Каковы мои варианты определения положения небольшого движущегося металлического объекта?

Это ловушка для гранул пневматического оружия:

Я стреляю небольшими металлическими гранулами (4,5 мм = 0,177 "в диаметре) со скоростью до 120 м / с = 390 кадров в секунду.

Какие есть варианты для определения позиции X / Y, в которой он попадает в цель?

Это облегчает, если мне нужно только знать расстояние от центра? (результат)

Прямо сейчас мои пеллеты не содержат свинца, но не являются ферромагнитными (они не прилипают к магниту). Если бы я получил ферромагнитные пеллеты, у меня были бы другие варианты? Может быть, какой-то индуктивный или другой электромагнитный эффект?

Прямо сейчас я могу думать о:

1. Камера, установленная на штативе, которая сравнивает последовательные снимки и обнаруживает любые различия на целевой бумаге. Недостатки: ему понадобится приличная вычислительная мощность (по крайней мере, Raspberry Pi), и он, вероятно, пропустит шарик, проходящий прямо через отверстие, вырезанное предыдущим шариком. Это также не сработало бы против черных полос.

2. Два лазерных или ПЗС-сканера, такие как многоцелевые сканеры штрих-кода, установлены вдоль краев мишени под углом 90 ° друг к другу. Недостатки: оптика должна быть настроена в случае CCD; им, вероятно, понадобится белый справочный фон с другой стороны; и они должны были бы быть очень быстрыми, потому что шарики движутся очень быстро.

Есть еще идеи?

Могу ли я использовать антенны, установленные вдоль края, чтобы обнаружить какой-либо электромагнитный эффект? Что если создать электромагнитное поле? Будет ли металлический шарик взаимодействовать с ним каким-либо заметным образом? Будет ли ферромагнитная гранула сделать это?

Можно ли использовать два сверхзвуковых дистанционных детектора, установленных под углом 90 ° друг к другу? Могут ли они обнаружить такой маленький объект, путешествуя быстро?

Круглая катушка по внешнему периметру мишени генерирует магнитный поток:

Плотность потока минимальна (но не равна нулю) в центре, и по мере приближения к периметру катушки плотность потока увеличивается.

$\sqrt2$

Понятно, что более крупный шарик также будет генерировать большее отклонение частоты, поэтому его необходимо калибровать для шариков 0,177 0,22 по-разному.

Используйте детектор частоты той или иной формы, чтобы создать сигнал постоянного тока (демодулированный), и размер сигнала пропорционален тому, как близко или как далеко от края катушки вы находитесь. Один недостаток заключается в том, что снаружи катушки должно быть что-то, что предотвращает попадание посторонних шариков, как внутри петли. Вы хотите иметь прилично высокую частоту, вероятно, несколько МГц, чтобы детектор мог регистрировать несколько десятков циклов, изменяющихся при прохождении снаряда.

При ощущении кишечника со скоростью 120 метров в секунду он начинает что-то регистрировать, когда катушка находится, возможно, на расстоянии 50 мм от катушки, поэтому, возможно, на расстоянии 10 мм, где частота изменяется наиболее предпочтительно. При 120 м / с 1 м пройден за 8,333 мс, поэтому 10 мм - это период времени 83,33 мкс, поэтому, возможно, 83 такта по 1 МГц могут быть приемлемо обнаружены, но при 10 МГц это будет лучше.

Это потребует только 1 витка с настройкой в ​​несколько сотен пФ.

Это выполнимо.

Раньше я разрабатывал фармацевтические металлоискатели в поисках металлических загрязнений при производстве таблеток. Он использовал 1 МГц и мог обнаруживать частицы диаметром до 0,25 мм (черные и цветные, но не из нержавеющей стали). У него была квадратная катушка размером примерно 100 на 35 мм, поэтому она была чуть меньше единицы для цели, но если учесть, что «уровни обнаружения» пропорциональны массе, а масса пропорциональна кубу расстояния, то все должно быть в порядке.

Можно предположить, что гранула .177 представляет собой сферу диаметром 4,5 мм - это в 18 раз больше, чем 0,25 мм, и поэтому ее масса будет в 5 832 раза больше, а сигнал будет примерно в 5 832 раза больше.

Вы можете попробовать набор микрофонов, расположенных вокруг траектории снаряда.

Однажды я увидел целевой беспилотник, который использовал серию микрофонов, чтобы определить расстояние промаха проходящих мимо него снарядов. В этом случае раунды были сверхзвуковыми, поэтому их звучание было немного громче и резче, чем у вас, но принцип все еще мог работать.

Чтобы изучить эту идею, вы можете получить два небольших электретных микрофона, правильно их сместить и протестировать с помощью цифрового запоминающего осциллографа. Если у вас его нет, вы также можете подключить их к звуковой карте вашего компьютера (линейный вход, чтобы вы получили Stereo). Установите их на палку, скажем, на расстоянии 30 см, сделайте аудиозапись с максимальной частотой дискретизации и подожгите несколько шариков над ними в различных положениях. Просмотрите файлы WAV с помощью Audacity и посмотрите, есть ли 1) полезный импульс и 2) соответствует ли разница времени прибытия различным траекториям выстрела.

330 м / с, деленное на 44 кГц, составляет 7,5 мм, поэтому, если у микрофонов достаточно полосы пропускания, я думаю, у вас есть шанс определить местоположение с помощью звуковой карты.

Если вы видите хорошие результаты со звуковой картой, следующим шагом будет разработка схемы детектора, которая может достаточно точно определять звуковой импульс, создавая простой переход с низкого на высокий уровень на его выходе. Это может быть так же просто, как фильтр верхних частот, усилитель и компаратор. Затем сделайте как минимум 3, а лучше 4 или 5 из них, расположите микрофоны вокруг цели и подключите их к Arduino, чтобы рассчитать время. Вам нужно только относительное время, и только разрешение, возможно, 10 с нами, так что Arduino идеально подходит.

Тогда это всего лишь математика, вероятно, на вашем компьютере, а не Arduino, чтобы выяснить положение шарика в массиве микрофонов.

Несколько небольших мыслей: следите за звуком самой винтовки, запускающей детекторы - может быть, программный вентиль, который регистрирует только второй набор импульсов? Цепь детектора должна быстро сбрасываться и не оставаться на вершине долго. Кроме того, следите за тем, чтобы цепи вашего детектора не читали громкие звуки раньше, чем более мягкие - это сделает расчет диапазона менее точным. Помимо того, что детектор лучше распознает пик, вы можете расположить микрофоны дальше друг от друга, а не только по углам цели. Держите микрофоны далеко от цели, чтобы не было отражений звука от картона.

Вы можете использовать «прорезиненную» мембранную матрицу из близко расположенных контактов (аналогично клавиатуре). В зависимости от требуемой точности разрешения, вы можете использовать проводную матрицу 10 x 10 или 100 x 100. С помощью электронного сканирования контактов вы сможете определить, куда попадает гранула.

Вы уже упомянули самое практичное и простое решение - камеру, но кажется, что вы видели лес и никаких деревьев: дело в том, что есть все виды камер, и вы демонстрируете свой опыт, НЕ включая тот, который вам нужен : высокоскоростная камера. Типичная камера делает один снимок, когда вы нажимаете кнопку один раз. Более дорогая камера может быть оснащена автоматической намоткой (для старых камер на основе FILM, которые сейчас почти устарели), и намотчик откроет затвор и сделает еще одну экспозицию, как только фильм перейдет к следующему кадру. Но высокоскоростная камера, НЕ основанная на пленках, может делать почти невероятное количество снимков в секунду с разрешением 20000 кадров в секунду ИЛИ БОЛЬШЕ. Это ваше решение, если вы можете себе это позволить. Это будет, конечно, необходимо синхронизировать электроникой с TRIGGER на пулемете, и это требует, чтобы и пеллетный пистолет, и камера запускались автоматически. Камера начнет делать снимки немного раньше, чем выстрел будет сделан, и тщательное прицеливание в сочетании с (я ожидаю) автоматической фокусировкой (или очень широким полем) будет отслеживать снаряд с момента, когда он покидает ствол, до момента, когда он поражает цель. Все, что вам нужно сделать, это воспроизвести его и посмотреть запись. И это даже не имеет значения, если текущий шарик проходит через СТАРОЕ отверстие в цели. ВЫ ВИДИТЕ ЭТО, что бы ни случилось. Теперь плохие новости: хотя это самое простое и наиболее эффективное решение вашей проблемы, оно НЕ ДЕЛАЕТСЯ ДЕШЕВЛЕ. Только вы можете решить, сколько вам стоит иметь абсолютную уверенность в траекториях; Я ожидаю, что нужная вам камера с высокой скоростью (а-ля-мифбастеры) будет стоить много тысяч долларов, а многие сотни долларов - взять ее напрокат на короткое время. камеры? Они арендуют электронное оборудование или, по крайней мере, раньше); но это ДЕНДИ решения вашей проблемы, если вы можете себе это позволить!