Praktikum 6: Ultraschall Doppler

ZHAW, DSV2, Praktikum 6, 2009, Rumc, 1
Praktikum 6: Ultraschall Doppler-Radar
1. Einleitung
In diesem Praktikum soll ein (sehr) einfaches, Ultraschall-basiertes Doppler-Radar
aufgebaut werden. In Abbildung 1 ist der Versuchsaufbau dargestellt.
Tx
FuGe
c = 343 m/s
Sinus
fc = 40 kHz
Vpp = 10V
Rx
V-Teiler
fc
fs = 96 kHz
v
fc + fd
externe Soundkarte
fs / D
Dezimator
FrequenzBestimmung
v = c·(fd/fc)/2
v
fd
Abbildung 1: Versuchsaufbau US-basiertes Doppler-Radar.
Der US-Sender vom Typ 400PT160 wird mit einem 40 kHz Signal angeregt. Das Sendeund das Empfangssignal werden mit der externen Soundkarte abgetastet. Danach werden die beiden Signale zusammengemischt, TP-gefiltert, dezimiert und auf einer viel
kleineren Abtastfrequenz weiterverarbeitet.
Wenn sich das Objekt bewegt, liegt am Ausgang des TP-Filters (im Dezimator) ein
harmonisches Signal mit der Dopplerfrequenz fd vor, überlagert mit einer grossen DCKomponente, verursacht durch die Echos an den unbewegten Objekten und dem
Tx-Rx-Übersprechen.
2. Aufgabenstellung
a) Studieren Sie kurz die Spezifikationen des US-Tx.
b) Realisieren Sie zuerst in Matlab das US-Doppler-Radar mit einer Messdauer von 1s.
Sie können die Matlab-Vorlage dsv2p6_US_radar.m verwenden.
Verwenden Sie die intern generierten Testsignale für Tx und Rx.
Wählen Sie einen Dezimationsfaktor von D=40. Wie gross ist dann die maximale
Geschwindigkeit vmax, die Sie noch messen können?
Realisieren Sie die Frequenzbestimmung mit 256-Punkt FFTs und plotten Sie den
Geschwindigkeitsverlauf in der Messdauer von 1s. Wie gross ist die minimale
Geschwindigkeit vmin, die Sie noch messen können?
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c) Machen Sie den Versuchsaufbau und konfigurieren Sie die externe Soundkarte für
96 kHz Sampling.
d) Messen Sie mit Ihrem US-Doppler-Radar verschiedene Geschwindigkeiten und
optimieren Sie Ihr Programm.
Was messen Sie, wenn sich nichts bewegt? Welchen Einfluss hat das Rauschen
bzw. muss allenfalls ein Schwellwert gesetzt werden? Welchen Einfluss hat das
Übersprechen?
e) Überlegungen zur Erweiterung des US-Doppler-Radars:
Wie könnte man zusätzlich die Richtung bzw. das Vorzeichen der Geschwindigkeit v
messen.
Wie liesse sich die Reichweite (bzw. die Verstärkung des Rx-Signals) vergrössern?
Wie könnte man einen Bewegungssensor realisieren?