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Ultraschall erzeugen
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maxro Offline
Blauschnabel

Beiträge: 1
Registriert seit: May 2017
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Beitrag #1
Ultraschall erzeugen
Hi,
ich suche eine relativ einfache Erklärung, wie der Ultraschall von Ultraschallsensoren erzeugt wird. Auf der Seite wird das mMn ziemlich verständlich erklärt:
https://lp.uni-goettingen.de/get/text/6086

Aber warum eignen sich gerade Piezokristalle besonders gut für das Senden? Und wie kann man sich die Schwingungen, die die Piezokristalle erzeugen, vorstellen?
Ich stell mir das momentan so vor, dass sich da irgendwas reibt und hochfrequente (=hohe?) Töne erzeugt.
Beim Empfangen kann ich die Piezokristalle nachvollziehen: die Schallwelle drückt den Piezokristall zusammen, eine kleine Spannung entsteht und man kann durch die Spannungsänderung eine empfangene Schallwelle registrieren. Bei Ultraschall mit 50kHZ beispielsweise löst der piezoelektrische Effekt 50.000 mal pro Sekunde aus und man kann mit der gesammelten Spannung schon einen Transistor schalten. (?)
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 15.05.2017 05:40 von maxro.)
15.05.2017 05:23
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quodiddle Offline
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Registriert seit: Apr 2011
Bewertung 10
Beitrag #2
RE: Ultraschall erzeugen
Hallo maxro,

(15.05.2017 05:23)maxro schrieb:  Aber warum eignen sich gerade Piezokristalle besonders gut für das Senden? Und wie kann man sich die Schwingungen, die die Piezokristalle erzeugen, vorstellen?
Wenn man an einen piezoelektrischen Kristall eine elektrische Spannung angelegt, führt das zu einer Verformung (im Nanometerbereich,
möglicherweise noch kleiner). Bei einer Wechselspannung entstehen so mechanische Schwingungen des kristallinen Materials.
Die Schwingung entsteht also nicht durch die Spannung selbst, sondern durch die Frequenz der Wechselspannung
(Das steht auch in dem Text auf der Seite die du verlinkt hast, das mit der Resonanz ist eventuell noch wichtig, Stichwort 'Oszillator').

Die Schwingungen beeinflussen den Zustand des Normaldrucks der Luft (oder eines anderen Mediums) um das Kristall herum (in Schwingungsrichtung)
entsprechend, und dadurch entstehen dann Schallwellen (Über- und Unterdruck-Wellen), die sich im jeweiligen Medium ausbreiten.
Solche sehr hohen Frequenzen können aber alleine aus mechanischen Gründen mit der Lautsprechermembran eines Küchenradios kaum erzeugt werden.

Für einen Ultraschall-Sender eignen sich piezoelektrische Keramiken aber besser, weil sie bei kleineren Spannungen
eine größere Längenänderung als bei einem Piezokristall ergeben.

Wie durch das Anlegen einer Spannung die Verformung entsteht, und was dabei zu beachten ist, ist für mich mit wenigen Worten
nicht zu beschreiben, aber ich finde, hier -> https://de.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrizit%C3%A4t ist es ziemlich gut beschrieben.
Beachte vor allem die Grafik ganz am Anfang oben rechts, da ist das mit der Ladungstrennung (Q+ und Q-) durch Druck besonders anschaulich
dargestellt. (Was im Prinzip dem Empfänger entspricht, der Sender funktioniert einfach gesagt umgekehrt. Einen 'normalen' Lautsprecher
kann man übrigens auch als Mikrofon benutzen Big Grin )


Viele Grüße, quodiddle
_____________________________________
Man kann die Realität nicht der Theorie anpassen, es geht nur umgekehrt (Arthur Conan Doyle)
20.05.2017 00:40
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