ungelöst Messung der Körperrschallgeschwindigkeit

[RA!DEN]

Hallo!

Ich bin ein absoluter Neuling, was LTSpice und Elektrotechnik angeht, allerdings werde ich übermorgen im Labor einen Versuch durchführen müssen, bei dem es darum geht, die Schallgeschwindigkeit innerhalb eines Mediums, hier: Eisenwürfel, zu messen. Dazu soll ich:

• Körperschall-Sensoren zur Signalaufnahme (Piezoscheiben, die auf das Messobjekt aufgeklebt werden),
• aus Operationsverstärkern aufgebaute Komparatoren zur Signal-Erkennung (Opamp-Steckbrett),
• NAND-Bausteine zur Erzeugung eines Puls, dessen Länge proportional zur Schallgeschwindigkeit ist (Logik-Steckbrett).

verwenden. Ich habe einige Fragen; vielleicht kann mir ja sogar jemand dabei helfen einen Schaltplan zu erstellen und diesen in der Software zu testen (zum Beispiel habe ich keine Ahnung, wie ich denn den Würfel mit der piezoeletkrischen Scheibe in LTSpice einfügen bzw. simulieren soll :/)

Also erst einmal ein paar Verständnisfragen:

Die Zeit die vom Anstoßen des Würfels zur Erzeugung einer "Schall"-welle bis zum anderen Ende und der dort angeklebten Piezoscheibe vergeht, wäre in einem solchen Schaltkreis genau die Zeit vom Start des Signals bis zur Zustandsänderung des Komparators, wobei auch die länge des durch den aus zwei NAND-Gattern bestehenden Oszillators (Ist das so überhaupt richtig?) entstehenden Pulses proportional, bzw. wohl eher äquivalent, zu genau dieser Zeit ist, oder?

Für den Oszillator werde ich folgende Schaltung einbauen, welche ich auch in diesem Forum gefunden habe: Howto - Oszillator mit NAND-Gattern

Irgendwelche Tipps und Anregungen??

mit freundlichen Grüßen,
Niklas

 

[RudiS]

Ich frage mich, ob ein Laborleiter einem, wie Du selbst von Dir sagst, "absolutem Neuling, was LTSpice und Elektrotechnik angeht" wirklich so eine Aufgabe stellt... (??)
Wer so eine Aufgabe gestellt bekommt, sollte eigentlich über das dazu notwendige Wissen verfügen, oder?
Ansonsten ist das nicht so ganz mein Metier, und, aber das nur nebenbei, schreibt man unseren Simulator ohne grosses S: LTspice, wobei LT für Linear Technology steht.

 

[KlaRa]

Ich bin ein absoluter Neuling, was LTSpice und Elektrotechnik angeht, allerdings werde ich übermorgen im Labor einen Versuch durchführen müssen, bei dem es darum geht, die Schallgeschwindigkeit innerhalb eines Mediums, hier: Eisenwürfel, zu messen. Dazu soll ich:

• Körperschall-Sensoren zur Signalaufnahme (Piezoscheiben, die auf das Messobjekt aufgeklebt werden),
• aus Operationsverstärkern aufgebaute Komparatoren zur Signal-Erkennung (Opamp-Steckbrett),
• NAND-Bausteine zur Erzeugung eines Puls, dessen Länge proportional zur Schallgeschwindigkeit ist (Logik-Steckbrett).

verwenden

Für einen absoluten Neuling in der Elektrotechnik ist das schon ziemlich sportlich.

zum Beispiel habe ich keine Ahnung, wie ich denn den Würfel mit der piezoeletkrischen Scheibe in LTSpice einfügen bzw. simulieren soll :/)

Ein Begriff hierzu ist "Ladungsverschiebung, Piezosensoren". Dann kommt man zum Ladungsverstärker.

Ladungsverstärker – Wikipedia

Du siehst im Link eine Schaltung eines Ladungsverstärkers mit einem piezoelektrischen Sensor.
Zur Piezoscheibe brauchst Du noch ein Datenblatt damit man ungefähr die zu erwartenden Spannungen abschätzen kann.
Schon mal etwas mit Operationsverstärkern gemacht? Für einen Anfänger ist das alles viel zu kompliziert.

Lass Dir von Deinem Laborleiter einen Oszillografen geben. Er sollte mindestens 2 Kanäle haben. Damit kannst Du die Signale der Piezoscheibe darstellen und messen. Bringe im Abstand von 10 cm oder mehr beide Piezoscheiben auf den Würfel. Dann siehst Du zwei Signale die um die Signallaufzeit versetzt sind. Fertig.
mfg Klaus