Es sollen mehrere Mikrofone an eine Zielscheibe (vermutlich aus Holz) angebracht werden, um den Einschlag eines Projektils (Pfeil oder Ball) feststellen zu können. Welche Mikrofone nimmt man für sowas am besten? Die Auswertung erfolgt dann per ADC und AVR, wobei ich noch durchrechnen muss, ob die Laufzeitunterschiede zwischen den Mikrofonen ausreichen, um den Einschlagpunkt zu lokalisieren. Immerhin ist die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern ja deutlich höher als in der Luft, wodurch beispielsweise auch die Abtastrate des AVR-ADC nicht mehr ausreicht.
Hey, das mit der schallgesteuerten Ortsauflösung könnte komplizierter werden, als zunächst angenommen. Denn durch Reflexionen an den Rändern kann es zu Mehrfachpulsen kommen, wenn das Medium nicht stark genug dämpft. Ausserdem breiten sich Longitudinale und Transversale Wellen in Medien unterschiedlich schnell aus, wobei das wegen der extrem kurzen Wege wegfallen könnte. In Holz ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls ca. 3km/s das bedeutet ca. 3µs pro cm. (überschlagsrechnung). Ich habe keinen schimmer, wie schnell so ein AD-Wandler ist, aber es reicht ja die erste steigende Flanke des Signals zu erkennen. Aber eine interessante Idee ist das. Gefällt mir. Gruß, fiete
Das beantwortet aber nicht die Frage. Genausowenig wie mein Kommentar, daß die zeitliche Auflösung mit nem TDC wohl kein Problem wäre. ;)
> In Holz ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls ca. 3km/s das > bedeutet ca. 3µs pro cm. (überschlagsrechnung). Holz ist zu schnell, wie ich sehen musste. Man brächte sehr schnelle ADCs und der Datenrate wäre mit einem AVR kaum mehr beizukommen. Gummi beispielsweise bietet sich an mit 150 m/s. > das mit der schallgesteuerten Ortsauflösung könnte komplizierter werden, > als zunächst angenommen. Denn durch Reflexionen an den Rändern kann es > zu Mehrfachpulsen kommen, wenn das Medium nicht stark genug dämpft. Ich gehe mal davon aus, dass man diese herausrechnen kann, entweder in Echtzeit oder zumindest, wenn ein Treffer getriggert wurde. Hauptproblem ist aber nach wie vor: Wie "hört" man in einen Festkörper? Welche Mikrofone, wie anbringen, wie verstärken?
Kannst ja für die Mikrophone so ne Art "Schwellwertschalter" nehmen, die dir dann ab einem bestimmten Schalldruck aufs Mikrophon einfach einen Impuls rausgeben. Dafür braucht man dann keinen ADC sondern nur digitale Eingänge, da sich die Position des Einschlags ja nur aus den Laufzeitunterschieden ergibt. So als Idee.
Also. Wenn die Anstiegszeit des Signales 3us waere, so muesste das "Mikrophon" um die 600kHz Bandbreite haben. Sowas gibt es als Piezo.
Als "Mirofon" wären piezos die Richtige wahl. Das sind dan mehr Ultraschall aufnehmer. Man sollte estwas aufpassen mit der maximalen Amplitude die der Sensor verträgt, ich hab schon mal einen mechanisch zerstört durch viel zu zur viel "Schall". Es könnte deshalb sinnvoll sein ziwschen Platte und sensor noch einen Draht als Schalleiter zu habe, um die großen Amplituden bei niedriegen Frequenzen (z.B. 1 kHz) schon akustisch rauszufiltern und den Mode einzugrenzen. Eine alternative wären eventuell magentostrictive aufnehmer. Eine besonders hohe Empfindlichkeit oder Amplituden Stbilität ist ja nicht mötig. Die verschiedenen Schalgeschwindigkeiten können ein Problem sein. Idealerweise sollten die Mikrone die schnellste Welle messen, denn sonst besteht die Gefahr das schnellste Welle mal erkannt wird und manchmal erst die langsamere. Bei einer Platte kommen zu Longitudinal- und Transversalwellen noch Oberflächenmoden.
Wie heissen diese Piezos genau? Ich finde z.B. bei Distrelec nur Piezoschall bzw. -signalgeber. Gehen die auch als Mikrofon, natürlich entsprechend verstärkt ;-)
So als Anregung: Die Trefferanzeigen auf praktisch allen 300m Schiessständen in der Schweiz funktionieren nach diesem Prinzip. Die Firma die das baut heisst Polytronic. Vielleicht hilft das was...
So weit ich das sehen kann passen die Sensoren nicht. Das müßten Sensoren für Ultraschall im Wasser oder Festkörper sein. Entsprechend sollte die Bandbreite bis einige MHz gehen, und Breitbandig, nicht resonant. Ein mögliche Herstellerseite wäre die hier: http://www.piezotechnologies.com/gauging.htm Das soll keine Werbung sein, sondern ist einfach nur die erte die ich gefunden habe. Eine Stelle wo man sich so was ansehen kann sind z.B. die Verzögerungsleitungen aus PAL Fernsehern. Notfalls auch so ein Teil zerlegen - das ankoppeln ist aber nicht einfach. Das sind als eher kleine Teile im Milimeter Bereich.
Hallo, zusätzliches Problem (Zitat aus Wikipedia): "Die Schallgeschwindigkeit erreicht in Holz faserparallel Werte von 4000 bis 6000 m/s, quer zur Faser nur 400 bis 2000 m/s." Und was, ergänze ich mal, ist mitm Ast? Wahrscheinlich brauchst du ein viel homogeneres Material (Pressspan?), denn ausgleichen oder rausrechnen kannst du das nicht. Gruss Reinhard
Altiumeer schrieb: > Die Trefferanzeigen auf praktisch allen 300m Schiessständen in der > Schweiz funktionieren nach diesem Prinzip. Hallo, funktioniert das bei Gewehrkugeln nicht vielmehr mit dem Knall, den das Geschoss in Luft erzeugt? Da ist aber auf Bälle und Pfeile nicht übertragbar. Geben tut es sowas aber auch für langsame "Geschosse", siehe Tennis. Ist aber in der Form nichts für Bastler. Gruss Reinhard
Also angesichts der Tatsache, dass man den Schall des Aufpralls hören kann, muss man sich denke ich um die Bandbreite keine Sorgen machen, sodass man sogar einfache Handy-Mikrofone oder ähnliches benutzen könnte. Die Faserrichtung von Holz sollte auch kein Problem sein. Denn man muss ja eh eine Eichroutine implementieren, denn die Scheiben verschleißen recht schnell - zumindest wenn man sie mit Pfeilen beschießt. Also sollte man einen passenden Eichalgorhytmus einrichten, der da eine "Streckung" des Targets berücksichtigt. Bleibt das Problem mit der Zeitauflösung. Es gibt Möglichkeiten deutlch höhere Zeitauflösungen zu erreichen, indem man einige Inverter hintereinander schaltet. Man gibt ein Startsignal (z.B. Prozessortakt) in diese Folge von Invertern. Wenn das Signal am Ende angekommen ist, dann beginnt im idealfall der nächste Takt. Bekommt man nun einen Interrupt (wie man den Triggert, dürfte noch auszutüfteln sein) muss man nur herausfinden, bei welchem Inverter das Signal stehen geblieben ist. Ich habe das mal in einer Arbeitsgruppe gesehen. Es kann sein, dass das nicht so leicht zu realisieren ist, weil die haben sich ihre Chips selber designed, und da ist so eine Folge von Invertern kein Problem. Vielleicht kann man die idee modifizieren für die entsprechenden Zwecke. Gruß, fiete
Die Nötige Zeitauflösung im Bereich µs ist elektronisch nicht sonderlich schwer zu handhaben. Viel µC haben dafür Hardware um Zeiten auf etwa 100 ns oder genauer zu messen. Man braucht nur 3-4 solcher Kanäle. Bei Holz hat man noch das Problem, dass dort Ultraschall doch etwas gedämpft wird. Man kann also vermutlich nicht mit besonders hohen Frequenzen arbeiten und ist dadurch in der Auflösung begrenzt. Wenn der Ball nicht so hart ist, hat man zusätzlich noch das Problem, dass hohe Frequenzen fast nicht angeregt werden. Bei einer entsprechend langsamen Flanke die am Mikrofon hat wird es dann schwer die genaue Position der Flanke zu bestimmen ! Wenn man wegen der nicht so eindeutigen Flanken dazu übergehen muß das ganze Signal per AD wandler und DSP zu bearbeiten, wird es allerdings aufwendig von der Hardware und Software.
Man könnte doch einfach einen OpAmp nehmen, ein beliebiges Mikrofonsignal nach Vss verstärken und auf diese Weise eine 1 generieren, die man dann als Interrupt auswertet. Um negative Werte zu vermeiden könnte mans ja noch mit ner Diode gleichrichten. Es interessiert ja eh nur das Primärsignal, also wenn man für ne Sekunde interrupts verbietet (bis die Zielscheibe ausgedämpft ist), sollte das doch schon auswertbar sein. Bei Holz zumindest mit cm-Auflösung. Bei Bällen reicht das ja schon locker. Bei Pfeilen wirds natürlich knapp...
Anstatt sich mit den extrem hohen Schallgeschwindigkeiten in Holz herumzuschlagen, könnte man auch den Schall messen, der sich über die Luft ausbreitet. Die Mikrofone müssten in diesem Fall auch nicht speziell an das Material gekoppelt sein. Immerhin kommt man dann auf 30 kHz pro Zentimeter. Wenn man auf ADCs verzichtet und das Signal direkt in Hardware triggert, sollte das problemlos verarbeitbar sein. Problematisch ist aber, dass nicht an allen Mikrofonen das selbe Signal ankommt, insbesondere die Amplitude dürfte stark distanzabhängig sein. Bis also die Schaltschwelle überschritten ist, vergeht je nach Amplitude unterschiedlich viel Zeit - ausser das Signal steigt perfekt senkrecht oder weit unterhalb der interessierenden Zeitspanne an. Das bezweifle ich allerdings, da ja einige Tiefpässe im System sind (Scheibe, Luft, Mikrofon, eventuell Triggerschaltung).
Schlagzeuger benutzen Piezos als Schallwandler, wobei es dabei überhaupt nicht auf die Frequenz ankommt, sondern den Peak, den die Piezo-Keramik bei Auftreten eines mechanischen Impulses erzeugt. Die Herren Musiker benutzen auch gerne MDF-Platte o.ä. mit den Wandlern, um sich ein Übungsschlagzeug zu bauen, das die Nachbarn nicht ganz so doll nervt... Wenn man nun also 3-4 Piezo-Keramiken (Piezo-Schallwandler) auf eine Holzplatte klebt, sollte man anhand des Laufzeitunterschiedes der Peaks zwischen den Wandlern auch den Auftreffpunkt berechnen können. Das kann man sogar ganz wunderbar rein digital erledigen. Der AD-Wandler eines AVR wäre eh zu langsam. Zum Thema "Drum-Trigger" gab es hier im Forum schon eine Diskusion...
Den Schall in der Luft auszuwerten, wird kaum gehen, denn der Schall breitet sich auch in der Platte aus, und wird dann von verschiedenen Stellen abgestrahlt. Man bekommt also nicht nur den direkten Weg. Duch die höhere Geschwindigkeit im Holz kann der Umweg dabei sogar schneller sein. Die Ultraschallaufnehmer für Festkörper sind Piezos, nur eher etwas keiner wegen der höheren Frequenzen.
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