3B Scientific Ultrasonic Motion Sensor User Manual [en, de, fr, it, es]
3B SCIENTIFIC® PHYSICS
Ultraschall-Bewegungssensor U11361
Bedienungsanleitung
06/09 Hh
1. Sicherheitshinweise
Der Ultraschall-Bewegungssensor erzeugt im Betrieb
normalerweise einzeln hörbare Pulspakete (Bursts)
mit variabler Wiederholfrequenz. In diesem Zustand
ist der sichere Betrieb bei bestimmungsmäßigem
Gebrauch gewährleistet.
• Im Fehlerfalle (sichtbare Schäden am Gerät,
unübliche Burst-Tonfolge) das Gerät umgehend
außer Betrieb setzen.
2. Lieferumfang
1 Ultraschall-Bewegungssensor U11361
1 Stativstab, 120 mm lang
1 Stativstab, 60 mm lang
1 miniDIN-Anschlusskabel 8-pin, 1 m lang
1 Bedienungsanleitung zu U11361
3. Beschreibung
Sensorbox zur Messung eindimensionaler Bewegungen z.B. auf der Luftkissenfahrbahn oder des Freien
Falls.
Einsetzbar in Verbindung mit 3B NETlog
zur manuellen Messung oder zur Messwerterfassung
mit Computeranbindung 3B NETlab
Automatische Sensorerkennung am 3B NETlog
4. Funktionsweise
Der Bewegungssensor sendet mithilfe des GoldfolienUltraschallwandlers Pulspakete mit 16 Ultraschallimpulsen („Bursts“). Nach Ablauf einer minimalen
„akustischen Totzeit“ von ca. 1 ms – das entspricht
einem Objektabstand von ca. 15 cm – empfängt der
Ultraschallwandler die Reflexion als Echo an einem
(bewegten) Objekt („Target“). Aus der Zeitspanne
zwischen Senden und Empfangen und der temperaturabhängigen Schallgeschwindigkeit in Luft wird die
Entfernung zum Objekt berechnet. Der Bewegungssensor passt für größere Distanzen zwischen dem
Ultraschallwandler und dem Objekt automatisch die
Wiederholfrequenz der Bursts an. Sie beträgt ca. 40
Hz bei einer kurzen Entfernung und ca. 5 Hz bei
einer Distanz bis zu 10 m.
TM
(U11300)
TM
(U11310).
TM
.
1
5. Technische Daten
8. Experimentierbeispiel
Messbereich: 0,15 m – ca. 10 m
Auflösung: < 5 mm
Genauigkeit: ± 1 %
Sensortyp: Elektrostatischer 50 kHz-
Wandler
Öffnungswinkel
der Schallkeule: 15° @ - 6 dB
Burst-Wiederholfrequenz: 40 Hz bis 5 Hz,
automatische Anpassung
an die Targetentfernung
6. Bedienung
• Den Stativstab in die hierfür vorgesehene M6-
Mutter einschrauben.
• Das miniDIN-Kabel in die miniDIN-Buchse ein-
stecken und mit dem 3B NETlog
• Den Bewegungssensor mechanisch im Experi-
TM
verbinden.
mentieraufbau fixieren, z. B. vor der Luftkissenfahrbahn, unterhalb eines Fallkörpers oder in
der Schwingungsrichtung einer Pendelmasse.
• Das 3B NETlog
TM
einschalten und die Sensorer-
kennung abwarten.
• Die Messungen durchführen und anschließend
auswerten.
7. Anwendungen
Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung von bewegten Körpern.
Bewegungsvorgänge im Gesichtsfeld des Bewegungssensors.
Erfassung einfacher harmonischer Bewegungen eines
Feder-Masse-Systems.
Messung der Periodenzeiten schwingender Körper.
Auf- und Abbewegungen eines Objektes.
Das Hüpfen eines Balles.
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Richtungsumkehr
Benötigte Geräte:
1 3B NETlog
1 3B NETlab
TM
U11300
TM
U11310
1 Ultraschall-Bewegungssensor U11361
1 Universalmuffe U13255
1 Luftkissenfahrbahn, 1,6 m U40405
1 Gleiter 450 g, blau U40422
1 Luftstromerzeuger U15425
1 Konischer Reflektor U40462
• Das Experiment wie in Fig. 1 dargestellt aufbau-
en. Siehe hierzu auch die Bedienungsanleitung
der Luftkissenfahrbahn, 1,6 m!
• Bewegungssensor mittels Universalmuffe an der
Gummiband-Abschussvorrichtung an der Lufteinlassseite der Fahrbahn befestigen, siehe Detailfoto Fig. 2.
• Den Stopper mit der Umlenkrolle am anderen
Ende der Fahrbahn befestigen. Dabei darauf
achten, dass die Stoßfeder zur Fahrbahn weist.
• Die Fahrbahn mittels einstellbarem Fuß absen-
ken, so dass der Gleiter sich von selbst auf das
rechte Fahrbahnende hin bewegt.
• Bewegungssensor mittels miniDIN-
Anschlusskabel am Analog Input A oder B des 3B
TM
NETlog
• Die Sensorerkennung des 3B NETlog
• Den Fahrbahngleiter U40422 mit dem Konischen
einstecken.
TM
abwarten.
Reflektor U40462 versehen und die Luftkissenfahrbahn in Betrieb nehmen.
• Die Messung beginnen; hierzu den Gleiter an die
Seite des Lufteinlasses bewegen und aus dieser
Position abgleiten lassen.
• in der Software 3B NETlab
TM
das Experiment
(Template) für die „Geschwindigkeitsmessung
auf der Luftkissenfahrbahn“ aktivieren; hier befinden sich alle erforderlichen Auswerteeinstellungen.
• Das Experiment durchführen und auswerten,
siehe die Fig. 3.
2
Fig. 1: Experimenteller Aufbau zur Geschwindigkeitsmessung auf der Luftkissenfahrbahn
Fig. 2: Detailansichtder Sensorboxbefestigung auf der Luftkissenfahrbahn
Fig. 3: Aufzeichnung der Bewegungskurve (Ausschnitt) des Gleiters bei gleichmäßig beschleunigter Bewegung mit Richtungs umkehr
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com
Technische Änderungen vorbehalten
© Copyright 2009 3B Scientific GmbH
3B SCIENTIFIC® PHYSICS
Ultrasonic Motion Sensor U11361
Instruction manual
06/09 Hh
1. Safety instructions
When in operation, the ultrasonic motion sensor
customarily generates individually audible packets of
pulses (bursts) which repeat with variable frequency.
When operated in this way the equipment is guaranteed to be safe.
• In the case of a fault (visible damage to the
equipment, unusual sounding bursts) the
equipment should immediately be turned off.
2. Scope of delivery
1 Ultrasonic motion sensor U11361
1 Stand rod, 120 mm long
1 Stand rod, 60 mm long
1 miniDIN 8-pin connector lead, 1 m long
1 Instruction manual for U11361
Sensor box for measuring movements in one dimension e.g. on an air track or in free fall.
For use in conjunction with a 3B NETlog
unit for making manual measurements or connected
to a computer running 3B NETlab
acquisition of measured data.
The sensor is detected automatically by the 3B NET-
TM
log
unit.
The motion sensor utilises a gold-foil ultrasonic transducer and transmits packets consisting of 16 ultrasonic pulses (bursts). The ultrasonic sensor will detect
the echo of such signals from a (moving) object (“target”) after a minimal acoustic lag of about 1 ms –
corresponding to a distance to the object of about 15
cm. The exact distance to the object is calculated from
the time between the transmission of a signal and
detection of its echo, along with the speed of sound in
air, which is temperature dependent. For larger distances between sensor and object, the ultrasonic
transducer automatically adapts the repeat frequency
so that it is about 40 Hz for short distances and approximately 5 Hz for distances up to 10 m.
3. Description
4. Function
TM
(U11300)
TM
(U11310) for
1
5. Technical data
7. Sample experiment
Measuring range: 0.15 m –10 m approx.
Resolution: < 5 mm
Accuracy: ± 1 %
Sensor type: Electrostatic 50 kHz -
transducer
Angle of sensor
wedge opening: 15° @ - 6 dB
Burst repeat frequency: 40 Hz to 5 Hz,
automatically adapted
according to the distance
from the object
Uniform acceleration followed by change
of direction
Required equipment:
1 3B NETlog
1 3B NETlab
1 Ultrasonic motion sensor U11361
1 Universal clamp U13255
1 Air track, 1.6 m U40405
1 Glider 450 g, blue U40422
1 Air-flow generator U15425
1 Conical reflector U40462
• Set up the experiment as shown in Fig. 1. Also
5. Operation
• Screw the stand rod into the M6 nut provided.
• Plug the miniDIN cable into the miniDIN socket
and connect up the 3B NETlog
• Attach the motion sensor mechanically to the
TM
unit.
• Attach the motion sensor using a universal
• Attach the stopper with the pulley to the other
experiment set-up, e.g. in front of an air track,
under a free-falling body or in the path of a vibrating pendulum bob.
• Turn on the 3B NETlog
TM
unit and wait for it to
• Lower the track by adjusting the height of its
detect the sensor.
• Carry out measurements and evaluate them.
• Connect the sensor by means of its miniDIN
6. Applications
Position, speed and acceleration of moving objects.
• Wait for the 3B NETlog
• Attach a conical reflector U40462 to the glider
Movements in the range of the sensor.
Detecting simple harmonic motion of a weight on a
• Start measuring, starting with the rider moving
spring.
Measuring the period of an oscillating body.
• Open the experiment template for “speed meas-
Objects moving up and down.
The bouncing of a ball.
• Carry out the experiment and evaluate the re-
TM
unit U11300
TM
program U11310
take note of the instructions for the air track.
clamp to the rubber-band launcher on the airinlet side of the air track, see detailed photograph, Fig. 2.
end of the air track. Make sure that the stopper’s
spring buffer is facing along the track.
feet so that the rider moves under its own
weight towards the right-hand end of the track.
connector lead to analog input A or B on the 3B
TM
NETlog
unit.
TM
unit to detect the sen-
sor.
U40422 and turn on the air track.
away from the air inlet end of the track.
urement on an air track” in 3B NETlab
TM
, which
includes all the necessary settings for evaluating
the measurements.
sults. See Fig. 3.
2
Fig. 1: Experiment set-up for measuring speed on an air track
Fig. 2: Detailed view of how the sensor box is attached to the air track
Fig. 3: Recording of a curve showing part of the motion of a glider accelerating uniformly, then changing direction
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Germany • www.3bscientific.com
Subject to technical amendments
© Copyright 2009 3B Scientific GmbH
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