ตัวเลือกของฉันในการตรวจจับตำแหน่งของวัตถุที่เป็นโลหะเคลื่อนที่ขนาดเล็กคืออะไร?

นี่คือกับดักอัดเม็ดอัดลม:

ฉันยิงเม็ดโลหะเล็ก ๆ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 4.5 มม. 0.177 ") ที่สูงถึง 120 m / s = 390 fps

ตัวเลือกของฉันสำหรับตรวจจับตำแหน่ง X / Y ที่เข้าสู่เป้าหมายคืออะไร

มันจะทำให้ง่ายขึ้นหรือไม่ถ้าฉันต้องการรู้ระยะทางจากศูนย์กลาง? (คะแนน)

ตอนนี้เม็ดของฉันปราศจากสารตะกั่ว แต่ไม่ใช่ ferromagnetic (พวกมันไม่ยึดติดกับแม่เหล็ก) ถ้าฉันได้รับเม็ด ferromagnetic ฉันจะมีตัวเลือกเพิ่มขึ้นไหม? ผลอุปนัยหรือแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างอื่นอาจจะ?

ตอนนี้ฉันสามารถนึกถึง:

1. กล้องที่ติดตั้งบนขาตั้งกล้องที่จะเปรียบเทียบภาพต่อเนื่องและตรวจจับความแตกต่างใด ๆ บนกระดาษเป้าหมาย ข้อเสีย: มันต้องการพลังการประมวลผลที่ดี (อย่างน้อย Raspberry Pi) และมันอาจจะพลาดเม็ดที่ผ่านรูที่สลักด้วยเม็ดก่อนหน้านี้ มันจะไม่ทำงานเช่นกันกับแถบสีดำ

2. เครื่องสแกนเลเซอร์หรือ CCD สองเครื่องเช่นเครื่องสแกนบาร์โค้ดแบบ repurposed ติดตั้งตามขอบเป้าหมายที่ 90 °ซึ่งกันและกัน ข้อเสีย: เลนส์จะต้องถูกปรับแต่งในกรณีของ CCD พวกเขาอาจต้องการพื้นหลังสีขาวอ้างอิงอยู่อีกด้านหนึ่ง และพวกมันจะต้องเร็วมากเพราะเม็ดกำลังเคลื่อนที่เร็วมาก

ความคิดอื่น ๆ ?

ฉันสามารถใช้เสาอากาศที่ติดตั้งตามขอบเพื่อตรวจจับผลแม่เหล็กไฟฟ้าบางชนิดได้หรือไม่? จะเกิดอะไรขึ้นถ้าสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เม็ดโลหะจะทำปฏิกิริยากับมันอย่างเห็นได้ชัดหรือไม่? ferromagnetic pellet จะเป็นเช่นนั้นหรือไม่?

ฉันสามารถใช้เครื่องตรวจจับระยะทางความเร็วเหนือเสียงสองเครื่องติดตั้งที่ 90 °กับกันได้หรือไม่ พวกเขาสามารถตรวจจับวัตถุขนาดเล็กเช่นนี้เดินทางเร็วหรือไม่

ขดลวดวงกลมรอบปริมณฑลด้านนอกของชิ้นงานสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก: -

ความหนาแน่นของฟลักซ์อยู่ที่จุดต่ำสุด (แต่ไม่เป็นศูนย์) ที่กึ่งกลางและในขณะที่คุณเข้าใกล้ขดลวดรอบปริมณฑลความหนาแน่นฟลักซ์จะเพิ่มขึ้น

ถ้ากระแสเป็นกระแส AC ความหนาแน่นฟลักซ์สูงสุดจะเป็นสูงกว่าเมื่อเทียบกับตัว DC อย่างไรก็ตามความแตกต่างใหญ่คือ (เนื่องจากการเหนี่ยวนำกระแสวน) วัสดุใด ๆ ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงการเหนี่ยวนำขดลวดเมื่อมันผ่านถึง ดังนั้นหากคุณจัดให้ขดลวดเป็นส่วนหนึ่งของออสซิลเลเตอร์ (โดยเฉพาะในช่วงเอาต์พุตดังนั้นจึงมี AC มากขึ้น) คุณสามารถปรับขดลวดด้วยตัวเก็บประจุและตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความถี่เมื่อเม็ดผ่านไป การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่นั้นจะเกิดขึ้นในขณะที่เม็ดอยู่ใกล้กับขดลวดรอบนอก$\sqrt2$

เห็นได้ชัดว่าเม็ดที่ใหญ่กว่านั้นก็จะสร้างความเบี่ยงเบนของความถี่ที่มากขึ้นด้วยดังนั้นมันจึงจำเป็นต้องทำการปรับเทียบสำหรับเม็ด. 017 0r .22 ที่แตกต่างกัน

ใช้เครื่องตรวจจับความถี่บางรูปแบบเพื่อสร้าง dc blip (demodulated) และขนาดของ blip นั้นเป็นสัดส่วนกับระยะที่ใกล้หรือไกลจากขอบม้วนที่คุณอยู่ ด้านหนึ่งคือด้านนอกของขดลวดจำเป็นต้องมีบางสิ่งบางอย่างในการป้องกันไม่ให้เม็ดเล็ก ๆ ที่ลงทะเบียนอยู่ภายในลูป คุณต้องการความถี่ที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อที่อาจจะเป็นไม่กี่เมกะเฮิรตซ์เพื่อให้เครื่องตรวจจับสามารถลงทะเบียนหลายสิบรอบการเปลี่ยนแปลงเมื่อกระสุนปืนผ่านไป

ที่ 120 เมตรต่อวินาทีความรู้สึกบอกว่ามันจะเริ่มลงทะเบียนบางสิ่งบางอย่างเมื่อขดลวดอาจห่างจากขดลวด 50 มม. ดังนั้นอาจมีระยะห่างที่น่ารักประมาณ 10 มม. ที่ความถี่เปลี่ยนไปมากที่สุด ที่ 120 m / s, 1m เดินทางใน 8.333 ms ดังนั้น 10mm เป็นระยะเวลา 83.33 เราดังนั้นบางที 83 รอบ 1MHz อาจตรวจพบได้ที่ยอมรับได้ แต่ที่ 10MHz มันจะดีกว่า

สิ่งนี้จะต้องวนรอบ 1 เทิร์นด้วยการปรับจูนไม่กี่ร้อย pF

มันสามารถทำได้

ฉันเคยออกแบบเครื่องตรวจจับโลหะยาที่กำลังมองหาสารปนเปื้อนในการผลิตยาเม็ด มันใช้ 1MHz และสามารถตรวจจับอนุภาคขนาดเล็กเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.25 มม. (เหล็กและไม่ใช่เหล็ก แต่ไม่ใช่สแตนเลส) มันมีขดลวดสี่เหลี่ยมประมาณ 100 มม. โดย 35 มม. ดังนั้นมันจึงเล็กกว่าหนึ่งสำหรับเป้าหมาย แต่ถ้าคุณพิจารณาว่า "ระดับการตรวจจับ" นั้นเป็นสัดส่วนกับมวลและมวลนั้นแปรผันตามระยะทางเท่ากับลูกบาศก์มันควรจะโอเค

A .177 pellet สามารถสันนิษฐานได้ว่าเป็นทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.5 มม. - นี่คือ 18 เท่าที่ใหญ่กว่า 0.25 มม. ดังนั้นมวลของมันจะใหญ่กว่า 5,832 เท่าและสัญญาณจะใหญ่ขึ้นประมาณ 5,832 เท่า

คุณสามารถลองชุดไมโครโฟนที่จัดเรียงไว้รอบ ๆ เส้นทางของกระสุนปืน

ฉันเคยเห็นโดรนเป้าหมายที่ใช้ไมโครโฟนหลายชุดเพื่อตรวจจับระยะห่างของกระสุนที่บินผ่านมา ในกรณีนี้การปัดเศษนั้นมีความเร็วเหนือเสียงดังนั้นเสียงของพวกเขาดังขึ้นเล็กน้อยและคมชัดกว่าของคุณ แต่หลักการยังคงใช้งานได้

ในการสำรวจความคิดนี้คุณสามารถรับไมโครโฟนอิเล็กเตรตสองตัวได้อคติได้อย่างถูกต้องและทดสอบด้วยออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล หากคุณไม่มีคุณสามารถเชื่อมต่อพวกเขาเข้ากับการ์ดเสียงของคอมพิวเตอร์ (สายเข้าเพื่อรับสเตอริโอ) ติดตั้งบนแท่งห่างจากกัน 30 ซม. ทำการบันทึกเสียงในอัตราตัวอย่างสูงสุดของคุณและยิงเม็ดเล็ก ๆ เหนือพวกมันในตำแหน่งต่าง ๆ ดูไฟล์ WAV ด้วยความกล้าและดูว่า 1) มีแรงกระตุ้นที่มีประโยชน์และ 2) ถ้าเวลาของความแตกต่างของการมาถึงสอดคล้องกับเส้นทางที่แตกต่างกันของภาพ

330 m / s หารด้วย 44 kHz คือ 7.5 มม. ดังนั้นหากไมโครโฟนมีแบนด์วิดท์เพียงพอฉันคิดว่าคุณมีโอกาสตรวจจับตำแหน่งด้วยการ์ดเสียง

หากคุณเห็นผลลัพธ์ที่ดีด้วยการ์ดเสียงขั้นตอนต่อไปคือการออกแบบวงจรตรวจจับที่สามารถตรวจจับแรงกระตุ้นเสียงได้อย่างถูกต้องสมเหตุสมผล มันอาจจะง่ายพอ ๆ กับฟิลเตอร์กรองความถี่สูง, แอมพลิฟายเออร์และตัวเปรียบเทียบ จากนั้นทำอย่างน้อย 3 แต่ดีกว่า 4 หรือ 5 อย่างจากนั้นจัดไมโครโฟนรอบเป้าหมายและเชื่อมต่อกับ Arduino ของคุณเพื่อทำจังหวะ คุณต้องการเวลาที่สัมพันธ์กันและอาจมีเพียง 10 ความละเอียดเท่านั้นดังนั้น Arduino จึงสมบูรณ์แบบ

จากนั้นมันก็เป็นแค่คณิตศาสตร์บางอย่างซึ่งอาจอยู่บนพีซีของคุณแทนที่จะเป็น Arduino เพื่อหาตำแหน่งของเม็ดในอาร์เรย์ไมโครโฟน

ความคิดเล็ก ๆ น้อย ๆ : ระวังเสียงปืนไรเฟิลที่ทำให้เครื่องตรวจจับ - อาจเป็นประตูซอฟต์แวร์ที่บันทึกพัลส์ชุดที่สองเท่านั้น? วงจรตรวจจับต้องรีเซ็ตอย่างรวดเร็วและไม่อยู่ด้านบนสุด นอกจากนี้ระวังว่าวงจรตัวตรวจจับของคุณไม่อ่านเสียงดังเร็วกว่าเสียงที่เบากว่าซึ่งจะทำให้การคำนวณช่วงนั้นแม่นยำน้อยลง นอกเหนือจากการทำให้อุปกรณ์ตรวจจับดีขึ้นในการยกระดับสูงสุดแล้วคุณยังสามารถจัดวางไมโครโฟนให้ห่างกันได้มากขึ้นไม่ใช่แค่ที่มุมของเป้าหมาย วางไมโครโฟนไว้ด้านหน้าให้ดีที่สุดเพื่อให้คุณไม่มีเสียงสะท้อนจากกระดาษแข็ง

คุณสามารถใช้เมทริกซ์เมมเบรน "ยาง" ของผู้ติดต่อระยะห่างใกล้เคียง (คล้ายกับแป้นพิมพ์) คุณสามารถใช้เมทริกซ์ลวด 10 x 10 หรือ 100 x 100 ขึ้นอยู่กับความแม่นยำของความละเอียดที่คุณต้องการ ด้วยการสแกนรายชื่อผู้ติดต่อด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์คุณจะสามารถกำหนดได้ว่าจะให้เม็ดยากระทบกับที่ใด

คุณได้อ้างถึงวิธีแก้ปัญหาที่ใช้งานได้จริงและง่ายที่สุดแล้วกล้อง แต่ดูเหมือนว่าคุณได้เห็นป่าและไม่มีต้นไม้: ประเด็นคือมีกล้องทุกชนิดและคุณแสดงประสบการณ์ของคุณที่จะไม่รวมถึงประเภทที่คุณต้องการ : กล้องความเร็วสูง กล้องทั่วไปถ่ายรูปหนึ่งภาพเมื่อคุณกดปุ่มหนึ่งครั้ง กล้องราคาแพงกว่าสามารถติดตั้งเครื่องไขลานอัตโนมัติ (สำหรับกล้องแบบเก่าที่ใช้ฟิล์ม FILM ซึ่งตอนนี้ล้าสมัยแล้ว) และผู้หมุนจะเปิดชัตเตอร์และรับการเปิดรับแสงอื่นทันทีที่ภาพยนตร์เข้าสู่เฟรมถัดไป แต่กล้องความเร็วสูงซึ่งไม่ได้ใช้ฟิล์มสามารถถ่ายภาพต่อวินาทีได้อย่างไม่น่าเชื่อโดยสามารถถ่ายภาพได้ถึง 20,000 ภาพต่อวินาทีหรือมากกว่า นี่คือทางออกของคุณหากคุณสามารถจ่ายได้ มันจะ, แน่นอนว่าต้องมีการซิงโครไนซ์ทางอิเล็กทรอนิกส์กับ TRIGGER ในปืนอัดเม็ดและบอกว่าทั้งปืนอัดเม็ดและกล้องเริ่มต้นโดยอัตโนมัติ กล้องจะเริ่มถ่ายภาพเล็กน้อยก่อนที่จะยิงออกไปและระวังการเล็งควบคู่ไปกับ (ฉันคาดหวัง) การโฟกัสอัตโนมัติ (หรือทุ่งกว้างมาก) จะติดตามกระสุนปืนจากเวลาที่มันพุ่งออกจากถังจนถึงเวลาที่กระทบ เป้าหมาย. สิ่งที่คุณต้องทำคือเล่นและดูบันทึก และมันจะไม่สำคัญหากเม็ดปัจจุบันไหลผ่านรู OLD ในเป้าหมาย คุณเห็นมันไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น ตอนนี้ข่าวดี: แม้ว่านี่จะเป็นทางออกที่ง่ายที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับปัญหาของคุณ แต่ก็ไม่ได้มาถูก มีเพียงคุณเท่านั้นที่สามารถตัดสินใจได้ว่าจะคุ้มค่ากับคุณมากเพียงใดที่จะมีความมั่นใจแน่นอนเกี่ยวกับวิถีโคจร ฉันคาดหวังว่ากล้องความเร็วสูงที่คุณต้องการ (a-la-Mythbusters) จะเสียค่าใช้จ่ายหลายพันดอลลาร์ในการซื้อและหลายร้อยดอลลาร์เพื่อเช่าในช่วงเวลาสั้น ๆ ถ้าคุณสามารถหาคนมาเช่าคุณได้ (FLUKE ทำ กล้องพวกเขาเช่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรืออย่างน้อยก็เคย) แต่มันเป็นวิธีการแก้ปัญหาของคุณหากคุณสามารถจ่ายได้!