELECTRONIX ©2004-2016