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Blindzonenfreie Ultraschall-Abstandsmessung in Luft / von Dipl.-Ing. Andreas Quellmalz ; Erster Gutachter: Prof. Dr. Bernd Henning, Zweiter Gutachter: Prof. Dr. mont. Mario Kupnik. Paderborn, 2020
Inhalt
Kurzfassung
Abstract
Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis
Einleitung
Motivation
Stand der Technik
Abgeleitete Zielstellung
Grundlagen
Ultraschallakustik
Schallausbreitung in Luft
Reflexion und Transmission
Schalldämpfung in Luft
Schallschwächung durch Aufweitung
Schallwandler
Modellierung des elektrischen Verhaltens von piezoelektrischen Schallwandlern
Identifikation linearer dynamischer Systeme
OE-Modell
ARX-Modell
Multiplexverfahren
Codefolgen für Codemultiplexverfahren
M-Folge
Gold-Folge
Kasami-Folge
Modulationsverfahren
Theoretisches Konzept
Modellbasierte Signaltrennung
Einfluss eines Empfangssignals auf die Least-Square-Parameterschätzung
Nummerische Vorbetrachtung
Abgeleitete Fragestellungen
Untersuchungsmethoden
Versuchsstand
Messaufbau mit Reflektor zur Untersuchung von Abstandsmessverfahren
Messaufbau mit zwei Schallwandlern für Messungen ohne Sende-/Empfangssignal-Trennung
Messaufbau mit Messmikrofon zur Erfassung des Schallfeldes
Übersicht der verwendeten Schallwandler
Simulationsumgebung
Ermittlung der Modellparameter für die Simulationsumgebung
Ermittlung der Butterworth-van Dyke-Modellparameter realer Schallwandler
Modell höherer Ordnung
Dämpfungsparameter
Messverfahrensentwicklung auf Basis des entwickelten Konzeptes
Auswahl einer geeigneten Codierung
Untersuchung verschiedener Modulationsverfahren
Betrachtung verschiedener klassischer Modulationsverfahren
Optimale Wahl der Trägerfrequenz für BPSK-Modulation
Reduktion der Code-Familie für QPSK-Modulation
Auswahl geeigneter Modulationsverfahren
Wahl der optimalen Modellordnung
Bewertung der Schallwandler
Verifikation des Messverfahrens
Abstandsbestimmung
Untersuchung mittels Simulationsdaten
Untersuchung mit Messdaten
Ergebnisse
Erweiterung des Messverfahrens
Reduktion der Mindestabstandes der Abstandsmessung durch Eigenschwingungsanalyse
Analyse der Eigenschwingungen
Ergebnisse
Verbesserung der Robustheit der Abstandsmessung durch Entfaltung
Echodetektion
Ergebnisse
Reduktion des Mindestabstandes durch Mittelung der Zeitsignale
Jitterkorrektur
Untersuchung der Verfahren mit gemittelten Signalen
Ergebnisse
Kombinierter Ansatz
Merkmale für die Bereichsabschätzung
Merkmalsauswertung für die Bereichsabschätzung
Signalverarbeitung
Ergebnisse
Zusammenfassung und Ausblick
Eingesetzte Schallwandler
Übersicht 328ER250
Übersicht 400EP14D
Übersicht 400EP18A
Übersicht 400EP125
Übersicht 400ST160
Übersicht 400SR160
Übersicht 080SR365
Übersicht 125SR250
Simulations- und Messergebnisse
Modellordnung
Messverfahrensentwicklung
Ergebnisse der Simulationen zur Abstandsmessung mit Signaltrennung mit Least-Square-Ansatz
Ergebnisse der Abstandsmessung bei Signaltrennung mit Least-Square-Ansatz
Erweiterung des Messverfahrens
Ergebnisse der Abstandsmessung bei Modellauswahl mit Eigenschwingungsanalyse
Ergebnisse der Abstandsmessung mit Entfaltungsansatz
Ergebnisse der Abstandsmessung bei Mittelung der Signale
Ergebnisse der Abstandsmessung bei kombiniertem Ansatz
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Literaturverzeichnis
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