Aufbau eines geregelten Verstärkers für Ultraschall (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
1. Einleitung:
1.1 Hintergrund:
In einem Experiment wird ein Ultraschallstrahl mit der Frequenz von 40 kHz
quer durch den Raum geschickt und anschließend mit einem Ultraschallmikrofon wieder aufgenommen. Während der Strahl durch das Schallfeld einer Audioquelle mit der Frequenz von 1 kHz geleitet wird, wird er in der Luft mit dem hörbaren Schall (Audio) überlagert und dadurch moduliert.
Ziel des Projekts ist es, den Ultraschallstrahl zu demodulieren um das Audiosignal zu erhalten. Die Idee entstand von Prof. Merkel in Rahmen der Entwicklung neuer Methode zur Schallerfassung und wurde von ihm in ein konkretes Projekt umgewandelt. Der Vorteil dieser Audiosignalerfassung durch Ultraschall oder dieser Art von ¿Virtuelle Mikrofone¿ besteht darin, dass am Ort der Aufnahme keine Membrane oder Mikrofone notwendig sind.
1.2 Einsatzgebiet:
Die Anwendung dieser Methode findet statt wenn die herkömmlichen Mikrofone stören oder schwierig zu installieren sind für Veranstaltungsräume und virtuelle Fernsprecheinrichtungen in Fahrzeugen.
1.3 Aufgabestellung:
Als Ziel meiner Arbeit, soll das Mikrofonsignal herausgefiltert werden, und der Ultraschallstrahl verstärkt werden, durch die Reglung der Verstärkung wird immer ein bestmögliches Signal-Rauschverhältnis erreicht (SNR). Dazu gehört der Aufbau eines geregelten Verstärkers für Ultraschall. Es handelt sich dabei um einen PGA (Programmierbare Operationsverstärker) dessen Verstärkung mithilfe eines Mikrocontrollers eingestellt wird.
1.4 Systemüberblick:
Die Abbildung zeigt das Blockschaltbild und gibt einen Überblick zur Zielstellung dieser Arbeit. Die Einstellung läuft in zwei Betriebe:
Betrieb1: Die Verstärkung vom PGA wird über einen Drehimpulsgeber so eingestellt, dass das Audiosignal im Bereich von -95,5dB bis 31,5dB gedämpft bzw. verstärkt wird, auf das LCD erscheint der Effektivwert.
Betrieb2: Der PGA wird so gestellt, dass der Effektivwert des Eingangssignals von 80% der höchsten Aussteuerung des TP nicht abweichen darf, das entspricht 7,07V. In Falle einer Abweichung wird das Signal über den PGA entsprechend gedämpft bzw. verstärkt. Eine LED warnt davor, wenn der Effektivwert zu hoch ist.
Die Betriebe 1 und 2 sind über einen Schalter auszuwählen. Um die Frequenz für Ultraschallbereich zu begrenzen, wurden ein Hochpass am Eingang und ein Tiefpass am Ausgang der Schaltung eingebaut. Nach dem Aufbau und Erflog der Testphase, kann die gesamte Schaltung in geeignete Gehäuse [...]