Коллимация эхолота

9

Интересно, знает ли кто-нибудь о способе изменения ультразвукового датчика приближения таким образом, чтобы его дальность прямой видимости оставалась неизменной, но его угловой разброс уменьшался, в некотором смысле в смысле «коллиматора» (с точки зрения светлый). Чтобы объяснить проблему, я экспериментировал с датчиком el-cheapo HC-SR04, пытаясь определить уровень воды в пластиковом ведре (25 л. Об.). Хотя я не уверен на 100%, но я думаю, что диаметр ковша - это проблема, что даже когда уровень воды низкий (около 18-19 дюймов от датчика), я получаю показание, которое переводится в около 8 дюймов. Единственное объяснение, которое я имею, - то, что сонар читает волны, отражающиеся от стен ковша.

Мне было интересно, может ли работать какой-нибудь коллиматор, построенный из звукопоглощающего материала? Я попробую поэкспериментировать с пеной низкой плотности (возможно, из пенопласта), но не совсем уверен, действительно ли она звукопоглощающая.

icarus74
источник
Узел преобразователя прикреплен к ковшу? Просто думать, что отражение может идти вверх по ведру.
PeterJ
В дополнение ко всему остальному убедитесь, что у вас есть чистые электрические соединения, особенно источник с низким импедансом.
Крис Страттон
@PeterJ, датчик в настоящее время находится у меня в руке с ручным выравниванием по центральной оси ковша и примерно на дюйм выше уровня краев.
icarus74
@icarus Нет! Используйте «Руки помощи» или подставку для удержания датчика, иначе движение руки может испортить показания.
Аниндо Гош

Ответы:

11

По совпадению, со вчерашнего дня я почти точно играю с тем, к чему относится этот вопрос. Мой датчик расстояния имеет угол 25 градусов, но я столкнулся с такими же проблемами с моим ведром воды.

Мое решение, возможно, не инженерное чудо, и, вероятно, будет некоторая реакция пуристов, но вот что работает:

  • Сенсорный блок установлен прямо в мягкую картонную трубку диаметром около 2 дюймов и длиной 8 дюймов, сердцевину рулона кухонной фольги: это значительно уменьшает ложное эхо от сторон. Оба TX и RX находятся внутри трубки.
  • Пара складок папиросной бумаги над ультразвуковым излучателем TX, чтобы ослабить выходящий ультразвуковой сигнал.

Последнее было необходимо, потому что HC-SR04 не предоставлял никакого простого способа уменьшения исходящего сигнала, и он был достаточно сильным для ложных срабатываний со всех сторон: снижение напряжения питания не имело большого значения, пока в какой-то момент модуль не стал нестабильным.

Теперь у меня есть точная точность измерения глубины воды в моем ведре с разных высот.


[Редактировать] Я не могу поверить, что я делаю это: фотографии моего эксперимента, в моей ванной комнате, по запросу из комментариев!

введите описание изображения здесь

Усовершенствованная версия теперь имеет две картонные трубки, соответственно, для TX и RX - еще лучшая точность и папиросная бумага больше не нужны. Компоновка скрепляется резинками, потому что одобренная Инженером клейкая лента не удобна. Он висит на аллигаторном зажиме подставки для паяльной руки.

Печатная плата сверху - это ультразвуковой датчик, на плате свисает клон Arduino Nano. Синий круговой объект в нижней части изображения - это официальная камера измерения глубины, т.е. мое ведро.

введите описание изображения здесь

TX и RX расположены аккуратно по центру, по одному в каждой картонной трубе.

На левом краю находится официальный представитель инженерного отдела, или, по крайней мере, кончики пальцев указанного человека, я.

введите описание изображения здесь

Так выглядит установка со стороны, если это помогает лучше визуализировать расположение.

Я надеюсь, что это шоу и рассказать было полезно.

Аниндо Гош
источник
Как насчет использования более узкой, жесткой и водонепроницаемой трубки, такой как отрезок трубы из ПВХ. Сделайте трубу достаточно длинной, чтобы физически прилипнуть к воде. На другом конце поставить датчик. Сама трубка будет выступать в качестве акустической версии световода, направляющего луч. На конце датчика вы можете поместить тонкую мембрану (пластиковую пищевую пленку?) Между датчиком и трубкой, чтобы вода не попадала в датчик и не попадала на салфетку. Ну, это просто мысль ...
@ Аниндо, удивительное совпадение! Я думаю, что могу визуализировать ваши модификации, и идея коллиматора была чем-то похожим, хотя мои опасения заключались в том, что мешает самой коллиматорной трубке быть объектом, отражающим звуковые волны? Возможно, если бы вы могли поделиться несколькими фотографиями вашей модификации, это могло бы помочь с пониманием.
icarus74
Кроме того, @anindo, я предполагаю, что твой картонный тюбик не касается воды, верно? Мое беспокойство по поводу ослабления силы сигнала - потеря диапазона дальности. Я предполагаю, что мои требования немного уникальны, в том смысле, что в одном конкретном случае необходимо определить глубину воды в погруженном цилиндрическом резервуаре для воды, диаметр которого составляет около 4 футов, а глубина - около 12 футов. максимальный передний диапазон около 12-15 футов, затухание будет сильно ограничивать диапазон.
icarus74
@DavidKessner Я попробовал с сегментом трубы из ПВХ, увидев ваш комментарий: датчик полностью выходит из строя - я думаю, слишком много отражений от поверхности ПВХ вокруг?
Аниндо Гош
1
@ icarus74 Мягкий картон поглощает часть падающих на него волн, это было бы моим предположением. Кто-то по физике StackExchange может знать лучше. Я сделаю фото, когда вернусь домой сегодня. Нет, труба не касается воды. В вашем случае аттенюаторная бумага может быть ненужной: мои эксперименты проводятся в маленькой выложенной плиткой ванной комнате, поэтому отражение сигналов от центральной оси намного сильнее. Картонная трубка, конечно, ослабляет только внеосевые сигналы, а не прямые.
Аниндо Гош
3

Угол рассеивания акустических волн в воздухе обратно пропорционален частоте. Другими словами, чем выше частота, тем «плотнее» луч. Любой созданный вами «коллизатор» должен придерживаться этих фундаментальных законов физики. Тем не менее, я не думаю, что это ваша проблема.

Используемый вами гидролокатор имеет угол измерения 30 градусов (+/- 15 градусов от центральной линии). Делая математику, на высоте 19 дюймов над водой вы получите область измерения диаметром около 10 дюймов. Это чуть меньше диаметра дна 5-литрового ведра. Короче, это должно работать.

Вы можете легко проверить, не влияют ли стороны ковша на ваши измерения. Выровняйте стороны ведра чем-то мягким, но немного высокой плотности, например, одеялом, свитером или несколькими слоями полотенец. Затем посмотрите, можете ли вы обнаружить что-то отражающее внизу (например, само дно).

Пенопласт не обеспечивает хорошего поглощения звука, особенно на более высоких частотах, на которых работают ультразвуковые устройства. Пенопласт имеет относительно твердую и плоскую поверхность, которая хорошо отражает звук. У этого также есть небольшая масса, чтобы помочь остановить распространение звука прямо через это. Шерстяные одеяла, толстый войлок, толстый бархат и подобные материалы хороши. Я должен отметить, что материалы, которые хорошо поглощают звук, также очень хорошо поглощают воду.


источник
Спасибо Дэвид. Я конечно попробую с войлоком и одеялом, да, поглощение воды, безусловно, будет проблемой.
icarus74