Усилитель сигнала с пьезокерамики Опции

[Alex_Golubev]

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

 

[Myron]

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

 Signal_Conditioning_Piezoelectric_Sensors.pdf ( 58.87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 67
 Signal_conditioning_for_piezoelectric_sensors.pdf ( 810.09 килобайт ) Кол-во скачиваний: 62
 Piezoelectric_transducer.pdf ( 1.6 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 65

 

[Alex_Golubev]

Хочу еще узнать схему передатчика ультразвукового сигнала? Желательно на транзисторах. Как правильно возбуждать пьезокерамику ?

[Владимир]

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.

[Alex_Golubev]

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.

[ARN]

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

[Alex_Golubev]

..подать на керамику сигнал в противофазе излученному

Можете показать график?

[ARN]

Можете показать график?

например: http://www.akin.ru/comm/techn8.htm

[Alex_Golubev]

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.

[ARN]

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

 Sample_Metrology.pdf ( 332.21 килобайт ) Кол-во скачиваний: 81

 

[Alex_Golubev]

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.

[Plain]

Измеряйте несколько периодов, а после отсеивайте статистически.

[HardEgor]

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.

[Alex_Golubev]

что у вас не демпфированы приемник и излучатель

как можно сделать демпфер?

[HardEgor]

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.

[Guest_TSerg_*]

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.

[Alex_Golubev]

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?

[fantex]

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

[alexkusia]

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

[AlexeyW]

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.

[Plain]

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.

[HardEgor]

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.

[alexkusia]

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

[Alex_Golubev]

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.

[HardEgor]

А вы думаете что tdc1000 идеальна?

Кто мешает поставить на TX усилитель?
А для изменения усиление RX там есть PGA.

[Rst7]

По бытовому - резиноподобный материал с одной стороны.

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

Просто пластилин.

[Guest_TSerg_*]

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

Сэр! Даже лондонская жвачка, сплюнутая афро-британцем около БигБена, подойдет

[Alex_Golubev]

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

[HardEgor]

Но как правильно рассчитать геометрический размер пластины я так и не понял. Длина волны деленная на четыре и определяет толщину согласующего слоя?

Да.

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.

Какая должна быть длительность видио импульса возбуждающего пьезокерамику в импульсном режиме? Равная половине периода?

В идеале - четверть периода.

[Alex_Golubev]

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.

[HardEgor]

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.

[Alex_Golubev]

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

[HardEgor]

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?