Ricevitore ad ultrasuoni

International Italiano Hardware
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Salve a tutti,
spero di essere nella sezione giusta.

Sto lavorando ad un progetto il cui scopo è misurare l'intensità in db degli ultrasuoni emessi dalle scariche parziali(basso isolamento) su un conduttore esercito a 20kV in alternata alla frequenza di 50Hz .

Essendo già presenti in commercio dei sensori a ultrasuoni, ho subito pensato al celebre hc-sr04.

Il sensore, come molti di voi sapranno, è composto da un trasmettitore che spara una serie di impulsi a ultrasuoni a 40kHz, un circuito di controllo e un ricevitore che legge l'eco ottenuto dal rimbalzo dell'onda lanciata dal trigger su un oggetto posto dinanzi al sensore.

Il primo quesito che mi sono posto è:

Esiste un modo per attivare il sensore in sola ricezione (dato che la trasmissione degli ultrasuoni deve avvenire tramite le microscariche sul conduttore in basso isolamento)?

Il secondo quesito che mi sono posto, supponendo che il primo possa essere risolto, è questo:

Come faccio a conoscere la frequenza degli ultrasuoni che arrivano dalle scariche sul cavo? Non penso proprio che la frequenza sia la stessa di quella della tensione di alimentazione.

Leggendo il datasheet del sensore, non credo che questi possa coprire una vasta banda di frequenze nello spettro ultrasonoro. Il trig spara gli impulsi a 40kHz.

DATASHEET HC-SR04

Potete illuminarmi?

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"La misurazione a ultrasuoni si basa sull'emissione di onde sonore da parte della scarica parziale. La larghezza di banda in frequenza delle emissioni tende a concentrarsi attorno ai 40 kHz ma si estende alle frequenze udibili in caso di scariche estremamente pronunciate. Le scariche interne non emettono ultrasuoni. L'utilità del rilevamento a ultrasuoni si limita pertanto alla scarica superficiale e alla scarica a corona."

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Nonostante credo sia possibile mettersi solo in "ascolto" con un SR04 (in ogni caso, come ripeto sempre. meglio gli SRF05!), non credo che possa determinare la frequenza né l'ampiezza in quanto la sua uscita è triggerata (e penso filtrata attorno ai 40kHz) per cui hai solo una risposta ON-OFF, "suono rilevato" o "nessun suono rilevato".

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Aggiungo anche che avresti il responso solo sulla frequenza della capsula e poco altro (piu qualche armonica) ... mentre gli ultrasuoni, tecnicamente, si estendono parecchio di piu ... solo come esempio, il classico "ping" ultrasonico dei pipistrelli puo andare da circa 20KHz a quasi 150KHz, alcuni cetacei superano i 200KHz, per comunicazioni subacquee si usano telefoni che modulano una portante ad ultrasuoni da circa 500KHz, in medicina si usano apparati che possono arrivare addirittura a 20MHz (sempre ultrasonici, non radioonde) ...

A te che tipo di risposta potebbe servire, cioe' in che gamma ? ... poi devi solo rilevarli, o anche convertirli in una frequenza nella gamma audio ? (si puo fare, basta un convertitore di frequenza oppure un VCO)

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Innanzitutto, vi ringrazio dei commenti.

Per rispondere a Etemenanki, guardate cosa ho trovato in rete >> https://it.trotec.com/prodotti-e-servizi/strumenti-di-misurazione/ultrasuono/misuratori-a-ultrasuoni/sl3000/

Questa è una tipica pistola a ultrasuoni, un rilevatore utilizzato in ambito industriale per la rilevazione di perdite di gas in ambito pneumatico e scariche elettriche parziali in ambito elettrico.

Scendendo più in basso, nei dati tecnici, noto la scrittura:

Frequenza di ricezione circa 40 kHz

Suppongo, quindi, che anche questo sensore, così come l'SR04, abbia un filtro che lascia passare solo segnali a frequenza nei dintorni dei 40kH.

Domani, per sicurezza, mi leggo per bene anche il manuale dello strumento che sto utilizzando al momento a lavoro(sempre una pistola a ultrasuoni) e vi aggiorno sulla frequenza di ricezione.

Queste pistole a ultrasuoni, captano il segnale a 40kHz e poi ne calcolano l'intensità in dB.
Non so perché si è scelto di progettare il circuito di ricezione proprio a 40kHz.

Ho anche trovato questo progettino in rete >> https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/arduino-sound-level-measurement

E' praticamente un Misuratore di intensità sonora, il cui circuito contiene un filtro passa-alto.

A me servirebbe un progetto simile solo con un filtro che fa passare frequenze nei dintorni dei 40kHz.

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40KHz e' la frequenza piu comune delle varie capsule piezo ... ed in genere per uso non da laboratorio, possono andare bene ... anche se non sono di certo dei veri e propri microfoni ad ultrasuoni ... c'era ad esempio un microfono che si chiamava UltraMic 384K, che arrivava a 190KHz, un vero microfono, non una capsulina piezo (con ovvia differenza di prezzo :D) ... ma anche senza arrivare a quegli estremi, penso siano reperibili microfoni piezo per audio in grado di avere ancora una decente risposta fino a 50 o 60 KHz, e comunque migliori delle capsuline piezo ...

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docdoc:
Nonostante credo sia possibile mettersi solo in "ascolto" con un SR04 (in ogni caso, come ripeto sempre. meglio gli SRF05!), non credo che possa determinare la frequenza né l'ampiezza in quanto la sua uscita è triggerata (e penso filtrata attorno ai 40kHz) per cui hai solo una risposta ON-OFF, "suono rilevato" o "nessun suono rilevato".

Ciao ragazzi, ho forse trovato il modo di impostare un HCSR04 in solo ascolto, anche se un po' barbaro e poco elegante.

Un HCRS04, come ben sapete, ha 4 pint: Vcc, Gnd, Trg (per trasmettere), Echo (per ricevere).

Ho praticamente messo uno di fronte all'altro 2 HCSR04: chiamiamoli Ricevitore e Trasmettitore.

Ho fatto le seguenti prove:

PROVA 1

  • Ricevitore con connessi Vcc, Gnd e Echo
  • Trasmettitore con connessi Vcc, Gnd e Trg

Risultato: il Ricevitore non riceve

PROVA 2

  • Ricevitore con connessi Vcc, Gnd, Echo e Trg (con la capsula trasmittente coperta dal mio pollice).
  • Trasmettitore con connessi Vcc, Gnd e Trg

Risultato: il Ricevitore riceve.

Quindi, sono giunto alla conclusione che il Ricevitore funziona solo se ha tutti i pin collegati, compreso il Trg anche se quest'ultimo non viene praticamente utilizzato.
Il Trasmettitore, invece, riesce a trasmettere senza la necessità di collegare anche il pin Echo.

Ovviamente, nel codice non si deve più dividere la distanza per 2, dato che il segnale a ultrasuoni che arriva al Ricevitore non è più il "rimbalzo" del segnale stesso su una superficie (questo è il caso dove utilizziamo un unico HCSR04 sia come Ricevitore che come Trasmettitore) ma è il segnale puro proveniente dal Trasmettitore.

Tuttavia, ciò che a me serve non è misurare una distanza, ma misurare l'intensità dell'ultrasuono.
L'HCSR04 non è in grado di darmi questa info (anche se per calcolare una distanza, dovrebbe in qualche modo basarsi sull'intensità del segnale che riceve, legato forse proporzionalmente alla distanza). Probabilmente, l'alternativa sarebbe quella di utilizzare dei microfoni come suggerito da Etemenanki.

Non vi ho ancora aggiornati sui dati tecnici della pistola a ultrasuoni dato che al momento la sta utilizzando un altro collega.

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Il sensore di distanza ad ultrasuoni è pensato per calcolare distanze e i pin non sono in diretto contatto con le capsule.
Quando modifichi Trig il sensore emette un treno di impulsi dal trasmettitore e contemporaneamente cambia lo stato della linea Echo. Quando il il primo impulso del treno ritorna dopo aver rimbalzato contro l'ostacolo la linea echo torna daccapo allo stato precedente. Non usa l'intensità del segnale.
Trovi tutto qui compreso lo schema elettrico

Il tuo è un progetto simile a quello dei rivelatori per pipistrelli che usano le sole capsule ma non tutto il circuito, il batlistener, oppure usano altre capsule più grosse come l'ardubat. Di entrambi i progetti i circuiti sono pubblici.

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baldursgate:
Tuttavia, ciò che a me serve non è misurare una distanza, ma misurare l'intensità dell'ultrasuono.
L'HCSR04 non è in grado di darmi questa info

Ehm, beh, diciamo che te l'avevo già anticipato, mi auto-quoto: :wink:

non credo che possa determinare la frequenza né l'ampiezza in quanto la sua uscita è triggerata (e penso filtrata attorno ai 40kHz) per cui hai solo una risposta ON-OFF, "suono rilevato" o "nessun suono rilevato".

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Giusto come suggerimento, hai pensato alla possibilita' di costruirti un "bat detector" controllato da Arduino ? (questo per non finire fuori tema riguardo all'uso di arduino)

Mi spiego meglio, si prende un mixer a cella di Gilbert (va bene un qualsiasi NE602, NE612, SA602, SA612, o altri simili, forse anche i vecchi SA612 e simili) ... lo si usa come downconverter, mandando ad un'ingresso il rumore rilevato dalla capsula (e qui, date le loro dimensioni, probabilmente si possono usare anche capsuline microfoniche electret, tipo quelle dei cellulari, che hanno gia un fet interno per la prima preamplificazione, e si risparmia uno stadio), ed all'altro ingresso una frequenza piu alta, in modo da avere all'uscita la "differenza" fra i due segnali, che poi si potra' dare in pasto ad Arduino ... allo stesso modo, sempre con lo stesso Arduino, si puo generare la seconda frequezna da dare al mixer, cosi si potrebbe anche pilotarlo a scansione o per bande di frequenza diverse ...

Serve un minimo di lavoro extra con componenti esterni ad arduino, ma il risultato dovrebbe essere migliore che il solo leggere una capsula ad ultrasuoni, per quanto amplificata ... inoltre cosi si potrebbe anche effettuare una ricerca su piu bande, ed avere pure le indicazioni su un piccolo display (magari esagero, ma non si sa mai) ...

Un'altro sistema sarebbe quello di preamplificare il segnale, squadrarlo, e dividerlo per 8 o per 16 con un banale 4020 o un qualsiasi altro divisore a catena ... in questo modo si avrebbe una "compressione" di banda, con un segnale in banda audio in uscita, pero' non si potrebbe avere un'indicazione dell'intensita', che mi sembra sia quello che ti interessa di piu ...

EDIT: scusa zoomx, ho visto solo ora che suggerivi qualcosa di simile ...

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Ma di cosa ti scusi? Il tuo intervento è più approfondito del mio!

Qui
https://www.davidpilling.com/wiki/index.php/HCSR04
viene spiegato come usare ancora l'HCSR04 ma collegandosi con un filo alla parte analogica. Forse in questo modo è possibile estrarre informazioni sull'ampiezza.

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Allora,
ringrazio tutti delle risposte, siete meravigliosi.

Confermo che la pistola a ultrasuoni che utilizzo a lavoro ha un sensore che ha come frequenza centrale di rilevazione 40kHz (+ o - 1kHz di errore).

Il tuo è un progetto simile a quello dei rivelatori per pipistrelli che usano le sole capsule ma non tutto il circuito, il batlistener, oppure usano altre capsule più grosse come l'ardubat. Di entrambi i progetti i circuiti sono pubblici.

hai pensato alla possibilita' di costruirti un "bat detector" controllato da Arduino ?

Avevo già pensato al rilevatore per pipistrelli e il fatto che ci abbiate pensato anche voi mi conferma che l'idea non era affatto stupida..

Al momento sto lavorando con questo gioiello acquistato da futurashop:

Rilevatore Pipistrelli Futura Shop

La frequenza di lavoro 20kHz-90kHz.

Vi tengo aggiornati.

Grazie ancora e saluti.

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docdoc:
Ehm, beh, diciamo che te l'avevo già anticipato, mi auto-quoto: :wink:

Sì avevo letto, infatti mi riferivo proprio a ciò che avevi scritto.
Scordato di quotarti. My fault.