|
Усилитель сигнала с пьезокерамики |
|
|
|
Mar 18 2017, 11:14
|
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
|
|
|
|
3 страниц
1 2 3 >
|
 |
Ответов
(1 - 32)
|
Mar 18 2017, 14:06
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 06:57
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 07:59
|
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
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 10:15
|
Местный
  
Группа: Участник
Сообщений: 280
Регистрация: 18-03-17
Пользователь №: 95 877

|
Цитата ..подать на керамику сигнал в противофазе излученному Можете показать график?
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 10:56
|
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
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 12:10
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 12:18
|
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
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 15:01
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 19 2017, 15:29
|
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?
|
|
|
|
Guest_TSerg_*
|
Mar 19 2017, 21:20
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 20 2017, 05:09
|
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.
Webster10PhD.pdf ( 3.64 мегабайт )
Кол-во скачиваний: 122
|
|
|
|
|
Mar 20 2017, 06:37
|
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
|
|
|
|
|
Mar 20 2017, 21:35
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 21 2017, 06:14
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 21 2017, 06:24
|
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
|
|
|
|
|
Mar 21 2017, 06:27
|
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.
|
|
|
|
Guest_TSerg_*
|
Mar 21 2017, 17:57
|
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
|
|
|
|
|
Mar 26 2017, 15:07
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 26 2017, 15:46
|
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.
|
|
|
|
|
Mar 27 2017, 02:08
|
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
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|