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
> 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.
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.
