Ультразвуковой термометр, Он же анемометр и указатель направления ветра Опции

[Altair]

Увидел на выставке вооружений и военной техники вот такой прибор: http://www.sibai.ru/content/view/151/271/

Ну, понятное дело, "под хвостом" сразу засвербило - тоже такое хочу. Собрал вот такую схемку для измерения времени прохождения звукового импульса через воздух:






Работает так - возбуждаю датчик положительным импульсом длительностью 60 мкс. На приеме усиливаю, детектирую, фильтрую.

На выходе дает вот такое:

Голубой канал - перед детектором, желтый - на входе контроллера.

Однако на выходе выяснилось, что фронты "плавают". Че делать? Есть подозрение что примененные датчики плохи - мягкие мембраны дают "мягкое". И коричневое. Заказал парктроник "на запчасти", но он приедет толтько через три недели. Есть ли какой то способ определять то же самое но с моими датчиками? (такие датчики применил потому что они были "под рукой")

[Altair]

Да, чуть не забыл. На приеме компаратором ловлю оба фронта приемного импульса , и положительный и отрицательный. Складываю эти времена, делю пополам и получаю середину - вот ее и использую как искомое время.

[Rst7]

Собрал вот такую схемку для измерения времени прохождения звукового импульса через воздух:

Ух как все сложно-то

Как-то состряпал вот такую вещь, правда, до ума не довел - http://community.livejournal.com/ru_radio_electr/575454.html

[Altair]

Ага, видел. Но это не пойдет. Задача стоит так - определить температуру без термометра. Во. Точнее без именно датчика который должен выдавать значение температуры своего корпуса, которая более или менее соответствует окружающей температре.

Доплер - замечательно, и ежели я не смогу победить ту задачу которую я поставил, я применю какой нить DS1820, а собственно флюгер будет на Доплере.

[Rst7]

Но это не пойдет. Задача стоит так - определить температуру без термометра.

А смысл? Вычислять температуру воздуха по скорости звука - это слишком, как мне кажется. Потому как она только в идеальных условиях зависит только от температуры. А давление, а влажность?

а собственно флюгер будет на Доплере.

Это не совсем Доплер в классическом понимании. Тут сдвиг фазы (задержка сигнала) без изменения частоты.

[Евгений Германов...]

Вы бы намекнули,что за датчик используете?Картинка очень странная.Её бы соотнести с вашим возбуждающим импульсом.Rst7 вообщето прав.И кроме давления и влажности есть ещё и ветер,а он ,совместно с давлением и влажностью,меняет плотность воздуха и,как следствие,скорость распространения ультразвука.Или звука Картинка появиласть только после отсылки текста.Схемка очень плоха.У вас вход опера по постоянке висит в воздухе.

[Altair]

2 Rst7

А как определялся сдвиг фаз в вашей конструкции?

2 Евгений Германович

Датчик - пьезоизлучатель, на фотке его видно. Мембрана пластиковая. Но он типа ультразвуковой.
Какая картинка странная?

Возбуждающий импульс - подаю 5В с контроллера. Импульс один, длительность 60 мкс. Такая длительность была выбрана по максимально "отдаче" излучателя. Видимо это частота собственного резонанса излучателя. Кстати на приемной стороне как раз и видно что заполнение "дыньки" как раз около 6 кГц.

Чем плохо висение в воздухе входа? Это может гадить на фронты? Как поправить схему? Подать пол питания с делителя через RCR-фильтр?
Кстати, может и выход надо нагрузить? Что то мне кажется что голый вход компаратора это плохая нагрузка.

Сильнее всего на скорость распространения влияет температура. Влажность и давление - очень незначительно. Формулы описывающие зависимости в литературе есть.

Сообщение отредактировал Altair - Aug 7 2009, 15:37

[Rst7]

А как определялся сдвиг фаз в вашей конструкции?

Напишу сразу, как должно быть (сейчас немного через (_*_), но принцип тот же). Да, и имейте в виду, там весьма сильно используются особенности периферии AVR.

0. Все датчики подключены на порт C. Первый на PC0/PC1, второй на PC2/PC3, третий на PC4/PC5.
1. Тактовая частота проца 10.24МГц.
2. Таймер 1 считает от 0 до 255 (используется режим CTC), итого частота переполнений 40кГц, равная резонансной частоте датчиков.
3. Программно синхронно с таймером дрыгаем ножками текущего передающего датчика, например, PC0/PC1. Т.е. делаем PC0=0,PC1=1 и через 128 тактов PC0=1,PC1=0 и через 128 тактов повторяем (опять же точно 40кГц, причем, синхронно с насчетом таймера).
4. Мультиплексор АЦП подключен к аналоговому компаратору, вторая ножка компаратора на земле.
5. Соответственно, одна из ножек текущего приемного датчика включена на ввод и через мультиплексор АЦП попадает на компаратор, вторая - включена на вывод и на земле.
6. Выход компаратора включен на Input Capture таймера (установкой бита ACSR_ACIC)
7. В коде, который дергает ножками, проверяется флаг наличия ICP, и если он установлен, то значение регистра ICR прибавляется к интегратору (с учетом возможной смены знака).
8. Все это дело крутится в цикле измерения для накопления. Я делал 1024 раза. При этом, предварительно выполняется 4000 холостых циклов (для того, чтобы полностью закончился переходный процесс в приемном и передающем датчике).

Тонкости заключаются в работе со знаком при накоплении. Т.к. изменение значения ICR из 0 в 255 - это на самом деле вычитание 1, а не прибавление 255. Именно для удобства выбрана тактовая 10.24 (но начиналось все с тактовой 10МГц и досчетом таймера до 250, вот там бубен некислый).

[Altair]

А ведь можно немного немного сдвигать фазу исходного сигнала и смотреть через какое время прошло изменение фазы на приемной стороне. И таким образом определять время прохождения сигнала от передатчика до приемника.
А гененрировать передаваемый сигнал таймером 0.

[Rst7]

А ведь можно немного немного сдвигать фазу исходного сигнала и смотреть через какое время прошло изменение фазы на приемной стороне.

Сомнительно. Время будет сильно зависеть от добротности датчиков и изменения резонансных частот, намного сильнее, чем от скорости звука.

Ну и вообще, это не мой метод - много лишней электроники появляется

Вообще в потоке воздуха температура самого DS'а уравнивается за пять-десять минут. Неужели не устраивает?

[Altair]

Вообще в потоке воздуха температура самого DS'а уравнивается за пять-десять минут. Неужели не устраивает?

На той выставке где я прибор увидел, я чуть чуть с передставителями фирмы пообщался. Мне флюгер давно интересен, потому что я не люблю одеваться жарко и не люблю мерзнуть, а ветер на улице очень влияет на то как одеться. И если температуру я посмотреть могу, то с актуальным ветром - полная глушь. До сих пор флюгер не сделал потому что в близкой доступности нет мех. обработки. Без нее нормальный флюгер не сделать. Можно конечно где то заказать, но это хлопотно, дорого и лениво. ВОт когда я увидел ультразвуковоую конструкцию - сразу же захотел, бо она "на коленке" вполне качественно может быть изготовлена.
Так вот. Эти самые представители очень акцентировали внимание на то, что их изделие измеряет именно температуру воздуха. Т.е. ему не страшны внешние и внутренние наводки, типа солнца и саморазогрева датчика. Поэтому захотелось все сразу в комплексе :-). Почему бы и нет, если в принципе достижимо?

[Tanya]

На той выставке где я прибор увидел, я чуть чуть с передставителями фирмы пообщался. Мне флюгер давно интересен, потому что я не люблю одеваться жарко и не люблю мерзнуть, а ветер на улице очень влияет на то как одеться. И если температуру я посмотреть могу, то с актуальным ветром - полная глушь. До сих пор флюгер не сделал потому что в близкой доступности нет мех. обработки. Без нее нормальный флюгер не сделать. Можно конечно где то заказать, но это хлопотно, дорого и лениво. ВОт когда я увидел ультразвуковоую конструкцию - сразу же захотел, бо она "на коленке" вполне качественно может быть изготовлена.

Тогда сделайте термоанемометр...
Две проволочки. Одна на ветру. Два полумоста. Один 2-канальный внешний АЦП.
Или двойной мост, 2 ОУ + АЦП контроллера.
Но, в любом случае, некоторая механическая работа для защиты от птичек потребуется.

[Altair]

А термоанемометром направление ветра измерить? :-))

Прелесть исследуемого метода в том что получаем все и сразу. Правда для этого придется придется попотеть мозгом. ;-)

[Tanya]

А термоанемометром направление ветра измерить? :-))

Прелесть исследуемого метода в том что получаем все и сразу. Правда для этого придется придется попотеть мозгом. ;-)

Чтобы правильно измерять направление, надобно жить в деревне и иметь мачту.... или мечту. Если имеется только последняя, то только мечтать.

[Евгений Германов...]

Оба каскада сделаны не хорошо.1Уберите конденсатоы.2Эта схема вам не подойдет совсем.Опера вкл по схеме инвертирующего усилителя.Номиналы не рассмотрел,однако подобное вкл не блещет высоким входным сопротивлением.Сигнал очень странный.Желательно посмотреть его вместе со входным.Но есть вероятность того,что лучше не будет.У излучателей дальномеров,глубиномеров иная конструкция.В радио она была описана.