Sensores para detectar objetos que cruzan el plano a gran velocidad

Question

Busco detectar un objeto algo pequeño (5-20mm) de alta velocidad (600m/s) que cruza un plano estacionario de 0,5m x 0,5m. Cuando el objeto cruza el plano, quiero saber el X, Y.

Pido disculpas por el carácter tan amplio, pero estoy tratando de averiguar qué tipo de sensores se podrían utilizar para construir un dispositivo de este tipo. Tengo previsto utilizar el arduino para el procesamiento, pero no tengo ni idea de los sensores. (En realidad soy un tipo de software - ¡no me mates!)

Gracias, Chris

Answer 1

Haz las cuentas.

600 metros por segundo son 1342 millas/hora. Mach 2.0 es 680 m/seg. Estamos hablando de una "bala".

Suponiendo que la longitud del proyectil sea de 5 mm, cruzará el plano en 8,33 microsegundos. Un proyectil de 20 mm tardará 33,3 microsegundos.

La forma tradicional de medir la exactitud y la precisión de la trayectoria de una bala es disparar a un trozo de papel y ver dónde aparece el agujero.

Podrías usar algo como papel de construcción negro, iluminado por detrás (¡luz fuera del eje!) y usar una cámara de televisión para detectar la aparición repentina de un punto brillante donde no lo había, donde el agujero de bala recién perforado ahora deja pasar la luz. Sin embargo, un Arduino va a ser un poco débil para el procesamiento de imágenes.

Answer 2

El funcionamiento de un cronógrafo de balas consiste en medir el cambio momentáneo de la intensidad de la luz a través de una abertura con un fondo luminoso difuso (el cielo o un difusor de plástico blanco), mediante un fotodetector de infrarrojos o de luz visible, como un fototransistor o un fotodiodo.

Si no necesitas una coordenada XY súper precisa en el plano, podrías utilizar el mismo método con una matriz de fotodetectores a lo largo de cada eje, y algunas ópticas o escudos para restringir qué partes del plano puede "ver" cada fotodetector. Entonces se calcularía la posición del proyectil a su paso por el plano observando qué fotodetectores se disparan (cambian de intensidad) al mismo tiempo.

Como alternativa, podría funcionar un CCD de muy alta velocidad (o dos). Podrías calibrar el sistema utilizando un plano de referencia impreso en un panel, para saber qué píxel corresponde a cada coordenada del plano. Dudo que el Arduino tenga suficiente capacidad de procesamiento para ejecutar algoritmos de visión por ordenador, así que esto puede no ser plausible en tu aplicación.

Answer 3

¿Qué grado de desarrollo quiere hacer?

Puede haber varias formas de hacer una tomografía dentro de una ventana de 500 mm2.

A 600 m/s, el proyectil se moverá 15 mm en un ciclo de una señal acústica ultrasónica de 40 kHz. Si tuviera varios transmisores y receptores alrededor del borde de la ventana de detección, podría obtener suficiente señal en los receptores para reconstruir de dónde procede el eco adicional.

En comparación con la luz, es, por supuesto, a todos los efectos, estacionaria. Al ser pequeño, no será un buen reflector de las señales de radio hasta que su tamaño se acerque a una longitud de onda. Tal vez se podrían colocar algunos abridores de puertas doppler de 6 GHz (baratos) alrededor de la periferia y hacer el mismo truco de reconstrucción de los ecos.

Answer 4

Puede utilizar la sincronización de la perturbación sónica de varios micrófonos colocados alrededor de la periferia del objetivo. 3 sería el mínimo absoluto necesario, pero yo recomendaría entre 5 y 10. Los pulsos tendrán que ser cronometrados con un reloj maestro lo suficientemente rápido como para obtener la resolución deseada. Esto se convierte en un análisis estadístico relativamente sencillo cuando el aparato funciona correctamente. El proyectil solo necesita estar viajando > M=1.0 cuando cruza el umbral de los micrófonos.