"Klopf"-Sensor für Schaufenster

OP (Firma: crushed eyes) #4905144
Hallo Profis.

Ich brauche eure Hilfe / Meinungen.

Ich möchte für ein "Schaufenster der Archäologie" gewisse 
Funktionalitäten im Schaufenster (RaspberryPi mit Videoausgabe und 
Lichtsteuerung) durch Klopfen an der Schaufensterscheibe auslösen.

Die Scheibe ist relativ massive 5-fach Verglasung. Der Aufbau:
float 6mm – 16mm – float 6mm – 16mm – 6,38mm VSG (Gesamtaufbau 50mm)

Etwa 5m vor der Scheibe ist eine Bushaltestelle, es sollte also Klopfen 
an der Scheibe möglichst präzise von den Vibrationen des Busses 
unterschieden werden.

Meine Idee nach etwas Google-Recherche ist die Verwendung eines 
Piezo-Elements. Ist das die richtige Idee?

Ich dachte an eine Verklebung des Piezo-Elements direkt auf der 
Rückseite der Scheibe, ggfs. speziell an der gewünschten Klopf-Position.

Reicht so ein einfaches Piezoelement? Wenn ja, mit welchen Hz/Ohm ?
https://www.reichelt.de/Signalakustik/EPZ-15MS60W/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=6560&ARTICLE=145913

Oder einen Piezo-Vibrationssensor?
http://www.watterott.com/de/Piezo-Vibrationssensor-klein-vertikal

Brauche ich einen Sensor mit Masse? Brauche ich einen Verstärker? Kann 
ich ggfs. über Low-Pass bzw. High-Pass in der Software die 
Auslöse-Präzision verbessern?

Viele Fragen, ich bitte um Meinungen, bzw. Erfahrungen zu diesem Thema, 
das wäre klasse :)
Gast
Ok, nach nochmaligem Durchlesen ist die Scheibenkonstruktion vielleicht 
doch etwas zu massiv für einen einfachen Lautsprecher.

Da bleibt vom Klopfen vermutlich nicht mehr viel über. Da ist ein 
Vibrationssensor vielleicht doch besser.
Muss es Klopfen sein? Früher gab es so etwas häufiger bei 
Modellbaugeschäften. Wenn man einen Sensor an der Scheibe (Metallplatte 
innen, ca 10cm Durchmesser) berührte, setzte sich die Eisenbahn in 
Bewegung. Die Abfrage war hier kapazitiv, sehr zuverlässig.
Gast
Friedrich S. schrieb:
> Ich möchte für ein "Schaufenster der Archäologie" gewisse
> Funktionalitäten im Schaufenster (RaspberryPi mit Videoausgabe und
> Lichtsteuerung) durch Klopfen an der Schaufensterscheibe auslösen.

Stelle ich mir spannend vor ein Klopfen an die Scheibe vom Rumplen eines 
vorbeifahrneden Fahrzeugs zu untersscheiden. Das könnte was für 
Signalverarbeitung und eine Bachelor- oder Masterarbeit werden :)
Alternativ einfach eine Lichtschranke vor der Scheibe die durch die Hand 
unterbrochen wird.

rgds
OP (Firma: crushed eyes)
6a66 schrieb:
> Stelle ich mir spannend vor ein Klopfen an die Scheibe vom Rumplen eines
> vorbeifahrneden Fahrzeugs zu untersscheiden. Das könnte was für
> Signalverarbeitung und eine Bachelor- oder Masterarbeit werden :)

Eigentlich denke ich das die Unterscheidung nicht sooo schwierig sein 
sollte, das wird in der Fachliteratur als "Impact" bezeichnet.

> Alternativ einfach eine Lichtschranke vor der Scheibe die durch die Hand
> unterbrochen wird.

Schon probiert, außerhalb der Scheibe geht nicht (Vandalismus, Außenwand 
durchbohren) von innerhalb der Scheibe ist bei schräger Strahlrichtung 
die Refraktion durch die 5-fach-Verglasung zu stark :-(

Ebenfalls probiert: Radar (Problem: Bus löst alles aus was auch ein 
Mensch näher an der Scheibe auslöst).
Gast
wie wäre ein helligkeistssensor der tagsüber aktiviert ist
so bald man der durch eine augelegte ahn oder den körper einer Person 
verdunkelt wird läuft dann eine Sequenz ab
Gast
Ich habe handelsübliche Piezos schon für solche Zwecke eingesetzt. Aber 
da war es nur eine einfach verglaste Scheibe. Aber wenn du ein 
Oszilloskop zur Hand hast und den Piezo mit Klebeband an der 
Innenscheibe befestigst, kannst du es relative schnell ausprobieren ob 
überhaupt ein Signal ankommt wenn man aus anklopft.
Wenn du mit dem Oszi etwas misst, dann kannst du das Signal relativ 
einfach über eine Verstärkerschaltung und Filterung für deinen 
RaspberryPi konditionieren.
Gast
Ich fürchte das mit einem Piezo wird nichts.
Die Dinger sind gut, wenn es um Glasbruch geht. Dabei entstehen hohe 
Frequenzen und die lieben Piezos.
Die beim Klopfen, mit dem Fingen, entstehenden Frequenzen werden wohl, 
den Lieblingsfrequenzbereich eines Piezos nicht erreichen.
Wie sieht es denn mit einem stinknormalen Bewegungsmelder aus. Die 
Billigen gucken im Infrarotbereich, der, wenn auch etwas gedämpft, durch 
eine Scheibe krabbeln sollte. Probieren kostet nichts und die Teile 
selbst auch - fast - nichts.
OP (Firma: crushed eyes)
Piiizo schrieb:
> Ich habe handelsübliche Piezos schon für solche Zwecke eingesetzt. Aber
> da war es nur eine einfach verglaste Scheibe. Aber wenn du ein
> Oszilloskop zur Hand hast und den Piezo mit Klebeband an der
> Innenscheibe befestigst, kannst du es relative schnell ausprobieren ob
> überhaupt ein Signal ankommt wenn man aus anklopft.
> Wenn du mit dem Oszi etwas misst, dann kannst du das Signal relativ
> einfach über eine Verstärkerschaltung und Filterung für deinen
> RaspberryPi konditionieren.

Okay Danke. Ich bestell mir jetzt mal die ganze Bandbreite von 1kHz bis 
6kHz und schaue was ankommt.
OP (Firma: crushed eyes)
Amateur schrieb:
> Wie sieht es denn mit einem stinknormalen Bewegungsmelder aus. Die
> Billigen gucken im Infrarotbereich, der, wenn auch etwas gedämpft, durch
> eine Scheibe krabbeln sollte. Probieren kostet nichts und die Teile
> selbst auch - fast - nichts.

Nope, bereits probiert, sowohl mit Infrarot als auch mit Radar. Das 
Problem ist wechselnde Beleuchtungssituation im Tages/Abendverlauf und 
die am Fenster vorbeigehenden Passanten.
Gast
Georg G. schrieb:
> Friedrich S. schrieb:
>> Die Scheibe ist durch ihren Aufbau (5-fach Verglasung, 50mm) kapazitiv
>> nicht zu durchdringen.
>
> Ausprobiert? Oder Bauchgefühl? Glas ist schon mal besser als Luft,
> höheres Epsilon-r. Sollte notfalls in 5 Minuten zu messen sein.

Brauch er nicht zu messen - das geht - aber klopfen finde ich besser. 
Ein Elektretmikrofon oder ein kleiner Lautsprecher (es gab eine 
Schaltung bei Elektor vor Jahr und Tag) wäre mein Ansatz.
Kisl schrieb:
> klopfen finde ich besser

Wir haben nur stinknormale Dreifach-Verglasung. Wenn du da aussen 
klopfst, kommt innen fast nichts an. Die Dämpfung ist sehr hoch. Ich 
bezweifle, dass durch die 5-fach Scheibe noch was durch kommt. VSG 
dämpft durch die Folie noch stärker.

Aber der TO wird es schon richten.
OP (Firma: crushed eyes)
Kisl schrieb:
> Georg G. schrieb:
>> Friedrich S. schrieb:
>>> Die Scheibe ist durch ihren Aufbau (5-fach Verglasung, 50mm) kapazitiv
>>> nicht zu durchdringen.
>>
>> Ausprobiert? Oder Bauchgefühl? Glas ist schon mal besser als Luft,
>> höheres Epsilon-r. Sollte notfalls in 5 Minuten zu messen sein.

Ausprobiert. Verschiedenste Sensortypen. Präzise Erkennung nicht 
möglich. Mag auch am Rahmen des Fensters liegen, aber ich will den 
Sensor auch nicht mittig in der Scheibe platzieren ;)

> Brauch er nicht zu messen - das geht - aber klopfen finde ich besser.
> Ein Elektretmikrofon oder ein kleiner Lautsprecher (es gab eine
> Schaltung bei Elektor vor Jahr und Tag) wäre mein Ansatz.

Interessanter Ansatz. Wenn man hinter dem Schaufenster steht ist das 
Klopfen deutlich zu hören. Mikrofonkapsel direkt an die Scheibe? Oder in 
den Raum hinter der Scheibe richten? Das werde ich jedenfalls auch 
probieren.
Gast
Friedrich S. schrieb:
> RaspberryPi mit Videoausgabe und Lichtsteuerung

Der könnte das vielleicht auch per Bilderkennung machen (RPi Kamera 
Modul). Auf der Scheibe Markierungen aufkleben, wenn man dann seine Hand 
auf die Stelle legt dürfte das ganz gut zu erkennen sein.
OP (Firma: crushed eyes)
Tr schrieb:
> Friedrich S. schrieb:
>> RaspberryPi mit Videoausgabe und Lichtsteuerung
>
> Der könnte das vielleicht auch per Bilderkennung machen (RPi Kamera
> Modul). Auf der Scheibe Markierungen aufkleben, wenn man dann seine Hand
> auf die Stelle legt dürfte das ganz gut zu erkennen sein.

Tatsächlich würde das allerdings relativ viel Programmieraufwand und 
Testing bedeuten, da verschiedene Lichtsituationen (direkte 
Sonneneinstrahlung, Nachts mit Straßenlaterne) bedacht werden müssen und 
ich keine Möglichkeit sehen den Abstand der Interaktion zu erkennen 
(also wird da eine Hand auf die Scheibe gelegt oder steht jemand 2m vor 
der Scheibe. Das Klopfen ist eindeutiger...
Gast
Hallo,
da Radar scheinbar durch die Scheibe geht kannst du ja ein FMCW Radar 
verwenden. Da bekommst du noch die Entfernung mit.
Ansonsten könnte man es optisch mit einer Stereo Kamera probieren
Gruß Peter
Moderator Persönliche Seite
Eine Möglichkeit wäre auch noch ein IR-Sender und -Empfänger (TSOP) 
direkt nebeneinander. Beide sind optisch voneinander isoliert und 
"sehen" direkt in unmittelbarer Entfernung auf die Scheibe, evtl. mit 
kleinem Winkel aufeinander zugeneigt.

            Scheibe
   innen      |
------------- |   |
         LED  |   |
------------- |   | Hand (außen)
        TSOP  |   |
------------- |   |
              |

Der IR-Sender sendet ein moduliertes Signal aus, welches man mit dem 
TSOP einfangen und mit dem Sendemuster vergleichen kann, z.B. mittels 
IRMP und IRSND.

Hält jemand nun eine Hand von der anderen Seite gegen die Scheibe, wird 
das IR-Signal reflektiert und vom TSOP detektiert.

Da das Empfangsmuster mit dem Sendemuster übereinstimmen muss, ist eine 
"versehentliche" Detektion mittels Fremdlicht nahezu ausgeschlossen.
Einen Bewegungsmelder oberhalb der Scheibe montieren und nach unten, in 
Richtung "Füße", ausrichten. Das sollte schon die Vorbeigehenden 
ausblenden. Außerdem wird die Installation so fast unsichtbar. Ausnahme: 
Jemand geht mit der Nase bis an die Scheibe und schaut nach oben;)
Gast
Hallo,
Du kannst so etwas sehr gut mit einem Beschleunigungssensor lösen. Der 
ist empfindlich und schnell genug. Damit kannst du das Klopfen aus den 
anderen Schwingungen rausfiltern. Vor allem, wenn du einen dreiachsigen 
nimmst. Die Dinger sind recht günstig und auch gut an den raspi 
anzuschließen. Müsste welche mit I2C geben.
Gruß Ralf

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