Welche Möglichkeiten habe ich, um die Position eines kleinen beweglichen Metallobjekts zu erkennen?

Eine kreisförmige Spule um den äußeren Umfang des Ziels erzeugt einen magnetischen Fluss: -

Die Flussdichte ist in der Mitte auf ihrem Minimum (aber nicht Null) und wenn Sie sich dem Spulenumfang nähern, nimmt die Flussdichte zu.

Wenn der Strom ein Wechselstrom wäre, wäre die Spitzenflussdichte$\sqrt2$höher im Vergleich zum DC-Fall. Ein großer Unterschied besteht jedoch darin, dass (aufgrund der Wirbelstrominduktion) jedes leitfähige Material die Induktivität der Spule beim Durchgang verändert. Wenn Sie also dafür gesorgt haben, dass die Spule Teil eines Oszillators ist (vorzugsweise in der Ausgangsstufe, damit sie mehr Wechselstrom hat), können Sie die Spule mit einem Kondensator abstimmen und die Frequenzverschiebung erkennen, wenn ein Pellet durchläuft. Die größere Verschiebung wird sein, wenn sich das Pellet der Spulenperipherie nähert.

Natürlich würde ein größeres Pellet auch eine größere Frequenzabweichung erzeugen, daher muss es für .177 0r .22 Pellets anders kalibriert werden.

Verwenden Sie eine Art Frequenzdetektor, um einen DC-Blip (demoduliert) zu erzeugen, und die Größe des Blip ist proportional dazu, wie nahe oder wie weit Sie sich von der Spulenkante entfernt befinden. Ein Nachteil ist, dass außerhalb der Spule etwas sein muss, um zu verhindern, dass sich Streupellets innerhalb der Schleife registrieren. Sie möchten eine anständig hohe Frequenz von wahrscheinlich einigen MHz haben, damit der Detektor mehrere zehn Zyklen registrieren kann, die sich ändern, wenn das Projektil durchläuft.

Bei 120 Metern pro Sekunde sagt mir mein Bauchgefühl, dass es anfangen wird, etwas zu registrieren, wenn die Spule vielleicht 50 mm von der Spule entfernt ist, also gibt es vielleicht einen Sweetspot-Abstand von etwa 10 mm, wo sich die Frequenz am meisten ändert. Bei 120 m/s wird 1 m in 8,333 ms zurückgelegt, also ist 10 mm eine Zeitspanne von 83,33 us, also könnten vielleicht 83 Zyklen von 1 MHz akzeptabel erkannt werden, aber bei 10 MHz wäre es besser.

Dies erfordert nur eine 1-Windungs-Schleife mit einigen hundert pF Abstimmung.

Es ist machbar.

Früher habe ich pharmazeutische Metalldetektoren entwickelt, die nach Metallverunreinigungen in der Pillenherstellung suchen. Es verwendete 1 MHz und konnte Partikel mit einem Durchmesser von nur 0,25 mm erkennen (Eisen und Nichteisen, aber kein Edelstahl). Es hatte eine quadratische Spule von etwa 100 mm x 35 mm, war also etwas kleiner als eine für ein Ziel, aber wenn Sie bedenken, dass "Erkennungspegel" proportional zur Masse und Masse proportional zur Kubikentfernung sind, sollte es in Ordnung sein.

Ein 0,177-Pellet kann als Kugel mit 4,5 mm Durchmesser angenommen werden - dies ist 18-mal größer als 0,25 mm und daher ist seine Masse 5.832-mal größer und das Signal ungefähr 5.832-mal größer.

Sie könnten es mit einer Reihe von Mikrofonen versuchen, die um den Weg des Projektils herum angeordnet sind.

Ich habe einmal eine Zieldrohne gesehen, die eine Reihe von Mikrofonen verwendete, um die Fehlentfernung der vorbeifliegenden Geschosse zu ermitteln. In diesem Fall waren die Runden Überschall, also war ihr Klang etwas lauter und schärfer als bei Ihnen, aber das Prinzip könnte immer noch funktionieren.

Um diese Idee zu untersuchen, könnten Sie zwei kleine Elektretmikrofone besorgen, sie richtig vorspannen und mit einem digitalen Speicheroszilloskop testen. Wenn Sie keine haben, können Sie sie auch an die Soundkarte Ihres Computers anschließen (Line-in, damit Sie Stereo erhalten). Montieren Sie sie auf einem Stock, sagen wir 30 cm voneinander entfernt, machen Sie eine Audioaufnahme mit Ihrer höchsten Abtastrate und feuern Sie ein paar Pellets in verschiedenen Positionen darüber. Sehen Sie sich die WAV-Dateien mit Audacity an und sehen Sie, ob 1) es einen nützlichen Impuls gibt und 2) ob die Differenz der Ankunftszeit den verschiedenen Pfaden des Schusses entspricht.

330 m/s geteilt durch 44 kHz sind 7,5 mm, also wenn die Mikrofone genug Bandbreite haben, denke ich, dass man mit der Soundkarte eine Chance hat, die Position zu erkennen.

Wenn Sie mit einer Soundkarte gute Ergebnisse erzielen, besteht der nächste Schritt darin, eine Detektorschaltung zu entwerfen, die den Schallimpuls einigermaßen genau erkennen kann und einen einfachen Übergang von niedrig nach hoch an seinem Ausgang erzeugt. Es könnte so einfach sein wie ein Hochpassfilter, Verstärker und Komparator. Dann machen Sie mindestens 3, aber besser 4 oder 5 davon, ordnen Sie die Mikrofone um das Ziel herum an und verbinden Sie sie mit Ihrem Arduino, um das Timing zu übernehmen. Sie brauchen nur relative Zeit und nur eine Auflösung von vielleicht 10 us, also ist ein Arduino perfekt.

Dann ist es nur etwas Mathematik, wahrscheinlich eher auf Ihrem PC als auf dem Arduino, um die Position des Pellets im Mikrofonarray herauszufinden.

Ein paar kleine Gedanken: Achten Sie auf das Geräusch des Gewehrs selbst, das die Detektoren auslöst - vielleicht ein Software-Gate, das nur den zweiten Impulssatz aufzeichnet? Die Detektorschaltung muss schnell zurückgesetzt werden und darf nicht lange an der Spitze bleiben. Achten Sie auch darauf, dass Ihre Detektorschaltkreise laute Geräusche nicht früher als leisere erkennen – dies würde die Reichweitenberechnung ungenauer machen. Abgesehen davon, dass der Detektor den Peak besser aufnimmt, könnten Sie die Mikrofone weiter voneinander entfernt platzieren, nicht nur an den Ecken des Ziels. Halten Sie die Mikrofone weit vor dem Ziel, damit Sie keine Schallreflexionen von der Pappe haben.

Sie könnten eine "gummierte" Membranmatrix aus eng beabstandeten Kontakten verwenden (ähnlich einer Tastatur). Abhängig von der benötigten Auflösungsgenauigkeit können Sie eine 10 x 10- oder 100 x 100-Drahtmatrix verwenden. Durch elektronisches Scannen der Kontakte können Sie bestimmen, wo das Pellet auftrifft.

Sie haben bereits die praktischste und einfachste Lösung genannt, eine Kamera, aber es scheint, dass Sie den Wald und keine Bäume gesehen haben: Der Punkt ist, dass es alle Arten von Kameras gibt, und Sie zeigen Ihre Erfahrung, NICHT die Art einzuschließen, die Sie brauchen : eine Hochgeschwindigkeitskamera. Eine typische Kamera nimmt ein Bild auf, wenn Sie die Taste einmal drücken. Eine teurere Kamera kann mit einem automatischen Aufwickler ausgestattet werden (für die alten FILM-basierten Kameras, die jetzt fast veraltet sind), und der Aufwickler öffnet den Verschluss und nimmt eine weitere Belichtung auf, sobald der Film zum nächsten Bild vorgerückt ist. Aber eine Hochgeschwindigkeitskamera, die NICHT filmbasiert ist, kann eine fast unglaubliche Anzahl von Bildern pro Sekunde aufnehmen, bis in den Bereich von 20.000 Belichtungen pro Sekunde ODER MEHR. DAS ist Ihre Lösung, wenn Sie es sich leisten können. Es wird, müssen natürlich elektronisch mit dem TRIGGER an der Pelletpistole synchronisiert werden, und das schreibt vor, dass sowohl die Pelletpistole als auch die Kamera automatisch ausgelöst werden. Die Kamera würde kurz vor dem Abfeuern des Schusses mit der Aufnahme von Bildern beginnen, und sorgfältiges Zielen in Verbindung mit (ich vermute) einem automatischen Fokus (oder einem sehr weiten Feld) verfolgt das Projektil von dem Zeitpunkt an, an dem es den Lauf verlässt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem es auftrifft das Ziel. Alles, was Sie tun müssen, ist es abzuspielen und die Aufzeichnung anzusehen. Und es spielt keine Rolle, ob die aktuelle Kugel durch ein ALTES Loch im Ziel geht. SIE SEHEN ES, egal was passiert. Nun die schlechte Nachricht: Obwohl dies die einfachste und effektivste Lösung für Ihr Problem ist, ist sie nicht billig. Nur Sie können entscheiden, wie viel es Ihnen wert ist, absolute Gewissheit über die Trajektorien zu haben; Ich gehe davon aus, dass die HIGH-SPEED-Kamera, die Sie brauchen (a-la-Mythbusters), viele tausend Dollar kosten wird, um sie zu kaufen, und viele hundert Dollar, um sie für kurze Zeit zu mieten, WENN Sie jemanden finden, der Ihnen eine leiht (macht FLUKE Kameras? Sie vermieten elektronische Geräte, oder zumindest haben sie das früher getan); aber es ist eine DANDY-Lösung für Ihr Problem, wenn Sie es sich leisten können!