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Topic: Öffnungswinkel eines Sensors (Read 282 times) previous topic - next topic

Andi_23

Hallo liebe Community,

ich bin neu hier im Forum und ein Arduino Newbie (habe aber C/C++
Erfahrung).


Hintergrund:
Im Rahmen einer Projektarbeit suche ich Ansätze,um Ultraschallsensoren
auf deren korrekte Funktionsweise zu prüfen.
Dabei geht es speziell um die im Fahrzeug verbauten Parksensoren. Diese
haben je nach Sensor verschiedene Detektionsbereiche (charakterisiert im
Datenblatt nach Distanz, vertikaler/horizontaler Öffnungswinkel).

Nun möchte ich die korrekte Einbauposition des Parkensors im eingebauten
Zustand überprüfen (es geht zunächst nur um die Frage, ob der Sensor
bspw. um 90° verdreht eingebaut wurde und somit Objekte nicht oder
"falsch" detektiert werden).




Testaufbau/Ansatz:
Als Demonstrator dient mir erstmal der JSN-SR40T 2.0 über das Arduino
UNO als quasi Parksensor.
Mein erster Ansatz wäre es, ein Mikrofon (bspw. TR40-16) mit
entsprechender Verstärkerschaltung auf einem Steckbrett (da habe ich
genug Informationen im Forum gefunden) aufzubauen und mit einem Oszi mir
die Spannungsimpulse anzuschauen.

Bei einer bestimmten Entfernung vom Sensor müsste ich dann je nach
Grad-Abweichung vom Schallzentrum eine Abschwächung des Signals
erkennen?
Dabei würde es mir reichen, eine Abschwächung des Spannungssignals bspw.
3dB/10° zu erkennen, also muss nicht genau sein, reicht zur Erkennung.

Somit wäre es doch prinzipiell möglich, wenn man aus dem Datenblatt den
Öffnungswinkel des Sensors kennt, zumindest einen Einbauversatz um 90°
zu erkennen? :smiley-confuse:



Meine Frage wäre nun, gibt es alternative Möglichkeiten den Schallkegel
eines Senders von außen zu erkennen und was haltet ihr von meinem
ersten Ansatz?

Vielen Dank im Voraus :)

LG
Andi

themanfrommoon

Moin, ich hätte jetzt gedacht, dass Utraschallsensoren einen rotationssymmetrischen Schallkegel erzeugen und das Mikrofon ebenfalls einen rotationssymmetrischen Schallkegel detektiert.
Das bedeutet, dass es völlig egal ist, in welchem Winkel der Sensor in eine Bohrung montiert wird?!?!

Lieben Gruß,
Chris

Rabenauge

Du kannst einfach nachgucken: diese Dinger sind rund, weil es eigentlich nichts anderes als kleine Lautsprecher sind (abgestimmt auf die höheren Frequenzen natürlich). Wie du den in der Mittelachse der Membran drehst, ist völlig egal.
Der Erfassungsbereich ergibt sich lediglich aus der Anordnung von Sender und Empfänger zueinander.
Hier spielt auch noch der Winkel zum Hindernis mit rein: sehr spitze Winkel reflektieren nichts zurück, werden also überhaupt nicht erkannt.
Das kann man nur verbessern, indem man mehrere Sensoren einsetzt (räumlich getrennt angeordnet).

Deshalb z.B. hat der bekannte HC-SR04 Sender und Empfänger getrennt: durch Anordnung der Kapseln nebeneinander funkrioniert er in der Breite besser als in der Höhe.
Dadurch wird die Keule abgeflacht. Bei Sensoren, die nur mit einer Kapsel arbeiten (die dann zugleich, bzw, abwechselnd Sender und Empfänger ist) ist die kreisrund.

Es spielt also absolut keine Rolle, ob die Sendekapsel in ihrer Längsrichtung verdreht wird.....
------------
Grüssle, Sly

themanfrommoon

Im Auto sind doch immer einzelne kreisrunde Sensoren verbaut. Nie welche die nebeneinander a geordnet sind wie die typischen Arduino Dinger?!?!

Rabenauge

Die gibts auch mit _einer_ Kapsel.
In Arduino-Kreisen werden nur meistens die HC-SR04 eingesetzt, die halt am billigsten sind (und nicht besonders gut, das nebenbei bemerkt).

Ausserdem kann man ja auch Sende-und Empfängerkapsel räumlich noch weiter trennen: optisch sind die nicht zu unterscheiden.
Ich gehe davon aus, dass das auch so gemacht wird, denn _ein_ Sensor alleine wird lausig arbeiten....
------------
Grüssle, Sly

Andi_23

Danke für die Antworten!

Stimmt, da hatte ich wohl einen Denkfehler, die Sensoren mit nur einer Kapsel haben einen kreisrunden Schallkegel.

Es sind ja auch meistens 4 Stück an der Stoßstange verbaut je nach Fahrzeugtyp.

Dann könnten diese Sensoren wahrscheinlich nur durch eine falsche Einbauposition (also bspw. leicht schräg und nicht planar zur Stoßstange eingebaut oder durch einen Unfall entstanden) im "falschen" Winkel aussenden, sodass Objekte nicht richtig detektiert werden können.



LG
Andi

combie

"Schall" ist eine  Longitudinale Welle.
Irgendeine Polarisation ist somit unmöglich.
Die Geber/Sensoren kannst also, in ihrem runden Loch, solange drehen wie du möchtest.


Im Gegensatz dazu: Transversalwelle
 
Der Pessimist sieht die Wolke vor der Sonne.
Der Optimist sieht die Sonne hinter der Wolke.

Mantra: Die Sonne scheint immer!

Andi_23

Also im Endeffekt läuft meine Arbeit grob formuliert darauf
hinaus, dass man bspw. aufgrund einer Störung des Parksensors in die
Werkstatt kommt und man nun erstmal von außen, ohne den Sensor
auszubauen dessen Funktion überprüfen kann und dabei keine
überdimensionierte Prüfstände aufbauen muss.

Natürlich prüfe ich erstmal, ob der Sensor überhaupt Ultraschallwellen
aussendet und dann wollte ich auf weiter Fehlerquellen  eingehen wie
eben hier erwähnt der Schallwinkel, der ja bspw. aufgrund eines Unfalls
durch leichte Schrägstellung des Sensors in die "falsche" Richtung
aussendet und somit Objekte nicht ordnungsgemäß detektiert.

Also es geht vielmehr, um die Frage: Funktioniert das Ding richtig oder
nicht? Ob jetzt Objekte auf denn mm genau detektiert werden können, ist
erstmal irrelevant. Zum Beispiel gehe ich erstmal mit nem Mikrofon a la
Batdetektor ran und höre, ob das Ding überhaupt etwas ausgibt.

Das stimmt, aber hierbei kann ich die korrekte Funktion ja nur
überprüfen, wenn ich Zugang zum eingebauten Sensor habe bzw. grob durch
akustisches Piepsen der Parkhilfe.



Meine Ansätze sind bisher folgende:

1) Ansätze für: Wird überhaupt etwas ausgesendet?

 -> Ultraschalldetektor, der mir 40 kHz in für uns hörbare Frequenz
wandelt  (Stichwort: Fledermausdetektor)

 -> Mikrofon-Array bzw. "Ultraschallkamera", das mir das bildlich
aufzeigt (Stichwort: Beamforming
Youtube-Video "[BATCAM]Ultrasonic camera"
 *Minute 1:28*)
 Ob man das Gerät nun kauft, oder sich etwas bastelt sei mal, um es zu vereinfachen dahingestellt, geht mir erstmal um die Theorie

2) Ansätze für: Analyse des Öffnungswinkels aufgrund sich verändernden
Signals
 -> Mikrofon mit Verstärkerschaltung und Spannungsimpulse auf
Oszilloskop analysieren (von PICO Technology:
https://www.picoauto.com/library/automotive-guided-tests/parking-sensors)

Ich hoffe, ich habe alles nicht zu ungenau und diffus erklärt, was mein
Vorhaben betrifft und dass das Thema nicht zu weit von den Zielinhalten des Forums gleitet.

Hat einer zufällig andere Ideen (am besten mit Arduino umsetzbar) oder Anmerkungen ?
Ich würde mich freuen :)



LG
Andi


Rabenauge

In welcher Form die US-Schreie ausgesendet werden, sagt, wie ich schon schrieb-nahezu _gar nix_ drüber aus, ob das Ganze richtig arbeitet.
Das Zusammenspiel zwischen Sendern und Empfängern formt erst den Erfassungsbreich!
Wenn ich ne Stosstange mit solchen Dingern bauen wollte, würde ich versuchen, möglichst viele überschneidene Bereiche zu erzeugen, und aus möglichst unterschiedlichen Winkeln.
Dadurch steigt die Erkennung deutlich.
Ein Mikrofon dahinter (auch ein Array) sagt eigentlich gar nix aus- sinnvollerweise müsste das Mikrofon genau da sitzen, wo der (oder die..)Empfänger hockt.

Wenn ich an einer Stosstange vier solche Sensoren sehe, gehe ich davon aus, dass die benachbarten sich jeweils überlappen- und zwar bis zur Hälfte (oder mehr). Dadurch wird jedes Hindernis von wenigstens zwei verschiedenen Winkeln erfasst- und erst dann funktioniert das auch halbwegs zuverlässig.
Wenn du da nun mit nem Mikrofon herumfuchtelst, wirst du nicht mal rausfinden können, wenn _einer_ der vier ausgefallen ist, weil du immer was "hörst".
------------
Grüssle, Sly

themanfrommoon

Quote
In welcher Form die US-Schreie ausgesendet werden, sagt, wie ich schon schrieb-nahezu _gar nix_ drüber aus, ob das Ganze richtig arbeitet.
Das Zusammenspiel zwischen Sendern und Empfängern formt erst den Erfassungsbreich!
Wenn ich ne Stosstange mit solchen Dingern bauen wollte, würde ich versuchen, möglichst viele überschneidene Bereiche zu erzeugen, und aus möglichst unterschiedlichen Winkeln.
Dadurch steigt die Erkennung deutlich.
Ein Mikrofon dahinter (auch ein Array) sagt eigentlich gar nix aus- sinnvollerweise müsste das Mikrofon genau da sitzen, wo der (oder die..)Empfänger hockt.

Wenn ich an einer Stosstange vier solche Sensoren sehe, gehe ich davon aus, dass die benachbarten sich jeweils überlappen- und zwar bis zur Hälfte (oder mehr). Dadurch wird jedes Hindernis von wenigstens zwei verschiedenen Winkeln erfasst- und erst dann funktioniert das auch halbwegs zuverlässig.
Wenn du da nun mit nem Mikrofon herumfuchtelst, wirst du nicht mal rausfinden können, wenn _einer_ der vier ausgefallen ist, weil du immer was "hörst".
Hast du dir das selber zusammengereimt?
Das hat doch mit der gängigen Praxis nix zu tun!
Ich sehe das völlig anders:
Parksensoren an den Stoßstangen und an der Seiten von Fahrzeugen arbeiten auf keinen Fall großartig überlappend. Klassisch gibt es vier Sensoren an der Stoßstange, die im Abstand von etwas 40cm angeordnet sind, und dabei Abstände bis unter 10cm Entfernung messen. Bei der Geometrie ist eine Überlagerung unmöglich, weil die Winkel dies niemals zulassen würden.
Daher kann es keine Überlagerung geben.
Genauso bei den Parksensoren an der Seite, da gibt's meistens nur einen.
Sender und Empfänger sind im gleichen Gehäuse und formen einen rotationssymmetrischen Erfassungskegel. Fertig.
Die Sensoren an meinem Auto an der hinteren Stoßstange sind nicht alle achsparallel angeordnet, sondern wirken senkrecht auf der Tangentialen der Fahrzeuggeometrie angeordnet. Da diese im äußeren Bereich stärker gekrümmt ist als in der Mitte wird hier auch ein Fahrzeuggeometrierelevanter Bereich abgedeckt. (Das macht übrigens eine Überlagerung auch noch mal schwieriger ;-)
Die Sensoren dürfen!!! sich gar nicht gegenseitig beeinflussen, sonst "wissen" sie nicht ob der empfangene Schall von sich selber oder einem anderen Sender stammt.

Und natürlich kann man mit einem Mikrofon Array Fehler feststellen, denn damit kann man messen, berechnen und darstellen wo und wie stark der Schall erzeugt wird.
Kann sein, dass durch einen Unfall die Achssymmetrie eines Sensors verändert wurde, der Sensor aber seinen Geist nicht völlig aufgegeben hat. (Das dürfte mit einer der fiesesten Fehler sein, weil er nicht offensichtlich zu finden ist....der Sensor geht ja ;-)
Man erkennt sofort, dass ein Sensor keinen Schall aussendet.
Und man kann messen, ob ein Sensor weniger Schall aussendet als die anderen.
Wenn man sich jetzt noch ein kleines Gestell baut, so dass das Mikrofonarray immer exakt im gleichen Abstand zum Sensor in der gleichen Lage angeordnet wird, dann kann man sogar vergleichbare Messwerte erzielen und so noch bessere Aussagen zur Diagnose der Sensoren treffen.

Meiner Meinung nach ist ein Mikrofonarray absolut die beste Lösung für so eine Problemstellung.

Rabenauge

#10
Apr 24, 2019, 01:44 pm Last Edit: Apr 24, 2019, 01:46 pm by Rabenauge
Nee-das glaub ich nicht.

Und du hast-teilweise-recht: ich hab noch nie ne echte Auto-Stosstange gebaut.
Aber schon etliche Hindernis-Erkennungs-Systeme mit Ultraschall- du kannst also davon ausgehen, dass ich durchaus weiss, wovon ich rede....

Dass solche Sensoren sich gegenseitig beeinflussen, ist klar-aber die Lösung bekommt jeder Programmieranfänger gebacken: man steuert sie einfach zeitlich versetzt an....
Da man die Laufzeit des Schalls ziemlich gut kennt, kann man das immernoch schnell genug erledigen (man kann alles, was länger dauert, schlichtweg ignorieren, da es ausserhalb des Erfassungsbreiches ist), damit es funktioniert.

Bei vernünftigen Lösungen (diese Autos kosten bisschen mehr) gibt man sich, im übrigen, nicht damit zufrieden, festzustellen "dahinten ist irgendwo was", sondern man stellt auch noch ziemlich gut fest, wo es denn ist.
Nur so kann man beispielsweise einigermassen sicher autonom einparken....
Ein einzelner Sensor ist grundsätzlich _gar nicht_ zu gebrauchen:
viel zu leicht lässt der sich überlisten.
Schall wird nämlich, genauso wie Licht, in dem Winkel reflektiert, in dem er auftrifft, also alles, was einen Winkel unter 45 Grad zum Sensor hat, wird überhaupt nicht erkannt (praktisch kann es durchaus sein, dass spitzere Winkel _noch_ funktionieren, aber enorm unzuverlässig).
Schon deshalb _muss_ man mehrere Sensoren benutzen- bei zweien, die nebeneinander angeordnet sind (mit mehr Abstand wird das noch besser), haben wir schon eine viel höhere Chance.

Wenn du Spass haben willst mit Ulraschall, dann schnapp dir mal zwei HC-SR04, nen Uno, eine Batterie und ein Display.
Damit baust du dir ein einfaches Sonar.
Und geh mal damit spazieren- dabei lernst du was!
 Du wirst dich wundern, was es für Tricks braucht, um alleine mit Ultraschall auch nur halbwegs draussen (in der Bude isses pillepalle, gerade Wände usw.) klar zu kommen.

Ich hab das genau so gemacht- insgesamt bestimmt wochenlang. Und festgestellt, dass es für _meine_ Zwecke weniger Aufwand ist, noch andere Sensorik dazu zu nehmen.
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Grüssle, Sly

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