Apa pilihan saya untuk mendeteksi posisi benda logam bergerak kecil?

Ini adalah perangkap pelet senapan angin:

Saya menembakkan pelet logam kecil dengan diameter (4,5mm = .177 ") hingga 120 m / s = 390 fps.

Apa opsi saya untuk mendeteksi posisi X / Y saat memasuki target?

Apakah ini membuatnya lebih mudah jika saya hanya perlu mengetahui jarak dari pusat? (nilai)

Saat ini pelet saya bebas timah, tetapi tidak bersifat feromagnetik (tidak menempel pada magnet.) Jika saya mendapatkan pelet feromagnetik, apakah saya memiliki lebih banyak pilihan? Mungkin beberapa efek induktif atau elektromagnetik?

Saat ini saya dapat memikirkan:

1. Kamera yang dipasang pada tripod, yang akan membandingkan gambar yang berurutan dan mendeteksi perbedaan pada kertas target. Kelemahan: itu akan membutuhkan daya komputasi yang layak (setidaknya Raspberry Pi) dan mungkin akan melewatkan pelet melewati lubang yang diukir oleh pelet sebelumnya. Itu juga tidak akan bekerja melawan band-band hitam.

2. Dua laser atau CCD scanner, seperti scanner barcode repurposed, dipasang di sepanjang tepi target di 90 ° satu sama lain. Kerugian: optik harus di-tweak dalam hal CCD; mereka mungkin membutuhkan latar belakang referensi putih di sisi lain; dan mereka harus sangat cepat, karena pelet bergerak sangat cepat.

Ada ide lain?

Dapatkah saya menggunakan antena yang dipasang di sepanjang tepi, untuk mendeteksi semacam efek elektromagnetik? Bagaimana jika menghasilkan medan elektromagnetik? Apakah pelet logam berinteraksi dengannya? Akankah pelet feromagnetik melakukannya?

Bisakah saya menggunakan dua detektor jarak supersonik, yang dipasang pada suhu 90 ° satu sama lain? Bisakah mereka mendeteksi benda sekecil itu, berjalan cepat?

Sebuah kumparan melingkar di sekeliling luar target menghasilkan fluks magnet: -

Kerapatan fluks adalah minimum (tetapi bukan nol) di tengah dan ketika Anda mendekati perimeter koil, kepadatan fluks meningkat.

$\sqrt2$

Jelas, pelet yang lebih besar juga akan menghasilkan penyimpangan frekuensi yang lebih besar juga sehingga perlu dikalibrasi untuk 0,177 0r 0,22 pelet berbeda.

Gunakan beberapa bentuk detektor frekuensi untuk menghasilkan dc blip (didemodulasi) dan ukuran blip sebanding dengan seberapa dekat atau seberapa jauh dari tepi kumparan Anda. Salah satu kelemahannya adalah bahwa di luar koil perlu ada sesuatu untuk mencegah pendaftaran pellet liar seperti dalam loop. Anda ingin memiliki frekuensi yang cukup tinggi mungkin beberapa MHz sehingga detektor dapat mendaftarkan beberapa puluh siklus yang berubah ketika proyektil melewati.

Pada 120 meter per detik firasat mengatakan kepada saya bahwa ia akan mulai mendaftarkan sesuatu ketika kumparan mungkin berjarak 50mm dari kumparan jadi mungkin ada jarak sweet spot sekitar 10mm di mana frekuensi berubah paling banyak. Pada 120 m / s, 1m ditempuh dalam 8,333 ms jadi 10mm adalah periode waktu 83,33 kita jadi mungkin 83 siklus 1MHz mungkin dapat dideteksi tetapi pada 10MHz akan lebih baik.

Ini hanya akan membutuhkan loop 1 putaran dengan tuning beberapa ratus pF.

Itu bisa dilakukan.

Saya dulu merancang detektor logam farmasi untuk mencari kontaminan logam dalam produksi pil. Ini menggunakan 1MHz dan bisa mendeteksi partikel sekecil diameter 0,25mm (besi dan non-besi tetapi bukan stainless steel). Itu memiliki kumparan persegi sekitar 100mm dengan 35mm jadi itu sedikit lebih kecil dari satu untuk target tetapi jika Anda menganggap bahwa "tingkat deteksi" sebanding dengan massa dan massa sebanding dengan jarak potong dadu maka harus OK.

Pelet 0,177 dapat dianggap sebagai bola berdiameter 4,5mm - ini 18 kali lebih besar dari 0,25mm dan oleh karena itu massanya akan menjadi 5,832 kali lebih besar dan sinyal akan menjadi 5,832 kali lebih besar secara kasar.

Anda dapat mencoba satu set mikrofon yang diatur di sekitar jalur proyektil.

Saya pernah melihat drone target yang menggunakan serangkaian mikrofon untuk mendeteksi jarak rindu yang melewatinya. Dalam hal ini putarannya adalah supersonik sehingga suara mereka sedikit lebih keras dan lebih tajam daripada milik Anda, tetapi prinsipnya mungkin masih berfungsi.

Untuk mengeksplorasi ide ini, Anda dapat memperoleh dua mikrofon electret kecil, bias dengan benar, dan uji dengan osiloskop penyimpanan digital. Jika Anda tidak memilikinya, Anda juga dapat menghubungkannya ke kartu suara komputer Anda (line-in, sehingga Anda mendapatkan Stereo). Pasang mereka pada tongkat, katakan terpisah 30 cm, buat rekaman audio pada tingkat sampel tertinggi Anda, dan tembakkan beberapa pelet di atas mereka di berbagai posisi. Lihat melalui file WAV dengan Audacity, dan lihat apakah 1) ada dorongan yang berguna, dan 2) jika perbedaan waktu kedatangan sesuai dengan jalur tembakan yang berbeda.

330 m / s dibagi dengan 44 kHz adalah 7,5 mm, jadi jika mikrofon memiliki bandwidth yang cukup, saya pikir Anda memiliki kesempatan untuk mendeteksi posisi dengan kartu suara.

Jika Anda melihat hasil yang baik dengan kartu suara, langkah selanjutnya adalah merancang rangkaian detektor yang dapat secara akurat mendeteksi impuls suara, menghasilkan transisi rendah-tinggi yang sederhana pada outputnya. Ini bisa sesederhana filter pass tinggi, amplifier dan pembanding. Kemudian buat setidaknya 3, tetapi lebih baik 4 atau 5 dari ini, atur mikrofon di sekitar target, dan sambungkan ke Arduino Anda, untuk melakukan pengaturan waktu. Anda hanya perlu waktu relatif, dan hanya mungkin 10 resolusi, jadi Arduino sempurna.

Maka itu hanya beberapa matematika, mungkin pada PC Anda daripada Arduino, untuk mengetahui posisi pelet dalam array mikrofon.

Beberapa pemikiran kecil: Berhati-hatilah dengan suara senapan itu sendiri yang memicu detektor - mungkin gerbang perangkat lunak yang hanya merekam rangkaian pulsa kedua? Sirkuit detektor harus diatur ulang dengan cepat dan tidak bertahan lama. Selain itu, perhatikan bahwa rangkaian detektor Anda tidak membaca suara keras lebih awal daripada yang lebih lembut - ini akan membuat perhitungan rentang kurang akurat. Selain membuat detektor lebih baik dalam mengambil puncak, Anda dapat memisahkan mikrofon lebih jauh, tidak hanya di sudut-sudut target. Jaga agar mikrofon tetap maju dari target sehingga Anda tidak memiliki pantulan suara dari kardus.

Anda bisa menggunakan matriks membran "karet" dari kontak dengan jarak dekat (mirip dengan keyboard). Bergantung pada akurasi resolusi yang Anda butuhkan, Anda bisa menggunakan 10 x 10 atau 100 x 100 matriks kawat. Dengan memindai kontak secara elektronik, Anda dapat menentukan di mana pelet menyentuh.

Anda telah mengutip solusi yang paling praktis dan paling sederhana, sebuah kamera, tetapi tampaknya Anda telah melihat hutan dan tidak ada pohon: intinya adalah bahwa ada semua jenis kamera, dan Anda menunjukkan pengalaman Anda TIDAK untuk memasukkan jenis yang Anda butuhkan : kamera kecepatan tinggi. Kamera biasa mengambil satu gambar saat Anda menekan tombol satu kali. Kamera yang lebih mahal dapat dilengkapi dengan penggulung otomatis (untuk kamera berbasis FILM gaya lama, sekarang hampir usang) dan penggulung akan membuka penutup dan mengambil paparan lain segera setelah film telah maju ke frame berikutnya. Tetapi kamera berkecepatan TINGGI, yang BUKAN berbasis film, dapat mengambil jumlah gambar yang hampir tidak dapat dipercaya per detik, menjernihkan hingga kisaran 20.000 eksposur per detik ATAU LEBIH. INI adalah solusi Anda, jika Anda mampu membelinya. Itu akan, tentu saja perlu disinkronkan secara elektronik dengan TRIGGER pada senapan pelet, dan yang menentukan bahwa senjata pelet dan kamera secara otomatis dimulai. Kamera akan mulai mengambil gambar sedikit sebelum tembakan ditembakkan, dan membidik dengan hati-hati ditambah dengan (saya harapkan) fokus otomatis (Atau bidang yang sangat luas) akan melacak proyektil dari saat ia meninggalkan laras hingga saat ia hits. target. Yang harus Anda lakukan adalah memainkannya kembali dan menonton rekaman. Dan bahkan tidak masalah jika pelet saat ini melewati lubang TUA di target. ANDA MELIHATNYA, apa pun yang terjadi. Sekarang berita buruknya: walaupun ini adalah solusi paling sederhana dan paling efektif untuk masalah Anda, itu TIDAK DATANG MURAH. Hanya Anda yang dapat memutuskan berapa nilainya bagi Anda untuk memiliki kepastian absolut tentang lintasan; Saya berharap kamera KECEPATAN TINGGI yang Anda butuhkan (a-la-Mythbusters) akan dikenakan biaya ribuan dolar untuk membeli, dan ratusan dolar untuk disewa untuk waktu yang singkat, JIKA Anda dapat menemukan seseorang untuk menyewa Anda (Apakah FLUKE menghasilkan kamera? Mereka menyewa peralatan elektronik, atau setidaknya mereka dulu); tapi itu DANDY dari solusi untuk masalah Anda, jika Anda mampu membelinya!