Auch Äpfel haben Hertz
2.6 Bandpass, Schwellwertschalter und Weichensystem
Mit Hilfe eines Bandpasses und eines Schwellwertschalters bin ich meinem Ziel, eine funktionsfähige "Reifetest-Maschine" zu entwickeln, einen großen Schritt näher gekommen.
Ich musste im Bereich zwischen 4500 und 6000 Hertz ein "Fenster" entwickeln. Mit Hilfe dieses Fenster sollte die Maschine gucken, ob der Apfel frisch ist oder nicht.
Dies funktioniert wie folgt:
Ich konnte mit den Gleichungen für die Resonanzfrequenz, die Bandbreite und die Verstärkung bei der Resonanzfrequenz eine Ausgangsspannungs-Kurve erzeugen (am Ausgang meines ersten Operationsverstärkers).
Durch eine Resonanzfrequenz von 4500-6000 Hertz benötigte ich eine Bandbreite von ca 2000 Hertz. Ich habe die Kondensatoren und Widerstände durch unterschiedliche Kombinationsversuche ermittelt. Letztlich habe ich die Werte verwendet, die meinen Idealwerten am nächsten gekommen sind.
Um zu testen, ob der Graph die gewünschte Kurve hat, habe ich anstelle eines Apfels und eines Pendels einen Lautsprecher angeschlossen. Ich konnte bei diesem die Frequenz einstellen, sodass man immer die entsprechende Spannung am Ausgang des ersten Operationsverstärkers erhielt. So habe ich das am Stand ausgestellte Diagramm erhalten.
In diesem erkennt man die Resonanzfrequenz relativ deutlich, sie liegt bei ca 5700 Hertz.
Jeder Apfel erzeugt unterschiedlichen Schalldruckpegel. Dadurch erzeugen die Äpfel in unterschiedlichen Frequenzbereichen unterschiedliche Spannungen am Ausgang.
Schaltet man anstelle des Voltmeter einen Schwellwertschalter hinter den Bandpass, so sortiert dieser die Ausgangsspannungen. An den einen Eingang schließt man eine Batterie, die eine Spannung hat, über die ein frischer Äpfel "hinauswachsen" muß. In diesem Fall wären es 3 V.
Am anderen Eingang ist der Bandpass angeschlossen. Alle Äpfel, die im Bereich von 4000 bis 6500 Hertz die 3 Volt-Grenze auf Grund ihrer Resonanzfrequenz überschreiten, ergeben am Ausgang des Schwellwertschalters eine positive Spannung. Alle anderen erhalten eine negative. Mit Hilfe einer Halbleiteriode haben die negativen Spannungen keine Wirkung auf das folgende Weichensystem. Hat man am Ende jedoch eine positive Ausgangsspannung, so verstellt sich das Weichensystem dementsprechend, weil diese durch die Diode gelangen kann. Man sollte dabei noch folgende Dinge beachten.
1. Damit die Messungen nicht beeinflusst werden, sollte um die Messstelle ein sehr gut isolierter Kasten gebaut werden. So haben Umwelteinflüsse, wie z.B. eine Klimaanlage keine Einwirkung auf die Ergebnisse.
2. Sehr wichtig ist, dass der Abstand von Mikrofon und Pendel zum Apfel immer der Selbe ist. Dazu sollte man an der Messstelle einen Engpass einbauen.
3. Man könnte, was sicher sinnvoll wäre, anstelle des Pendels eine elektrisch angetriebene Apparatur benutzen, auch um Zeit zu sparen. So könnte z.B. eine Lichtschranke eingebaut werden, wenn der Apfel durch diese fährt, schließt sich ein Stromkreis und ein Pendel, ähnlich wie bei einer Klingel, schlägt gegen den Apfel.
Autorin: Lena Lenze Web: Daniel Wagenknecht
Datum: Juni 2004. Letzte Änderung am 25.November 2004
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