Ultraschallwandler auf Teilerbasis - Fledermausdetektor - Batdetector

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Helferlein
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Ultraschallwandler auf Teilerbasis - Fledermausdetektor - Batdetector

Beitrag von Helferlein »

Hallo zusammen,

angeregt durch eine Frage von unserem Forenmitglied "Löschmann" habe ich ja schon einmal einen kleinen Überblick über die drei gängigen Wandlerverfahren für Ultraschall gegeben (viewtopic.php?f=77&t=2456&p=16393#p16393). Einen Ultraschallwandler auf der Basis eines "Mischers" habe ich vor einiger Zeit schon einmal für den Philips EE 1050 (viewtopic.php?f=82&t=2104&p=15888&hilit ... all#p15888) vorgestellt und erfreulicher Weise eine kleine Diskussion losgetreten.

Als ich vor etlichen Jahren mit dem Bau von Fledermausdetektoren begann, nutzte ich zunächst Schaltungen auf der Basis der Frequenzteilung. An Mischer traute ich mich (noch) nicht heran. Im Folgenden wird eine kleine Schaltung beschrieben, die ich diesmal für das BUSCH-electronic-Baukastensystem implementiert habe. Da mir nicht alle benötigten Bauteile (in ausreichender Menge) zur Verfügung standen musste ich improvisieren. Aus meinem Fundus wurde die Ultraschallkapsel entnommen. Alle Bauteileträger wurden im 3D-Druckverfahren als Repliken oder Neukonstruktionen angefertigt und Beschriftungsschildchen gedruckt. Zur Aufnahme des 14poligen Teiler ICs nutzte ich die von "Frankje" (Dank nach Belgien!) entwickelte und für 16polige ICs vorgesehene Universalplatine, von der ich noch zwei Stück in Reserve hatte. Diesbezüglich habe ich mir jedoch eine Falle gestellt - dazu allerdings später.

DSCI1410b.jpg
Provisorischer Aufbau auf einer BUSCH-Steckplatte - Trägerplatten für Bauteile 3D-Druck
DSCI1410b.jpg (322.41 KiB) 7241 mal betrachtet
Provisorischer Aufbau auf einer BUSCH-Steckplatte - Trägerplatten für Bauteile 3D-Druck
Provisorischer Aufbau auf einer BUSCH-Steckplatte - Trägerplatten für Bauteile 3D-Druck
DSCI1410b.jpg (322.41 KiB) 7241 mal betrachtet

DSCI1413b.jpg
Provisorischer Aufbau auf einer BUSCH-Steckplatte
DSCI1413b.jpg (283.11 KiB) 7241 mal betrachtet
Provisorischer Aufbau auf einer BUSCH-Steckplatte
Provisorischer Aufbau auf einer BUSCH-Steckplatte
DSCI1413b.jpg (283.11 KiB) 7241 mal betrachtet

Schaltungsbeschreibung

Zur Aufnahme des Ultraschalls verwende ich die recht "sperrige" Ultraschallkapsel EFR-RCB40K54, 40 kHz (z. B. Pollin Best.-Nr.: 390048, z. Zt. € 0,35) mit ca. 24mm Durchmesser. Es gibt sicherlich kleinere, vielleicht auch bessere Ultraschallkapseln. Die beschriebene war eben gerade vorhanden. Für die Versorgungsspannung nutze ich eine 9V-Block-Batterie. An der Kapsel liegen 0,6V an. Wird die kleine Aluminiumplatte in der Kapsel durch einfallenden Ultraschall (z. B. Fledermausruf) erregt, wird das Signal über den zweistufigen "Mikrofonverstärker" (2x BC 547) und einem 220pF Kondensator dem Teiler IC (CD4024) zugeführt. Auf die Beschreibung der Arbeitsweise des ICs verzichte ich an dieser Stelle, da es zu weit führen würde. Das 14 pol. IC wurde, wie oben beschrieben, auf "Frankjes" 16 pol. universal Platine gesteckt. Da alle Pins herausgeführt werden, gibt es Möglichkeiten zum Experimentieren. An den Ausgängen stehen nämlich 2, 4, 8, 16, 32 64, und 128fach geteilte Signale zur Verfügung (vgl. Datenblatt CD4024). Ich habe mich auf Grund meiner Erfahrungen für den PIN 6 (16fach Teilung) entschieden. Ein kleines Rechenbeispiel: Die Zwergledermaus ruft z. B. bei sagen wir einmal 45 kHz (für Menschen nicht hörbar). Nun nutzen wir die 16fach Teilung sieht es wie folgt aus - 45 kHz : 16 = ~ 2,8 kHz (für Menschen gut hörbar).
Am Ausgang (Pin 6) des ICs liegt ein 10 k Poti (das im original BUSCH-Pult vorhandene 50kHz Poti ist nicht brauchbar) über das die Lautstärkeregelung erfolgt. Gehört wird über den in vielen der BUSCH-electronic-Baukästen zu findenden Kristallohrhörer ("Schmalzbohrer").

Schaltplan.JPG
Schaltbild - Simpler Aufbau des Teilerdetektors mit 2stufigem Mikrofonverstärker
Schaltplan.JPG (54.93 KiB) 7235 mal betrachtet
Schaltbild - Simpler Aufbau des Teilerdetektors mit 2stufigem Mikrofonverstärker
Schaltbild - Simpler Aufbau des Teilerdetektors mit 2stufigem Mikrofonverstärker
Schaltplan.JPG (54.93 KiB) 7235 mal betrachtet

Nach dem Aufbau und nochmaliger Kontrolle aller Kabelverbindungen erfolgte das erste Einschalten. Was passierte - nichts, oder sagen wir fast nichts! Der Schlüsseltest, man klimpert vor der Ultraschallkapsel mit einem Schlüsselbund und erzeugt auf die Weise Ultraschalllaute, führte lediglich zu einem entfernten Knacksen im Ohrhörer. Zudem wurde der IC etwas warm (hatte ich zuvor noch nie beim CD4024). Als (Denk)Fehler kristallisierte sich schließlich meine Beschriftung von Frankjes Universalplatine heraus. Beim Einsetzen eines 14 pol. IC in eine 16 pol. Buchse muss man ab dem Beinchen 8 um 2 hochzählen. Auf diese Weise lag das Beinchen 14 für die Spannungsversorgung auf Pin 16 der Universalplatine - klar(!) (Anfängerfehler Schande über mich). Nach dem Umstecken der Spannungsversorgung stellte sich der gewünschte Erfolg ein. Die Lautstärke im Ohrhörer ist auch ohne Nachverstärkung so groß, dass man das Signal herunterregeln muss, um keinen Hörschaden zu bekommen.

BUSCH-Teiler.JPG
Aufbauschema
BUSCH-Teiler.JPG (162.89 KiB) 7241 mal betrachtet
Aufbauschema
Aufbauschema
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Am Abend ging es vor das Haus, um den Fledermausdetektor zu testen. Wie erhofft konnte ich die vorbeifliegenden Fledermäuse hören. Eine Determination der Art ist mit den Teilerdetektor ist, da zu viele Daten beim Teilvorgang verloren gehen, kaum möglich. Dazu müsste man schon einen Zeitdehner einsetzen.

Zwergfledermaus-Teilerdetektor.zip
Hörprobe - Jagende Zwergfledermaus im Teilerdetektor
(255.88 KiB) 133-mal heruntergeladen
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Hörprobe - Jagende Zwergfledermaus im Teilerdetektor
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ZwFl.jpg
Sonogramm - Visualisierte Rufsequenz einer jagenden Zwerfledermaus im Teilerdetektor
ZwFl.jpg (162.82 KiB) 7241 mal betrachtet
Sonogramm - Visualisierte Rufsequenz einer jagenden Zwerfledermaus im Teilerdetektor
Sonogramm - Visualisierte Rufsequenz einer jagenden Zwerfledermaus im Teilerdetektor
ZwFl.jpg (162.82 KiB) 7241 mal betrachtet

ZwFl-J-1.jpg
Sonogramm - Zum Vergleich: Visualisierte Rufsequenz einer jagenden Zwergfledermaus im Zeitdehner
ZwFl-J-1.jpg (241.72 KiB) 7241 mal betrachtet
Sonogramm - Zum Vergleich: Visualisierte Rufsequenz einer jagenden Zwergfledermaus im Zeitdehner
Sonogramm - Zum Vergleich: Visualisierte Rufsequenz einer jagenden Zwergfledermaus im Zeitdehner
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Es ist erstaunlich mit wie wenigen Teilen es heute möglich ist einen Ultraschallwandler zu bauen mit dem man Fledermausrufe hörbar machen kann. Versucht es doch auch einmal.

Ich möchte es nicht versäumen an dieser Stelle meinen besonderen Dank unserem Forenmitglied "Frankje" auszusprechen, der mir freundlicher Weise die sPlan-Dateien für die Schaltchemata zur Verfügung gestellt hat. Ich habe lediglich kleinere Ergänzungen vorgenommen.

Es grüßt vom Rhein
das Helferlein

PS: Wenn Ihr Interesse an 3D-Druckteilen habt, schickt einfach ein PN

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Helferlein
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Re: Ultraschallwandler auf Teilerbasis - Fledermausdetektor - Batdetector

Beitrag von Helferlein »

Hallo zusammen,

die Schaltung arbeitet zwar wie gewünscht. "Franjke" machte mich darauf aufmerksam, dass ich etwas übersehen habe - PIN 7 am IC sollte auf Masse liegen! Einfach einen Draht von Pin 7 zum Masseanschluss am nahegelegenen Ohrhörer legen. Nochmals Dank nach Belgien für die Korrektur.

Es grüßt vom Rhein
das Helferlein

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Frankje
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Re: Ultraschallwandler auf Teilerbasis - Fledermausdetektor - Batdetector

Beitrag von Frankje »

Hallo Manfred,

Dies ist eine lustige und nützliche Schaltung!
Die Grafiken und Bilder machen alles viel klarer (für einen Laien wie mich) und machen mich auch neugierig, dies auszuprobieren. 8)
Ich habe ein Ultraschall-Sender- und -Empfängerteil bestellt und wollte damit experimentieren.
Ich werde auf jeden Fall Ihre Schaltung ausprobieren.

Kann ich Ihnen einige Fragen stellen?

- Warum stimmt das 50k-Potentiometer nicht?
- Kannst du keinen 16-poligen wie den CD4040 für das Problem mit dem 14-poligen IC nehmen?
- Ist die Empfindlichkeit gut und ist sie gerichtet?

Vielleicht sollte ich es zuerst selbst bauen, um es zu testen.
Ich werde das auf jeden Fall tun.

Viele Grüße,
Frank
“All the electronic devices are powered by white smoke. When smoke goes out, device is dead.”
― Milan Nikolic

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Frankje
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Re: Ultraschallwandler auf Teilerbasis - Fledermausdetektor - Batdetector

Beitrag von Frankje »

Hallo allerseits,

Ultraschall ist etwas, mit dem ich wenig Erfahrung hatte.
Zeit, dies zu ändern.

Dank unseres Forummitglieds Helferlein wurde meine Neugier geweckt und nachdem ich seine Schaltung veröffentlicht hatte, wollte ich dies testen.
Ich habe die Schaltung etwas angepasst, um eine bessere Empfindlichkeit und Verstärkung zu erzielen.
Busch hat eine Reihe von Transistoren in seiner gesamten Palette von Baukästen verwendet.
In meiner Sammlung befinden sich BC548, BC547C, BC238C, BC547B, die auf einer roten Basis montiert sind.
Für unser Experiment verwenden wir die BC547C-Typen, da sie einen hohen Verstärkungsfaktor (Hfe) haben.

Nach einigen Berechnungen und Experimenten bin ich zu einem zufriedenstellenden Ergebnis gekommen, das ich gerne mit Ihnen teilen möchte.
Die Verstärkerstufen sind sehr gut (1000-fache Verstärkung pro Stufe). Mit dem 30 cm voneinander entfernten Sender und Empfänger konnte ich bereits ein 2-V-Ausgangssignal am Collector of T1 (BC547C) messen. T2 verstärkt dieses Signal um das 1000-fache
Um alles richtig zu testen, habe ich auch einen Ultraschallsender gemacht.
Dadurch können wir die Empfindlichkeit des Empfängers messen.
Ich habe auch den HEF4040-Chip verwendet. Dies ist im Grunde das gleiche wie beim CD4024, verfügt jedoch über ein 16DIP-Gehäuse, das leichter in unser Universalmodul (LOGIC CIRCUIT) passt.
Was mir auch in der Schaltung von Helferlein gefallen hat, ist, dass die Kopfhörer zwischen dem RESET-Eingang und dem Teilerausgang angeschlossen sind.
In meiner Schaltung habe ich den RESET-Eingang (Pin 11) mit Masse verbunden und die Kopfhörer zwischen / 64 und Masse angeschlossen.
Mit einem Oszilloskop kann man das Signal sehr gut messen

Die Schaltung funktioniert sehr zufriedenstellend, aber ich denke, die Wandler sind nicht so geeignet. Ich habe bisher nicht viele Fledermäuse gehört.
Ich versuche es heute Abend noch einmal.
Mit Sender und Empfänger kann eine relativ große Entfernung erreicht werden.
Kann jemand diese Schaltungen bauen, um die Ergebnisse zu vergleichen?

Hier sind die Zeitpläne und ein Foto.

Viel Spaß

Ultrasonic_receiver.jpg
Ultrasonic_receiver.jpg (69.67 KiB) 6799 mal betrachtet
Ultrasonic_receiver.jpg
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Ultrasonic_transmitter.jpg
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Re: Ultraschallwandler auf Teilerbasis - Fledermausdetektor - Batdetector

Beitrag von Helferlein »

Hallo zusammen,

wie man sieht gibt es auch andere Möglichkeiten den Frequenzteiler aufzubauen. Frankje hat es versucht und noch einige Verbesserungen, insbesondere am Mikrofonverstärker vorgenommen, die ich auch einmal probieren werde.

Frankje hatte noch ein paar Fragen,
- Warum stimmt das 50k-Potentiometer nicht?
- Kannst du keinen 16-poligen wie den CD4040 für das Problem mit dem 14-poligen IC nehmen?
- Ist die Empfindlichkeit gut und ist sie gerichtet?
die ich versuchen werde hier zu beantworten.

- Für die Lautstärkeeinstellung am 4024 reicht meiner Erfahrung nach ein 10K Poti aus. Das 50k Poti ginge zwar auch, man hätte allerdings ziemlich viel "Leerlauf".
- Sicherlich kann man auch das andere Teiler ICs nutzen. Du hast das ja schon durch Deine Versuche bewiesen Frank. Ich hatte nur den HCF4024B in der "Bastelkiste".
- Die Empfindlichkeit ist unter anderem in Abhängigkeit zur verwendeten Ultraschallkapsel nicht die Beste. Die Reichweite liegt bei meinem Versuchsaufbau nur bei +/- 10m. Für Versuche auf dem Basteltisch reicht das aber. Die Richtcharakteristik ist natürlich von der Bauart der Ultraschallkapsel (des Mikrofons) abhängig. Ich besitze einen alten Detektor bei dem ein Blechtrichter zur Verbesserung der Richtcharakteristik aufgesteckt werden kann. Beim "Verhören" (so sagt man in Biologenkreisen) von Fledermäusen kommt es sehr darauf an welche Art man im Detektor hat. Es gibt sehr leise Arten wie die Langohren und sehr laute Arten wie den Großen Abendsegler. Meine professionellen Bat-Detectoren können den großen Abendsegler noch bis zu 100m erfassen.

Es grüßt vom Rhein
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Re: Ultraschallwandler auf Teilerbasis - Fledermausdetektor - Batdetector

Beitrag von Helferlein »

Hallo zusammen,

zwischenzeitlich habe ich weitere Änderungen am Versuchsaufbau vorgenommen. Um das Ganze platzmäßig nicht ausufern zu lassen, habe ich erst einmal die komplette Teilerschaltung auf ein "neues" BUSCH-Modul "gepackt“, das spart Platz (s. f. Foto).

DSCI1484b.jpg
Teiler-Modul für das BUSCH-Electronic-Baukasten-System
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Teiler-Modul für das BUSCH-Electronic-Baukasten-System
Teiler-Modul für das BUSCH-Electronic-Baukasten-System
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Ständig den Ohrhörer im Ohr fand ich auch nicht so berauschend. Es schmerzt zudem mit der Zeit. Daher habe ich versucht einen kleinen Verstärker auf der Basis des LM386 nachzuschalten. Den hatte ich mir auch schon einmal als Modul zusammengebaut (s. f. Foto). Natürlich kann man auch den BUSCH-Verstärker aus dem BUSCH-Electronic-Baukasten 2072 oder den Nachbau von Frankje verwenden (muss ich auch einmal versuchen). Der erste Versuchsaufbau (Ultraschallkapsel / Teilermodul / Verstärker / Lautsprecher) wollte nicht so richtig funktionieren. Das Signal am Ausgang war zu leise die Empfindlichkeit zu schwach. Zunächst vermutete ich das Problem in der 2stufigen Mikrofonverstärkung - das war es bei mir aber nicht. Nach einigem Grübeln kam mir ein Verdacht: Hochohmiger Ausgang am Teilermodul und (evtl.) niedrigohmiger Verstärkereingang, passt das zusammen? Ich hatte bisher bei kleinen Verstärkern mit dem LM 386 nie Probleme mit der Anpassung. Diesmal habe ich aber eine andere Schaltungsvariante ("Detektorverstärker" vom Datenblatt) ausprobiert. Bei diesem kleinen Verstärker kann man auf meinem Modul durch jumpern den Verstärkungsfaktor (20, 50, 200fach) sogar einstellen.

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Verstärker-Modul für das BUSCH-Electronic-Baukasten-System
DSCI1487b.jpg (242.52 KiB) 6645 mal betrachtet
Verstärker-Modul für das BUSCH-Electronic-Baukasten-System
Verstärker-Modul für das BUSCH-Electronic-Baukasten-System
DSCI1487b.jpg (242.52 KiB) 6645 mal betrachtet

Das Problem löste sich schließlich durch das Zwischenschalten eines Übertragers (Trafo 230/6V), den "missbrauchen" Netztrafo setze ich auch bei Versuchen mit Röhrenschaltungen ein (s. f. Foto unten Mitte).

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Gesamtaufbau Teilerdetektor auf Modulbasis
DSCI1486b.jpg (277.46 KiB) 6645 mal betrachtet
Gesamtaufbau Teilerdetektor auf Modulbasis
Gesamtaufbau Teilerdetektor auf Modulbasis
DSCI1486b.jpg (277.46 KiB) 6645 mal betrachtet

Erst gestern habe ich mit dem "Teiler" Fledermäuse an meinem Fester vorbeifliegen gehört. So ein "Gerät" hätte ich gern als Schüler gehabt. Über das Einbringen von Euren Ideen, aber auch über Fragen und Korrekturen würde ich mich sehr freuen.

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