Titelaufnahme

Titel
Entfernungsmessung mit Ultraschall: Messmethoden und Untersuchungen zur Schallausbreitung in Gängen
Weitere Titel
Distance measurement with ultrasonic: scientific study of sound propagation in corridors
VerfasserWieser, Mathias
Betreuer / BetreuerinKucera, Gernot
Erschienen2014
Datum der AbgabeJuni 2014
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Akustik / technische / Elektronik / Entfernungsmessung / Laufzeitmessung / Lock-in-Verstärker / Luftultraschall / Messelektronik / Mikrocontroller / Objekterkennung / Schallausbreitung / Signal-Rausch-Verhältnis / Ultraschall
Schlagwörter (EN)acoustics / electronics / distance measurement / time-of-flight / lock-in amplifier / airborne ultrasound / electronic measuring equipment / microcontroller / object detection / sound propagation / signal-to-noise ratio / ultrasonic / ultrasound
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit untersucht die Machbarkeit eines Ultraschall-Systems zur Detektion von Personen in Gängen und zur Steuerung von Beleuchtungskörpern, mit dem Ziel der Energieoptimierung durch Reduzierung der Beleuchtungsstärke in nicht genutzten Bereichen. Dazu wird ein hinsichtlich der Reichweite optimiertes Ultraschall-System entwickelt.

Dieses Ultraschall-System basiert auf dem Konzept eines vorhandenen Prototypen, welches in wesentlichen Punkten verändert wird. Bei der Sendeeinheit wird die Sendeleistung mittels Leistungsverstärker und Transformator erhöht, sowie anstelle der üblicherweise verwendeten Rechteckschwingung für die ausgesendeten Wellenpakete eine Sinus¬schwingung erzeugt. Bei der Empfängereinheit wird durch die Verwendung eines empfindlichen und rauscharmen Audiovorverstärkers und eines Lock-in-Verstärkers das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Diese Veränderungen führen zu einem schaltungstechnisch aufwendigeren Prototyp mit verbesserten Eigenschaften.

Mit diesem wird in einer Reihe von Versuchen die Schall¬ausbreitung in Gängen untersucht. Die so gewonnenen Daten werden zum Einen hinsichtlich der Aufgabenstellung analysiert und zum Andern ermöglichen sie eine Aussage über den Nutzen der am Prototyp vorgenommenen Modifikationen, welche unabhängig von der Aufgabenstellung allgemeine Empfehlungen für Ultraschall-Systeme zulassen. Der Schwerpunkt der Untersuchung liegt in der erzielbaren Reichweite eines in dieser Hinsicht optimierten Versuchsaufbaus und der Machbarkeit eines auf diesem Konzept basierenden Ultraschall-Systems zur Steuerung der Gangbeleuchtung.

Die Ergebnisse der mit dem Prototypen des überarbeiteten Ultraschall-Systems zeigen eine signifikante Verbesserung der Reichweite. Die Eignung von Ultraschall für die Detektion von Personen in Gängen wird mit den ermittelten Messergebnissen ebenfalls nachgewiesen.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis consists of two parts. The first part deals with the development of a distance-measuring system based on ultrasonic sound. The system transmits a burst of ultrasonic sound waves towards an object and then receives the corresponding echo. The system is based on an existing prototype that is optimized in different ways to increase the maximum range of the system. The most notable modification is the use of a matched filter. The second part of the thesis is a proof of concept. The system is utilized to run experiments in order to verify if it is possible to use ultrasound rangefinder for the detection of a person in a corridor.

The first chapter shows the goals of this thesis and outlines the concept of this research. In the second chapter, the underlying theoretical principles are discussed. The third and fourth chapter contain detailed descriptions of the development of the transmitting and receiving unit of the ultrasonic system. Chapter five explains the experiments run with this system. The thesis closes with a summary and discussion in chapter six.