Colimando un haz de sonar

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Preguntándose si alguien está al tanto de una forma de hacer que se modifique un sensor de proximidad ultrasónico, de modo que su rango de línea de visión directa no se vea afectado, pero su extensión angular se reduce, en cierto sentido en el sentido de "colimador" (en términos de ligero). Para explicar el problema, he estado experimentando con el sensor el-cheapo HC-SR04, tratando de detectar el nivel de agua en un cubo de plástico (25 litros vol.). Si bien no estoy 100% seguro, pero creo que el diámetro del balde es un problema, que, incluso cuando el nivel de agua es bajo (a unas 18-19 pulgadas del sensor), obtengo una lectura que se traduce en Cerca de 8 pulgadas. La única explicación que tengo es que el sonar está leyendo las ondas que rebotan en las paredes del cubo.

Me preguntaba si algún tipo de colimador construido con material absorbente de sonido podría funcionar. Intentaré experimentar con espuma de baja densidad (espuma de poliestireno quizás) pero no estoy muy seguro de si es realmente absorbente de sonido.

icarus74
fuente
¿Está el conjunto del transductor unido al cucharón? Solo pensando que el reflejo podría estar llegando al costado del cubo.
PeterJ
Además de todo lo demás, asegúrese de tener conexiones eléctricas limpias, especialmente un suministro de baja impedancia.
Chris Stratton el
@ PeterJ, el transductor lo sostengo actualmente, en mi mano con alineación manual a lo largo del eje central del cucharón, y aproximadamente una pulgada por encima del nivel del borde.
icarus74
@icarus ¡No! Use Helping Hands o alguna forma de soporte para sostener el sensor, de lo contrario, el movimiento de su mano alterará las lecturas.
Anindo Ghosh

Respuestas:

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Casualmente, estoy jugando con casi exactamente a lo que se refiere la pregunta, desde ayer. Mi unidad de sensor de distancia tiene un ángulo de 25 grados, pero enfrenté los mismos problemas con mi balde de agua.

Es posible que mi solución no sea una maravilla de la ingeniería, y es probable que haya una reacción de los puristas, pero esto es lo que funciona:

  • La unidad del sensor se coloca apuntando directamente a un tubo de cartón blando de aproximadamente 2 pulgadas de diámetro y 8 pulgadas de largo, el núcleo de un rollo de papel de cocina: esto reduce significativamente los ecos falsos de los lados. Tanto TX como RX están dentro del tubo.
  • Un par de pliegues de papel de seda sobre el emisor ultrasónico TX, para atenuar la señal ultrasónica externa.

Esto último era necesario porque el HC-SR04 no proporcionaba una forma simple de reducir la señal de salida, y era lo suficientemente fuerte como para falsos positivos desde todas las direcciones: la reducción del voltaje de suministro no hizo mucha diferencia hasta que en un momento el módulo se volvió errático.

Ahora tengo una precisión justa en la medición de la profundidad del agua en mi cubo, desde varias alturas.


[Editar] No puedo creer que esté haciendo esto: ¡fotos de mi experimento, en mi baño, a petición de los comentarios!

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La versión mejorada ahora tiene dos tubos de cartón, para TX y RX, respectivamente. Ya no se necesita una mayor precisión ni papel de seda. El arreglo se mantiene unido mediante gomas, porque la cinta adhesiva aprobada por Engineering no es útil. Está colgando de la pinza de cocodrilo de un soporte de soldadura Helping Hand.

La placa de circuito en la parte superior es el sensor ultrasónico, la placa de circuito que cuelga de él es un clon Arduino Nano. El objeto circular azul en la parte inferior de la imagen es la cámara de detección de profundidad oficial , es decir, mi cubo.

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El TX y el RX se ajustan perfectamente centrados, uno en cada tubo de cartón.

En el borde izquierdo está el representante oficial del Departamento de Ingeniería, o al menos las yemas de los dedos de dicha persona, yo.

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Así es como se ve la configuración desde un lado, en caso de que ayude a visualizar mejor la disposición.

Espero que este show-and-tell haya sido útil.

Anindo Ghosh
fuente
¿Qué pasa con el uso de un tubo más estrecho, duro e impermeable, como una sección de tubería de PVC? Haga el tubo lo suficientemente largo como para pegarse físicamente en el agua. En el otro extremo, coloque el sensor. El tubo en sí mismo actuaría como una versión acústica de un tubo de luz, guiando el haz. En el extremo del sensor, es posible que pueda colocar una membrana delgada (¿envoltura de comida de plástico?) Entre el sensor y el tubo para ayudar a mantener el agua fuera del sensor y fuera de su papel de seda. Bueno, es sólo una idea ...
@Anindo, ¡increíble coincidencia de verdad! Creo que puedo visualizar sus modificaciones, y por idea del colimador fue algo similar, aunque mis aprensiones fueron, ¿qué impide que el tubo de colimación sea el objeto que refleja las ondas sonoras? Quizás si pudiera compartir algunas fotografías de su modificación, podría ayudarlo a comprenderlo.
icarus74
Además, @anindo, supongo que tu tubo de cartón no toca el agua, ¿verdad? Mi preocupación por atenuar la intensidad de la señal es la pérdida del rango de avance. Supongo que mis requisitos son un poco únicos, en el sentido de que en un caso particular, la profundidad del agua necesita ser detectada en un tanque de agua cilíndrico sumergido, cuyo diámetro es de aproximadamente 4 pies, y el departamento es de aproximadamente 12 pies. rango máximo de avance de aproximadamente 12-15 pies, la atenuación limitaría severamente el rango.
icarus74
@DavidKessner Intenté con un segmento de tubería de PVC después de ver su comentario: el sensor falla por completo, ¿supongo que hay demasiados reflejos de la superficie de PVC a su alrededor?
Anindo Ghosh
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@ icarus74 El cartón blando absorbe la parte de las olas que inciden sobre él, sería mi suposición. Alguien en Physics StackExchange podría saberlo mejor. Tomaré una foto cuando regrese a casa hoy. No, el tubo no toca el agua. El papel de seda de atenuación puede ser innecesario en su caso: mis experimentos son en un pequeño baño de azulejos, por lo tanto, una reflexión mucho más fuerte de las señales del eje central. El tubo de cartón, por supuesto, atenúa solo las señales fuera del eje, no las directas.
Anindo Ghosh
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El ángulo de dispersión de las ondas acústicas en el aire es inversamente proporcional a la frecuencia. En otras palabras, cuanto mayor es la frecuencia, más "apretado" está el haz. Cualquier "colimador" que realice debe cumplir con estas leyes fundamentales de la física. Sin embargo, no creo que este sea tu problema.

La unidad de sonda que está utilizando tiene un ángulo de medición de 30 grados (+/- 15 grados desde la línea central). Haciendo los cálculos, a 19 pulgadas sobre el agua tendrá un área de medición de aproximadamente 10 pulgadas de diámetro. Eso es apenas más pequeño que el diámetro del fondo de un balde de 5 galones. En resumen, debería funcionar.

Puede probar fácilmente si los lados del cucharón interfieren con sus mediciones. Alinee los lados del balde con algo suave pero de densidad algo alta, como una manta, un suéter o varias capas de toallas. Luego, vea si puede detectar algo reflectante en la parte inferior (como la parte inferior en sí).

La espuma de poliestireno no permite una buena absorción del sonido, especialmente a frecuencias más altas en las que funcionan los dispositivos ultrasónicos. La espuma de poliestireno tiene una superficie relativamente dura y plana que refleja bien el sonido. También tiene poca masa para ayudar a evitar que el sonido se propague a través de él. Las mantas de lana, fieltro grueso, terciopelo grueso y materiales similares son buenos. Debo señalar que los materiales que son buenos para absorber sonido también son realmente buenos para absorber AGUA.


fuente
Gracias david Ciertamente lo intentaré con fieltro y manta, sí, la absorción de agua sin duda sería un problema.
icarus74