Jakie są moje opcje wykrywania położenia małego poruszającego się metalu?

Jest to pułapka na wiatrówki:

Strzelam w nią małymi metalowymi granulkami (4,5 mm = .177 "średnicy) z prędkością do 120 m / s = 390 fps.

Jakie są moje opcje wykrywania pozycji X / Y, w której wchodzi ona w cel?

Czy to ułatwia, jeśli potrzebuję tylko znać odległość od centrum? (wynik)

W tej chwili moje granulki są pozbawione ołowiu, ale nie ferromagnetyczne (nie przyklejają się do magnesu). Gdybym dostawał granulki ferromagnetyczne, czy miałbym więcej opcji? Może jakiś efekt indukcyjny lub w inny sposób elektromagnetyczny?

Teraz mogę myśleć o:

1. Aparat zamontowany na statywie, który porównywałby kolejne zdjęcia i wykrywał wszelkie różnice na docelowym papierze. Wady: potrzebowałby przyzwoitej mocy obliczeniowej (przynajmniej Raspberry Pi) i prawdopodobnie przegapiłby śrut przechodzący przez otwór wyrzeźbiony przez poprzedni śrut. Nie działałoby to również dobrze w przypadku czarnych pasm.

2. Dwa skanery laserowe lub CCD, takie jak zmienione skanery kodów kreskowych, zamontowane wzdłuż krawędzi docelowych pod kątem 90 ° względem siebie. Wady: optyka musiałaby zostać poprawiona w przypadku CCD; prawdopodobnie potrzebowaliby białego tła referencyjnego po drugiej stronie; i musiałyby być bardzo szybkie, ponieważ granulki poruszają się bardzo szybko.

Jakieś inne pomysły?

Czy mogę użyć anten zamontowanych wzdłuż krawędzi, aby wykryć jakiś efekt elektromagnetyczny? Co jeśli wytworzy się pole elektromagnetyczne? Czy metalowy granulat wchodziłby z nim w jakikolwiek zauważalny sposób? Czy zrobiłby to ferromagnetyczny granulat?

Czy mogę używać dwóch naddźwiękowych detektorów odległości zamontowanych pod kątem 90 ° względem siebie? Czy potrafią wykryć tak mały przedmiot, podróżujący szybko?

Okrągła cewka wokół zewnętrznego obwodu celu generuje strumień magnetyczny:

Gęstość strumienia jest minimalna (ale nie zero) w środku, a gdy zbliżasz się do obwodu cewki, gęstość strumienia wzrasta.

$\sqrt2$

Oczywiście większy pellet generowałby również większe odchylenie częstotliwości, więc należy go skalibrować dla pelletu .177 0r .22 inaczej.

Użyj jakiejś formy detektora częstotliwości, aby wytworzyć sygnał wyjściowy prądu stałego (demodulowany), a rozmiar sygnału wyjściowego jest proporcjonalny do tego, jak blisko lub jak daleko jesteś od krawędzi cewki. Jedną wadą jest to, że na zewnątrz cewki musi znajdować się coś, co uniemożliwi rejestrację zbłąkanych granulek jako w pętli. Chcesz mieć przyzwoicie wysoką częstotliwość, prawdopodobnie kilka MHz, aby detektor mógł zarejestrować kilkadziesiąt cykli zmieniających się, gdy pocisk przechodzi.

Przy 120 metrach na sekundę przeczucie mówi mi, że zacznie coś rejestrować, gdy cewka będzie być może 50 mm od cewki, więc być może odległość między punktami wynosi około 10 mm, gdzie częstotliwość zmienia się najbardziej. Przy prędkości 120 m / s 1 m przemieszcza się w 8,333 ms, więc 10 mm to okres 83,33 nas, więc może 83 cykle 1 MHz mogą zostać wykryte w akceptowalny sposób, ale przy 10 MHz byłoby lepiej.

Będzie to wymagało tylko pętli 1 obrotu z kilkoma setkami pF strojenia.

To jest w stanie.

Kiedyś projektowałem farmaceutyczne wykrywacze metali poszukujące zanieczyszczeń metalicznych w produkcji pigułek. Wykorzystał 1 MHz i mógł wykryć cząstki o średnicy nawet 0,25 mm (żelazne i nieżelazne, ale nie ze stali nierdzewnej). Miał kwadratową cewkę o wymiarach około 100 mm na 35 mm, więc był odrobinę mniejszy niż jeden dla celu, ale jeśli weźmiesz pod uwagę, że „poziomy wykrywalności” są proporcjonalne do masy, a masa jest proporcjonalna do sześcianu odległości, to powinno być OK.

Osadę .177 można uznać za kulę o średnicy 4,5 mm - jest ona 18 razy większa niż 0,25 mm, a zatem jej masa będzie 5832 razy większa, a sygnał będzie z grubsza 5832 razy większy.

Możesz wypróbować zestaw mikrofonów rozmieszczonych wokół ścieżki pocisku.

Kiedyś widziałem drona docelowego, który używał szeregu mikrofonów do wykrywania odległości braku pocisków przelatujących obok niego. W tym przypadku rundy były naddźwiękowe, więc ich dźwięk był nieco głośniejszy i ostrzejszy niż twój, ale zasada może nadal działać.

Aby zbadać ten pomysł, możesz uzyskać dwa małe mikrofony elektretowe, prawidłowo je odchylić i przetestować za pomocą oscyloskopu cyfrowego. Jeśli go nie masz, możesz także podłączyć je do karty dźwiękowej komputera (wejście liniowe, aby uzyskać Stereo). Zamontuj je na patyku, na przykład w odległości 30 cm, zrób nagranie audio z najwyższą częstotliwością próbkowania i wystrzel kilka kuleczek w różnych pozycjach. Przejrzyj pliki WAV za pomocą Audacity i sprawdź, czy 1) jest przydatny impuls i 2) czy różnica czasu dotarcia odpowiada różnym ścieżkom strzału.

330 m / s podzielone przez 44 kHz to 7,5 mm, więc jeśli mikrofony mają wystarczającą szerokość pasma, myślę, że masz szansę wykryć pozycję za pomocą karty dźwiękowej.

Jeśli zobaczysz dobre wyniki z kartą dźwiękową, następnym krokiem będzie zaprojektowanie obwodu detektora, który może rozsądnie dokładnie wykryć impuls dźwiękowy, wytwarzając proste przejście niskie> wysokie na wyjściu. Może to być tak proste, jak filtr górnoprzepustowy, wzmacniacz i komparator. Następnie wykonaj co najmniej 3, ale lepiej 4 lub 5 z nich, ustaw mikrofony wokół celu i podłącz je do Arduino, aby wykonać pomiar czasu. Potrzebujesz tylko względnego czasu i tylko rozdzielczości około 10 nas, więc Arduino jest idealne.

To tylko matematyka, prawdopodobnie na twoim komputerze, a nie Arduino, aby ustalić pozycję peletu w zestawie mikrofonów.

Kilka małych myśli: uważaj na dźwięk samego karabinu wyzwalającego detektory - może brama programowa, która rejestruje tylko drugi zestaw impulsów? Obwód detektora musi zostać szybko zresetowany i nie może pozostawać długo na górze. Uważaj również, aby obwody detektora nie odczytywały głośnych dźwięków wcześniej niż cichszych - spowodowałoby to, że obliczanie zasięgu byłoby mniej dokładne. Poza tym, że detektor lepiej podnosi pik, możesz ustawić mikrofony dalej od siebie, nie tylko w rogach celu. Trzymaj mikrofony daleko przed celem, aby nie odbić dźwięku od tektury.

Możesz użyć „gumowanej” matrycy membranowej o blisko rozmieszczonych stykach (podobnej do klawiatury). W zależności od wymaganej dokładności rozdzielczości można użyć matrycy drutowej 10 x 10 lub 100 x 100. Dzięki elektronicznemu skanowaniu kontaktów będziesz w stanie ustalić, gdzie trafia granulka.

Przytoczyłeś już najbardziej praktyczne i najprostsze rozwiązanie, kamerę, ale wygląda na to, że widziałeś las i nie ma drzew: chodzi o to, że istnieją różne rodzaje kamer, i pokazujesz swoje doświadczenie, NIE uwzględniając tego, czego potrzebujesz : szybki aparat. Typowy aparat robi jedno zdjęcie po jednokrotnym naciśnięciu przycisku. Droższy aparat można wyposażyć w automatyczny nawijacz (w przypadku starych aparatów opartych na FILM, teraz prawie przestarzały), a nawijacz otworzy migawkę i wykona kolejną ekspozycję, gdy tylko film przejdzie do następnej klatki. Ale aparat o wysokiej prędkości, który NIE jest oparty na filmie, może wykonywać prawie niewiarygodną liczbę zdjęć na sekundę, co daje zakres 20 000 ekspozycji na sekundę LUB WIĘCEJ. TO jest twoje rozwiązanie, jeśli możesz sobie na to pozwolić. To będzie, oczywiście trzeba je zsynchronizować elektronicznie z TRIGGER na pistolecie na pelety, co oznacza, że ​​zarówno pistolet na pellety, jak i kamera są automatycznie inicjowane. Aparat zacznie robić zdjęcia trochę przed oddaniem strzału, a staranne celowanie w połączeniu z (spodziewam się) automatycznym ustawianiem ostrości (lub bardzo szerokim polem) śledzi pocisk od momentu opuszczenia lufy do momentu jego trafienia cel. Wszystko, co musisz zrobić, to odtworzyć i obejrzeć nagranie. I nie będzie nawet miało znaczenia, czy aktualny pellet przejdzie przez STARY otwór w celu. WIDZISZ TO, bez względu na to, co się stanie. Teraz zła wiadomość: chociaż jest to najprostsze, najskuteczniejsze rozwiązanie twojego problemu, NIE JEST TANIO. Tylko Ty możesz zdecydować, ile warto mieć absolutną pewność co do trajektorii; Spodziewam się, że aparat o wysokiej prędkości, którego potrzebujesz (a-la-Mythbusters) będzie kosztował wiele tysięcy dolarów, a krótkoterminowe wypożyczenie wielu setek dolarów, JEŻELI możesz znaleźć kogoś, kto by Cię wypożyczył (czy FLUKE robi aparaty? Oni wypożyczają sprzęt elektroniczny, a przynajmniej kiedyś); ale to jest WIELKIE rozwiązanie twojego problemu, jeśli możesz sobie na to pozwolić!