Wie misst man die Neigung auf einem dynamischen Gerät?

Ich versuche, eine Fahrzeugkomponente zu instrumentieren. Ich möchte den Winkel eines Bauteils während eines Fahrzyklus messen. Das Bauteil hat einen einzigen Freiheitsgrad, es hat eine feste Achse. Ich versuche, einen effizienten Weg zu finden, um dies zu messen. Ich hoffe, die Technologie des Internets der Dinge (Raspberry Pi / Arduino) entsprechend zu verwenden. Ohne auf Details einzugehen, muss ich dieses Ding über eine Batterie mit Strom versorgen. Ich gehe davon aus, dass die Tests tagsüber auf Asphalt oder Betonpflaster durchgeführt werden.

Sensoren, die Möglichkeiten zu bieten scheinen:

  • Beschleunigungsmesser (X,Y,Z)
  • Elektrolytischer Neigungssensor
  • Passiv-Infrarot (PIR)-Sensor
  • Radarsensor
  • Schallsensor
  • Flugzeit des Lasers

Mein ursprünglicher Gedanke war, einen Beschleunigungsmesser zu verwenden, ihn an der Unterseite des Geräts anzubringen und die Richtung der Schwerkraft zu analysieren, um den Winkel der Komponente abzuleiten. Ich weiß, dass dies bei einem feststehenden Fahrzeug funktionieren würde, aber meine Situation ist alles andere als feststehend. Ich kann die Fahrtrichtung des Fahrzeugs nicht ableiten. Außerdem ist die Geschwindigkeit meines Fahrzeugs nicht konstant. Ich werde die Beschleunigung überwachen (aber die Schwerkraft abziehen), während ich nach anderen Eigenschaften suche ...

Aufgrund meiner enormen Beschleunigungsvarianz glaube ich auch nicht, dass ein elektrolytischer Neigungssensor auf Flüssigkeitsbasis funktionieren würde.

Mein nächster Gedanke ist, den Abstand von der Komponente zum Boden genau zu messen. Ich würde den Sensor am beweglichen Ende meiner Komponente befestigen und dann den beobachteten Abstand zum Komponentenwinkel kalibrieren, während das Fahrzeug vollständig zum Stillstand gekommen ist. Ich kann die Entfernung in Echtzeit überwachen, um den Komponentenwinkel relativ zum Boden abzuleiten.

Scratch-Passiv-Infrarot. Ich bin mir ziemlich sicher, dass das Sonnenlicht das durcheinander bringen wird.

Radar ist eine ziemlich nette Technologie, scheint aber an Metall, Wasser oder Menschen orientiert zu sein und hat eine sehr langsame Reaktionszeit. Vergiss das.

Und das führt mich entweder zu einem Schallabstandssensor oder einer Laser-Flugzeitmessung . Auf den ersten Blick sind beide Methoden kostengünstig und scheinen in den Bereichen zu funktionieren, die mich interessieren. Aber ich habe hier keine Erfahrung. Was ich nicht weiß, ist, ob Straßentests bei Tageslicht diese Geräte beeinträchtigen. Werden Umgebungsgeräusche die Dinge durcheinander bringen? Was ist mit reflektiertem Sonnenlicht?

Laser-Laufzeitsensor

Hat hier jemand Erfahrung mit den letzten beiden Technologien (Sonic Distance oder Laser Time of Flight)?

Gibt es Technologien, die eine alternative Methode zum Messen des Winkels einer Komponente (relativ zum Boden) in einem dynamischen, sich bewegenden Fahrzeug bieten, vielleicht etwas, das ich übersehen habe?

Hinweis: Ich habe viel mit Magnetometern und Beschleunigungsmessern gearbeitet (Ugh, erinnern Sie sich an das Vector Cross-Produkt?), Aber ich habe noch nie ein Gyro-Gerät berührt. Gibt es da Möglichkeiten?

Gyros sind Geschwindigkeitssensoren. Sie müssen integrieren, um den Winkel zu erhalten, und sie driften (und haben keine Nullreferenz). Sie können sie mit anderen Sensoren kombinieren, aber dann sehen Sie eher wie eine IMU als wie ein einzelner Sensor aus.
Dieser kurze Kommentar zu Trägheitsmesseinheiten ist sehr hilfreich. Irgendwelche Referenzen? Wie gehst du mit Drift um? (oder einfach zwischen den Tests neu kalibrieren?) Vielen Dank.
Mit Neigungsmesser
Ich bin dankbar für die Antworten hier ... die mich alle auf die Verwendung eines Kreisels hinweisen. Ich wusste nicht, dass der Kreisel auf dem iPhone verfügbar ist. Meine Apple-Dev-Lizenz ist bezahlt, damit ich den Code (Sensorfusion und Kalman-Filter usw.) tatsächlich beweisen kann, ohne einen Cent auszugeben. Ich habe Testleute an verschiedenen Orten. Wenn wir ein anständiges 3D-gedrucktes Gehäuse entwickeln können, ist dies ein Gewinner. Das Problem ist jetzt: Wie wählt man eine akzeptierte Antwort aus? Alle Einsendungen fügen eine zeitnahe Antwort und / oder einen großen Wert hinzu ...

Antworten (3)

Mein Ipod der 6. Generation und andere Mobilgeräte verfügen über einen Gyro-Controller (Neigungssensor), der mit einer geeigneten App die X-, Y-Neigung mit einer Auflösung von 0,1 Grad schnell genug > 10 sps anzeigen kann. Mein iPod verfügt über eine 2D-Wasserwaage in einer Multifunktions-App.

Ich habe viel an mobilen Apps gearbeitet. Ich habe immer den Beschleunigungssensor zur Winkelbestimmung verwendet. Aber wenn der Kreisel wie angekündigt funktioniert, kann ich sehen, wo dies hilfreich sein kann. Ich schätze, ich programmiere einen (Swift oder Flutter/Dart) und schaue, ob das auf meinem iPhone funktioniert. Ich könnte eine Schutzbox für das Telefon in 3D drucken, anbringen und testen, bevor ich mich auf die Kreisellogik festlege. Letztendlich würde ich mein Telefon lieber nicht benutzen, aber das wird definitiv für den Beweis funktionieren ...
6D-Kreisel und Beschleunigungsmesser haben möglicherweise Grenzen, mit denen ich nicht vertraut bin

Ich möchte den Winkel einer Komponente messen ... Die Komponente hat einen einzigen Freiheitsgrad, sie hat eine feste Achse. Ich versuche, einen effizienten Weg zu finden, um dies zu messen.

"Das" ist was? Ein Winkel im Fahrzeugkoordinatensystem oder ein Winkel mit einem Horizont? Wenn Ihre Komponente eine Achse hat, kann Ihnen ein einfaches Potentiometer oder Encoder einen Winkel zwischen Komponente und Fahrzeug liefern.

Mein ursprünglicher Gedanke war, einen Beschleunigungsmesser zu verwenden ... und die Richtung der Schwerkraft zu analysieren, um den Winkel der Komponente abzuleiten.

OK, nehmen wir an, Sie möchten einen Winkel mit einem Horizont. Ja, dafür werden Beschleunigungsmesser oft verwendet. Und dies ist wahrscheinlich Ihre beste Option.

Ich kann die Fahrtrichtung des Fahrzeugs nicht ableiten.

Ähm ... also, was versuchen Sie mit Beschleunigungsmesser, Winkel oder Fahrtrichtung zu messen? Diese beiden sind völlig unterschiedlich.

Wenn Sie meinen, dass Sie die Messwerte des Beschleunigungsmessers aufgrund der Fahrzeugbewegung nicht interpretieren können, haben Sie Ihre Nachforschungen nicht durchgeführt. Durch die Verwendung einer Kombination aus 3-D-Beschleunigungsmessern, 3-D-Kreiseln und einem Sensorfusionsalgorithmus kann die Sensorausrichtung leicht mit guter Genauigkeit berechnet werden.

Keine Möglichkeit, einen Encoder an der Rotationsachse zu instrumentieren. Zur Winkeldiskussion (Horizont oder Fahrzeugkoordinatensystem.) Entschuldigung. In meinem Fall ist das Spurrad fest und es gibt keine Federung. Ich möchte wirklich Winkel zum Horizont. Das Fahrzeug fährt mit einer Vielzahl von Geschwindigkeiten (Beschleunigung ist +/- 0/-) und der Fahrweg ist weder gerade noch eine regelmäßige Sinuskurve. Vielleicht meine Worte "Ich habe noch nie ein Kreiselgerät berührt. Gibt es da Möglichkeiten?" gab Ihnen den Hinweis, dass ich haven't done [my] research?nicht genau weiß, was Ihre Empfehlung hier ist. Referenz für Trägheitsmaterial?
Ich dachte, meine Empfehlung ist klar - verwenden Sie einen 6-Achsen-Gyro / Beschleunigungsmesser-Kombinationschip und wenden Sie den Sensorfusionsalgorithmus auf seinen Ausgang an. (Einfach nach Sensorfusion oder Kalman-Filter googeln ). Alternativ können Sie von InvenSense hergestellte Chips wie MPU-6050 mit integriertem DMP verwenden.

Mein erster Gedanke, wenn ich Ihre Anwendung verstehe, ist ein integrierter Orientierungssensor. De-facto ist der Bosch Sensortec BNO055. Sie können ein Breakout-Board bei Adafruit finden oder es auf Ihrer eigenen Leiterplatte platzieren. Der Sensor verfügt über einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser, ein 3-Achsen-Gyroskop und ein 3-Achsen-Magnetometer (in diesem Fall nicht besonders nützlich). Am wichtigsten ist, dass der Chip über eine eigene CPU verfügt, die mit einem proprietären Sensor-Fusion-Algorithmus geladen ist. Zusätzlich zu den rohen Sensordaten gibt der Chip Euler-Vektor- und Quaternion-Orientierungsdaten aus. Der Chip unterstützt i2c, sodass Sie ihn mit den meisten IoT-Plattformen verbinden können sollten.

Die Grenzen dieses Ansatzes:

  • Der Sensor muss an dem zu messenden Gegenstand montiert werden. Mir ist Ihre Bewerbung nicht ganz klar, aber ich gehe davon aus, dass das möglich ist.
  • Der Sensor Fusion kann nur so viel Winkelgeschwindigkeit verarbeiten. Auch hier kenne ich die Details nicht, aber wenn Sie versuchen, den Winkel einer Kurbelwelle oder etwas, das sich wirklich bewegt, zu messen, werden Sie Probleme haben.

Fühlen Sie sich frei, weitere Anwendungsdetails hinzuzufügen, wenn ich sie falsch verstanden habe.

Wie misst man die Neigung auf einem dynamischen Gerät?
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