Які мої варіанти виявлення положення невеликого рухомого металевого предмета?

Це пастка для гранульованого пістолета:

Я підпалюю невеликі металеві гранули (діаметром 4,5 мм = .177 ") до 120 м / с = 390 кадрів в секунду.

Які мої варіанти виявлення положення X / Y, коли воно потрапляє в ціль?

Чи легше це, якщо мені потрібно знати лише відстань від центру? (рахунок)

Зараз мої гранули не містять свинцю, але не феромагнітні (вони не прилипають до магніту.) Якби я отримав феромагнітні гранули, чи було б у мене більше варіантів? Якийсь індуктивний чи інший електромагнітний ефект, можливо?

Зараз я можу придумати:

1. Камера, встановлена ​​на штатив, яка б порівнювала послідовні зображення та виявляла будь-які відмінності на цільовому папері. Недоліки: йому знадобиться гідна обчислювальна потужність (принаймні, Raspberry Pi), і, ймовірно, буде пропущено гранулу, що проходить прямо через отвір, вирізаний попереднім гранулом. Це також не буде добре працювати проти чорних груп.

2. Два лазерні або CCD-сканери, такі як перекомпоновані сканери штрих-коду, встановлені уздовж цільових країв на 90 ° один до одного. Недоліки: оптику потрібно було б змінити у випадку CCD; їм, напевно, знадобиться білий фон із іншого боку; і вони повинні були б бути дуже швидкими, бо гранули рухаються дуже швидко.

Будь-які інші ідеї?

Чи можна використовувати антени, встановлені уздовж краю, для виявлення якогось електромагнітного ефекту? Що робити, якщо виробляти електромагнітне поле? Чи взаємодіяв би металевий гранул з ним якось помітно? Це зробив би феромагнітний гранул?

Чи можу я використовувати два надзвукових детектори відстані, встановлені один до одного на 90 °? Чи можуть вони виявити такий маленький предмет, швидко подорожуючи?

Кругова котушка по зовнішньому периметру цілі генерує магнітний потік: -

Щільність потоку в центрі знаходиться на мінімальному рівні (але не дорівнює нулю), а по мірі наближення до периметра котушки щільність потоку збільшується.

$\sqrt2$

Зрозуміло, що більший гранул також створюватиме велике відхилення частоти, тому його потрібно по-різному калібрувати для гранул .177 0r .22.

Використовуйте деяку форму детектора частоти для отримання постійного струму (демодульованого), а розмір блиску пропорційний тому, як поблизу або на відстані від краю котушки ви знаходитесь. Однією стороною є те, що поза котушки повинно бути щось, що запобігає реєстрації бродячих гранул як у циклі. Ви хочете мати пристойно високу частоту, ймовірно, декілька МГц, щоб детектор міг зареєструвати кілька десятків циклів, змінюючись у міру проходження снаряда через.

При 120 метрах в секунду відчуття кишки говорить про те, що він почне щось реєструвати, коли котушка, можливо, знаходиться на відстані 50 мм від котушки, тому, можливо, є відстань у солодкому плямі приблизно 10 мм, де частота змінюється. При швидкості 120 м / с 1 м рухається за 8,333 мс, тому 10 мм - це часовий проміжок 83,33 us, тому, можливо, 83 цикли частотою 1 МГц можуть бути прийнятними, але на 10 МГц було б краще.

Для цього знадобиться лише цикл на 1 виток з налаштуванням декількох сотень пФ.

Це зробити можливо.

Раніше я розробляв фармацевтичні металошукачі, які шукали металеві забруднення у виробництві таблеток. Він використовував 1 МГц і міг виявити частинки розміром діаметром 0,25 мм (чорна і кольорова, але не з нержавіючої сталі). У нього була квадратна котушка розміром приблизно 100 мм на 35 мм, тому вона була меншою, ніж одна для цілі, але якщо ви вважаєте, що "рівні виявлення" пропорційні масі, а маса пропорційна кубічній відстані, то це повинно бути добре.

Гранул .177 можна вважати сферою діаметром 4,5 мм - це в 18 разів більше, ніж 0,25 мм, і тому його маса буде в 832 рази більша, а сигнал буде приблизно в 832 рази.

Ви можете спробувати набір мікрофонів, розташованих навколо шляху снаряда.

Я одного разу побачив цільовий безпілотник, який використовував серію мікрофонів, щоб виявити відстань пропуску пострілів, що пролітали повз нього. У цьому випадку раунди були надзвуковими, тому їх звучання було трохи гучнішим і чіткішим, ніж ваш, але принцип все-таки може працювати.

Щоб вивчити цю ідею, ви могли отримати два маленьких електронних мікрофона, правильно змістити їх та протестувати за допомогою цифрового осцилографа для зберігання даних. Якщо у вас немає, ви також можете підключити їх до звукової карти комп'ютера (рядок, щоб отримати стерео). Встановіть їх на паличку, скажімо, на відстані 30 см один від одного, зробіть аудіозапис з найвищою швидкістю вибірки та накладіть на них кілька гранул у різних положеннях. Перегляньте файли WAV з Audacity і перевірте, чи є 1) корисний імпульс, і 2) чи різниця часу прибуття відповідає різним шляхам пострілу.

330 м / с, розділене на 44 кГц, становить 7,5 мм, тому якщо мікрофони мають достатню пропускну здатність, я думаю, у вас є шанс виявити позицію за допомогою звукової карти.

Якщо ви бачите хороші результати зі звуковою картою, наступним кроком буде розробити схему детектора, яка може досить точно виявити звуковий імпульс, виробляючи простий низький> високий перехід на його виході. Це може бути таким же простим, як високочастотний фільтр, підсилювач і компаратор. Потім зробіть щонайменше 3, але краще 4 або 5 з них, розташуйте мікрофони навколо цілі та підключіть їх до свого Arduino, щоб зробити час. Вам потрібен лише відносний час, і лише дозвіл, можливо, 10 нас, тож Ардуїно ідеально.

Тоді лише деякі математики, ймовірно, на вашому ПК, а не Arduino, щоб визначити положення гранул у масиві мікрофонів.

Кілька невеликих думок: стежте за звуком самої гвинтівки, яка спрацьовує сповіщувачі - можливо, програмне забезпечення, яке записує лише другий набір імпульсів? Схема детектора повинна швидко скидатися і не залишатися на вершині. Також слідкуйте за тим, щоб схеми детектора раніше не читали гучних звуків ніж м'які - це зробить обчислення дальності менш точним. Окрім того, щоб зробити детектор краще підбирати пік, ви могли розмістити мікрофони далі, а не лише в кутах цілі. Тримайте мікрофони далеко вперед від цілі, щоб у вас не було відбитків звуку від картону.

Можна використовувати "прогумовану" мембранну матрицю тісно розташованих контактів (подібно до клавіатури). Залежно від потрібної точності роздільної здатності, ви можете використовувати дротяну матрицю розміром 10 х 10 або 100 х 100. Електронним скануванням контактів ви зможете визначити, куди потрапляє гранула.

Ви вже процитували найпрактичніше і найпростіше рішення - камеру, але, здається, ви побачили ліс і немає дерев: справа в тому, що тут є всілякі камери, і ви показуєте свій досвід НЕ включати потрібний вид : високошвидкісна камера. Типовий фотоапарат робить одне фото при натисканні однієї кнопки. Дорожча камера може бути оснащена автоматичною намотувачем (для старих камер на базі FILM, яка вже майже застаріла), і моталка відкриє стулку та зробить ще одну експозицію, як тільки фільм просунеться до наступного кадру. Але високошвидкісна камера, яка НЕ ​​заснована на фільмі, може робити майже неймовірну кількість знімків за секунду, чітко виходячи з діапазону 20000 експозицій в секунду АБО БІЛЬШЕ Це ваше рішення, якщо ви можете собі це дозволити. Це буде, Звичайно, потрібно синхронізувати в електронній формі з ТРІГГЕР на пістолетній гранаті, і це диктує, що і пістолет для гранул, і камера автоматично ініціюються. Камера почне робити знімки трохи до вистрілу, і обережне прицілювання в поєднанні з (я очікую) автоматичним фокусуванням (або дуже широким полем) відстежує снаряд з моменту виходу зі ствола до моменту, коли він потрапить. ціль. Все, що вам потрібно зробити - це відтворити його і переглянути запис. І навіть не має значення, чи буде поточний гранул проходити через СТАРИЙ отвір у цілі. ВИДАЄТЕ ЇЇ, незалежно від того, що станеться. Тепер погана новина: хоча це найпростіше, найефективніше рішення вашої проблеми, воно НЕ ПОДАЄТЬСЯ. Тільки ви можете вирішити, скільки вам варто мати абсолютну впевненість у траєкторіях; Я очікую, що потрібна вам камера високої швидкості (a-la-Mythbusters) буде коштувати багато тисяч доларів, а багато сотень доларів орендувати на короткий час, якщо ви можете знайти когось, хто вам здасть її в оренду (чи робить FLUKE камери? Вони здають електронне обладнання, або, принаймні, раніше); але це ДОБА вирішення вашої проблеми, якщо ви можете собі це дозволити!