Typischer Messaufbau für SECO-Ultraschallwandler

Prüfschaltung

Zur Vermessung unserer Ultraschallwandler verwenden wir SECO-intern eine bewährte Prüfschaltung. Diese bildet die Grundlage für die technischen Daten unserer Produkt-Datenblätter. Für eine erste Inbetriebnahme unserer Produkte kann diese Schaltung nachgebildet werden. Selbstverständlich lassen sich unsere Ultraschallwandler auch mit verschiedensten kundenspezifischen Prüfschaltungen betreiben.

Für Tipps und Tricks kontaktieren Sie unsere Ultraschall-Experten! Wir freuen uns darauf, von Ihnen zu hören.

Messaufbau & Prüfschaltung

Impuls-Echo-Betrieb

Die elektroakustischen Parameter unserer Datenblätter ermitteln wir mit unserer bewährten SECO-Prüfschaltung. Diese vermisst den Wandler im Impuls-Echo-Betrieb gegen einen Reflektor. Hieraus ergeben sich die technischen Daten und elektroakustischen Eigenschaften, die Sie für jeden unserer Wandler im jeweiligen Datenblatt nachlesen können.

Für weitere Infos zur Prüfschaltung, der ersten Inbetriebnahme Ihres Wandlers oder nötigen kundenspezifischen Anpassungen kontaktieren Sie uns gerne. Wir freuen uns darauf, von Ihnen zu hören!

Kunden verwenden den Impuls-Echo-Betrieb typischerweise für Messaufgaben der Anwesenheitskontrolle, Abstandsmessung oder Füllstandsmessung. Den alternativ möglichen Sender-Empfänger-Betrieb finden Sie hier.

Elektronisches Zubehör unserer SECO-Prüfschaltung

Ansteuerelektronik/ DAC

  • Anregung des Ultraschallwandlers
  • Erzeugung von Puls- und Sinus-Burst-Signal
  • Frequenzsteuerung

Antiparallele Dioden

  • z.B. BAV20
  • Glättung des Signals
  • Schutz elektronischer Bauteile vor Spannungsspitzen

Reflektor in definiertem Abstand

  • nur im Impuls-Echo-Betrieb
  • mind. 100×100 mm, plane Oberfläche
  • Längsachse senkrecht zum Wandler

Verstärker

  • falls ADC keine Verstärkereinheit hat
  • vor allem bei hochfrequenten Wandlern
  • Erhöhung Signal-Rausch-Verhältnis
  • Bandpass zur Unterdrückung hoher Frequenzen

Oszilloskop / ADC

  • Auswertung des Empfangssignals
  • Signalvisualisierung hinsichtlich Signalform
  • Amplitude und Frequenz in Echtzeit, Frequenzanalyse

BNC Verbindungskabel

  • bessere Signalqualität, Verbindungsstabilität
  • maximale Störungsfreiheit
  • minimierte Signalverzerrung vor allem bei hohen Frequenzen

Wandlerspezifische Einstellungen der Prüfschaltung

Grundsätzlich unterscheiden wir drei Wandlertypen, die wir in ihrer elektroakustischen Funktionsweise und ihrem Aufbau auf ihre verschiedenen Stärken optimiert haben. Die spezifischen Einstellung der Prüfschaltung für jeden Wandlertyp finden Sie in den nachfolgenden Tabellen.

Produktgruppe SC007 SC010 SC021 SC029 SC031 SC042 SC049 SC508 SC517 SC520 SC524
Anregungsspannung am Wandler [Vpp] 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Anregungsart Sinus Sinus Sinus Sinus Sinus Sinus Sinus Sinus Sinus Sinus Sinus
Burst-Zyklen 40 40 12 12 12 12 12 40 12 12 12
Abstand Wandler-Reflektor [mm] 460 288 100 60 60 60 60 432 100 100 100
Datenblatt DB007 DB010 DB021 DB029 DB031 DB042 DB049 DB508 DB517 DB520 DB524

Größe des Reflektors mind. 100 x 100 mm, Längsachse des Wandlers senkrecht zum Reflektor

Elektroaktustische Parameter der Wandler

Gemessen mit unserer SECO-spezifischen Prüfschaltung ergeben sich für unsere Ultraschallwandler folgende elektroakustischen Parameter:

Produktgruppe SC007 SC010 SC021 SC029 SC031 SC042 SC049 SC508 SC517 SC520 SC524
Echospannung (unverstärkt) [mVpp] > 5 > 4 > 10 > 3,3 > 8,2 > 6,4 > 0,6 > 6 > 12 > 11,2 > 10
typ. Echospannung (unverstärkt) [mVpp] 6…11 5…11 ~ 13 ~ 4,5 ~ 11 ~ 8,5 ~ 0,8 7…12 ~ 16 ~ 15 ~ 13
Ausschwingspannung [mVpp] 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Ausschwingzeit @ Ausschwingspannung [µs] < 1500 < 1000 < 350 < 150 < 175 < 140 < 80 < 1600 < 330 < 290 < 270
Datenblatt DB007 DB010 DB021 DB029 DB031 DB042 DB049 DB508 DB517 DB520 DB524

Randbedingungen zur Messung der elektroakustischen Parameter:

Elektronische Einstellungen

Anregungsart, Burst-Zyklen, Abstand siehe „Wandlerspezifische Einstellungen der Prüfschaltung“ [Ankerlink einfügen]

Umgebungsbedingungen

Größe des Reflektors mindestens 100 x 100 mm, Längsachse des Wandlers senkrecht zum Reflektor

Reflektor

Messung in Medium Luft bei Raumtemperatur und einer relativen Luftfeuchte < 25 %

Sie haben Fragen oder benötigen weitere Tipps & Tricks?

Kundennähe und ein intensiver Gedankenaustausch stehen für uns an erster Stelle. Gerne sprechen wir mit Ihnen über weitere Details zu unseren Ultraschallwandlern oder beraten zur ersten Inbetriebnahme.

Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.

eugen.gergert@seco-sensor.de +49 (0)9561 869-147
Ihr Ansprechpartner Geschäftsführer Eugen Gergert von SECO Sensor

Eugen Gergert

Geschäftsführer

Schematischer Signalverlauf

Typisches Echosignal eines Ultraschallwandlers nach Sinus-Anregung:

Details zu Signalverlauf:

  • UA = Ausschwingspannung
  • UE = Echospannung
  • bc = Anzahl Burst-Zyklen
  • rc = Anzahl Echo-Ausschwingzyklen (UE auf 1/2 UE)

Typische Richtcharakteristik

Richtverhalten und Öffnungswinkel unserer drei Wandlertypen

Richtscharfer Wandler

Richtscharfe Wandler zeichnen sich (dem Namen nach) durch eine sehr schmale Schallkeule und einen kleinen Öffnungswinkel aus.

Typisch sind hier Werte von ca. 7…11° (@ -3dB). Mit ihnen sind vergleichsweise große Reichweiten möglich, daher werden sie u.a. in der Abstandsmessung & Füllstandsmessung, verwendet.

Einfachwandler

Im Gegensatz dazu zeigen unsere Einfachwandler eine besonders breite Schallkeule und große Öffnungswinkel von typischerweise ca. 12…20° (@ -3dB).

Eine breite Schallkeule ermöglich exakte Messungen auch noch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten oder starken Verwehungen in der Windmessung.

Impulswandler

Der Öffnungswinkel unserer Impulswandler hängt aufgrund der breitbandigen Charakteristik dieses Wandlers von der Frequenz ab.

Im Richtdiagramm sind daher zwei weitere Frequenzen unter- und oberhalb der typischen 200 kHz Arbeitsfrequenz dargestellt.

Alternative Betriebsart: Sender-Empfänger-Betrieb

Kunden verwenden unsere Ultraschallwandler typischerweise im Sender-Empfänger-Betrieb für Messaufgaben wie Durchflussmessung, Doppelbogenkontrolle, Bahnkantensteuerung, Etikettenerkennung und Anwesenheitskontrolle. Das Ultraschallsignal bewegt sich zwischen zwei Wandlern (Sender und Empfänger) und wird anschließend ausgewertet. Die Laufstrecke ist hier entsprechend nur halb so groß wie im Impuls-Echo-Betrieb, bei dem ein einzelner Wandler gegen einen Reflektor schallt.

Hintergrundinformationen zur Prüfschaltung

Ultraschallwandler erzeugen und empfangen Schallwellen im Ultraschallbereich. Überprüft wird ihre Funktionsfähigkeit und Leistungsfähigkeit anhand einer Prüfschaltung. Diese umfasst mehrere Schlüsselkomponenten. Zunächst wird ein Funktionsgenerator oder ein Hochspannungsgenerator verwendet, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das den Ultraschallwandler antreibt. Dieses Signal wird dann durch einen Leistungsverstärker geleitet, um sicherzustellen, dass es stark genug ist, um den Wandler zu aktivieren.

Der Wandler selbst wandelt das elektrische Signal in mechanische Schwingungen um, die als Ultraschallwellen ausgesendet werden. Diese Wellen können dann von einem Empfänger, oft ein zweiter Wandler, erfasst werden. Der Empfänger wandelt die Ultraschallwellen zurück in ein elektrisches Signal.

Dieses Signal wird anschließend durch einen Vorverstärker verstärkt und an einen Oszilloskop oder Spektrumanalysator gesendet. Mit diesen Instrumenten kann der Benutzer die Frequenz, Amplitude und Form des empfangenen Signals analysieren. Durch den Vergleich der Ausgangs- und Eingangssignale kann die Leistung und Genauigkeit des Ultraschallwandlers bewertet werden. Diese Prüfschaltungen sind wesentlich, um sicherzustellen, dass Ultraschallwandler in medizinischen, industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen präzise und zuverlässig arbeiten.

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