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.

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

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.

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

Можете показать график?

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

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

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.

Измеряйте несколько периодов, а после отсеивайте статистически.

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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

По бытовому - резиноподобный материал с одной стороны.

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. Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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

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.

Потому что у автора отсутствует TDC1000, идущая в комплекте к TDC7200 — может бумажки читал невнимательно, но скорее всего начальство принудило сэкономить три рубля.

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.

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

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.

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

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

Просто пластилин.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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

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?

Да.


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.


В идеале - четверть периода.

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.

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.

Боюсь спросить, а как можно посмотреть.

tx видеоимпульс идет с контролера.

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?