Lựa chọn của tôi để phát hiện vị trí của một vật kim loại chuyển động nhỏ là gì?

Đây là một bẫy đạn súng hơi:

Tôi bắn các viên kim loại nhỏ vào nó (đường kính 4,5mm = 0,177 ") với tốc độ lên tới 120 m / s = 390 khung hình / giây.

Các tùy chọn của tôi để phát hiện vị trí X / Y mà nó đi vào mục tiêu là gì?

Có làm cho nó dễ dàng hơn nếu tôi chỉ cần biết khoảng cách từ trung tâm? (điểm số)

Ngay bây giờ các viên của tôi không có chì, nhưng không có sắt từ (chúng không dính vào nam châm.) ​​Nếu tôi có được các viên sắt từ, tôi có nhiều lựa chọn hơn không? Một số hiệu ứng điện cảm hoặc cách khác có thể?

Ngay bây giờ tôi có thể nghĩ về:

1. Một máy ảnh được gắn trên giá ba chân, sẽ so sánh các hình ảnh liên tiếp và phát hiện bất kỳ sự khác biệt nào trên giấy mục tiêu. Nhược điểm: nó sẽ cần sức mạnh tính toán khá (ít nhất là Raspberry Pi) và nó có thể sẽ bỏ lỡ một viên đi qua lỗ được khắc bởi viên trước đó. Nó cũng sẽ không hoạt động tốt đối với các ban nhạc đen.

2. Hai máy quét laser hoặc CCD, chẳng hạn như máy quét mã vạch được định vị lại, được gắn dọc theo các cạnh mục tiêu ở góc 90 ° với nhau. Nhược điểm: quang học sẽ phải được điều chỉnh trong trường hợp của CCD; họ có thể sẽ cần một nền tham chiếu màu trắng ở phía bên kia; và họ sẽ phải rất nhanh, vì các viên đang di chuyển rất nhanh.

Còn ý tưởng nào khác không?

Tôi có thể sử dụng ăng-ten gắn dọc theo cạnh để phát hiện một số loại hiệu ứng điện từ không? Điều gì nếu sản xuất một trường điện từ? Các viên kim loại sẽ tương tác với nó theo bất kỳ cách đáng chú ý nào? Một viên sắt từ sẽ làm như vậy?

Tôi có thể sử dụng hai máy dò khoảng cách siêu âm, được gắn ở 90 ° với nhau không? Họ có thể phát hiện một vật thể nhỏ như vậy, đi nhanh không?

Một cuộn tròn xung quanh chu vi bên ngoài của mục tiêu tạo ra từ thông: -

Mật độ từ thông ở mức tối thiểu (nhưng không phải bằng 0) ở trung tâm và khi bạn tiếp cận chu vi cuộn, mật độ từ thông tăng lên.

$\sqrt2$

Rõ ràng, một viên lớn hơn cũng sẽ tạo ra độ lệch tần số lớn hơn vì vậy nó cần được hiệu chỉnh cho 0,177 0r .22 viên khác nhau.

Sử dụng một số dạng máy dò tần số để tạo ra một đốm sáng dc (giải điều chế) và kích thước của đốm sáng tỷ lệ thuận với khoảng cách gần hoặc bao xa so với cạnh cuộn dây của bạn. Một nhược điểm là bên ngoài cuộn dây cần phải có một cái gì đó để ngăn chặn các viên lạc lạc đăng ký như trong vòng lặp. Bạn muốn có tần số cao khoảng vài MHz để máy dò có thể đăng ký vài chục chu kỳ thay đổi khi đường đạn đi qua.

Ở cảm giác ruột 120 mét mỗi giây cho tôi biết nó sẽ bắt đầu đăng ký một cái gì đó khi cuộn dây có thể cách cuộn dây khoảng 50mm nên có thể có khoảng cách điểm ngọt khoảng 10 mm trong đó tần số thay đổi nhiều nhất. Với tốc độ 120 m / s, 1m được di chuyển trong 8,33 ms vì vậy 10 mm là khoảng thời gian 83,33 chúng tôi vì vậy có thể 83 chu kỳ 1 MHz có thể được phát hiện chấp nhận được nhưng ở mức 10 MHz thì tốt hơn.

Điều này sẽ chỉ yêu cầu một vòng lặp 1 lượt với vài trăm pF điều chỉnh.

Đó là điều có thể.

Tôi đã từng thiết kế máy dò kim loại dược phẩm tìm kiếm chất gây ô nhiễm kim loại trong sản xuất thuốc. Nó sử dụng 1MHz và có thể phát hiện các hạt có đường kính nhỏ 0,25mm (kim loại màu và kim loại màu nhưng không phải thép không gỉ). Nó có một cuộn dây vuông khoảng 100mm x 35mm nên nhỏ hơn một chút so với mục tiêu nhưng nếu bạn cho rằng "mức phát hiện" tỷ lệ thuận với khối lượng và khối lượng tỷ lệ thuận với khoảng cách được đặt khối thì sẽ ổn.

Một viên đạn .177 có thể được coi là một quả cầu đường kính 4,5mm - nó lớn hơn 18 lần so với 0,25mm và do đó khối lượng của nó sẽ lớn hơn 5,832 lần và tín hiệu sẽ lớn hơn khoảng 5,832 lần.

Bạn có thể thử một bộ micro được sắp xếp xung quanh đường đi của đạn.

Có lần tôi đã thấy một máy bay không người lái mục tiêu sử dụng một loạt micro để phát hiện khoảng cách bỏ lỡ của các viên đạn bay qua nó. Trong trường hợp này, các vòng tròn là siêu âm nên âm thanh của chúng to hơn và sắc nét hơn âm thanh của bạn, nhưng nguyên tắc vẫn có thể hoạt động.

Để khám phá ý tưởng này, bạn có thể có được hai micrô điện tử nhỏ, định vị chính xác chúng và kiểm tra bằng máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số. Nếu bạn không có, bạn cũng có thể kết nối chúng với card âm thanh máy tính của mình (xếp hàng, để bạn có được Âm thanh nổi). Gắn chúng vào một cái que, cách nhau 30 cm, tạo một bản ghi âm ở tốc độ mẫu cao nhất của bạn và bắn một vài viên lên chúng ở các vị trí khác nhau. Xem qua các tệp WAV với Audacity và xem nếu 1) có một xung hữu ích và 2) nếu thời gian chênh lệch đến tương ứng với các đường khác nhau của ảnh.

330 m / s chia cho 44 kHz là 7,5 mm, vì vậy nếu micrô có đủ băng thông, tôi nghĩ bạn có cơ hội phát hiện vị trí bằng card âm thanh.

Nếu bạn thấy kết quả tốt với card âm thanh, bước tiếp theo sẽ là thiết kế mạch dò có thể phát hiện chính xác xung âm thanh một cách hợp lý, tạo ra sự chuyển tiếp thấp -> cao trên đầu ra của nó. Nó có thể đơn giản như một bộ lọc, bộ khuếch đại và bộ so sánh thông cao. Sau đó tạo ra ít nhất 3, nhưng tốt hơn 4 hoặc 5 trong số này, sắp xếp các micrô xung quanh mục tiêu và kết nối chúng với Arduino của bạn, để thực hiện thời gian. Bạn chỉ cần thời gian tương đối, và chỉ có độ phân giải có lẽ là 10 chúng tôi, vì vậy một Arduino là hoàn hảo.

Sau đó, chỉ là một số phép toán, có lẽ trên PC của bạn chứ không phải Arduino, để tìm ra vị trí của các viên trong mảng micro.

Một vài suy nghĩ nhỏ: Coi chừng âm thanh của khẩu súng trường kích hoạt các máy dò - có thể là một cổng phần mềm chỉ ghi lại các xung thứ hai? Mạch dò phải nhanh chóng thiết lập lại và không ở trên đầu lâu. Ngoài ra, xem ra rằng các mạch dò của bạn không đọc âm thanh lớn hơn âm thanh nhẹ hơn - điều này sẽ làm cho phép tính phạm vi kém chính xác hơn. Ngoài việc làm cho máy dò tốt hơn trong việc lấy đỉnh, bạn có thể đặt các micrô cách xa nhau hơn, không chỉ ở các góc của mục tiêu. Giữ micro phía trước mục tiêu để bạn không bị phản xạ âm thanh từ bìa cứng.

Bạn có thể sử dụng ma trận màng "cao su hóa" của các tiếp điểm cách đều nhau (tương tự như bàn phím). Tùy thuộc vào độ chính xác độ phân giải bạn cần, bạn có thể sử dụng ma trận dây 10 x 10 hoặc 100 x 100. Bằng cách quét điện tử các số liên lạc, bạn sẽ có thể xác định vị trí của viên đạn.

Bạn đã trích dẫn giải pháp thiết thực và đơn giản nhất, máy ảnh, nhưng có vẻ như bạn đã nhìn thấy rừng và không có cây cối: vấn đề là có tất cả các loại máy ảnh và bạn thể hiện kinh nghiệm của mình KHÔNG bao gồm loại bạn cần : một camera tốc độ cao. Một máy ảnh thông thường sẽ chụp một ảnh khi bạn nhấn nút một lần. Một máy ảnh đắt tiền hơn có thể được trang bị một máy quay tự động (đối với các máy ảnh dựa trên PHIM kiểu cũ, hiện đã gần như lỗi thời) và máy cuộn sẽ mở màn trập và thực hiện một phơi sáng khác ngay khi phim tiến tới khung hình tiếp theo. Nhưng một máy ảnh tốc độ CAO, một camera KHÔNG dựa trên phim, có thể chụp được số lượng hình ảnh gần như không thể tin được trong một giây, rõ ràng trong phạm vi 20.000 lần phơi sáng mỗi giây HOẶC THÊM. Đây là giải pháp của bạn, nếu bạn có đủ khả năng. Nó sẽ, tất nhiên cần phải được đồng bộ hóa điện tử với TRIGGER trên súng đạn và điều đó cho thấy rằng cả súng bắn đạn và máy ảnh đều được tự động khởi động. Máy ảnh sẽ bắt đầu chụp ảnh một chút trước khi bắn, và nhắm cẩn thận kết hợp với (tôi mong đợi) lấy nét tự động (Hoặc trường rất rộng) sẽ theo dõi đạn từ lúc nó rời nòng súng cho đến khi nó chạm vào nòng súng mục tiêu. Tất cả bạn phải làm là phát lại và xem hồ sơ. Và thậm chí sẽ không có vấn đề gì nếu viên hiện tại đi qua lỗ OLD trong mục tiêu. BẠN XEM NÓ, không có vấn đề gì xảy ra. Bây giờ là tin xấu: mặc dù đây là giải pháp đơn giản nhất, hiệu quả nhất cho vấn đề của bạn, nhưng nó KHÔNG ĐẾN GIÁ RẺ. Chỉ bạn mới có thể quyết định giá trị của nó đối với bạn là bao nhiêu để có sự chắc chắn tuyệt đối về quỹ đạo; Tôi hy vọng máy ảnh TỐC ĐỘ CAO mà bạn cần (a-la-Mythbuster) sẽ tốn nhiều nghìn đô la để mua và hàng trăm đô la để thuê trong một thời gian ngắn, NẾU bạn có thể tìm ai đó thuê bạn (FLUKE có làm được không Họ thuê thiết bị điện tử, hoặc ít nhất là họ đã từng sử dụng); nhưng đó là một DANDY của một giải pháp cho vấn đề của bạn, nếu bạn có đủ khả năng!