Quali sono le mie opzioni per rilevare la posizione di un piccolo oggetto metallico in movimento?

Questa è una trappola per pallini ad aria compressa:

Sparo piccole palline di metallo (4,5 mm = .177 "di diametro) fino a 120 m / s = 390 fps.

Quali sono le mie opzioni per rilevare la posizione X / Y in cui entra nel bersaglio?

Semplifica se ho solo bisogno di conoscere la distanza dal centro? (il punteggio)

In questo momento i miei pellet sono privi di piombo, ma non ferromagnetici (non si attaccano a un magnete). Se dovessi ottenere pellet ferromagnetici, avrei più opzioni? Qualche effetto induttivo o elettromagnetico forse?

In questo momento posso pensare a:

1. Una fotocamera montata su un treppiede, che confronta le immagini successive e rileva eventuali differenze sulla carta target. Lati negativi: avrebbe bisogno di una discreta potenza di calcolo (almeno un Raspberry Pi) e probabilmente perderebbe un pellet che passa proprio attraverso un buco scavato dal pellet precedente. Inoltre non funzionerebbe altrettanto bene contro le bande nere.

2. Due scanner laser o CCD, come scanner di codici a barre riproposti, montati lungo i bordi del bersaglio a 90 ° l'uno rispetto all'altro. Lati negativi: l'ottica dovrebbe essere modificata nel caso del CCD; avrebbero probabilmente bisogno di uno sfondo bianco di riferimento sull'altro lato; e dovrebbero essere molto veloci, perché i pellet si muovono molto velocemente.

Altre idee?

Posso usare antenne montate lungo il bordo per rilevare un qualche tipo di effetto elettromagnetico? E se producesse un campo elettromagnetico? Il pellet di metallo interagirebbe con esso in qualche modo evidente? Un pellet ferromagnetico lo farebbe?

Posso usare due rilevatori di distanza supersonici, montati a 90 ° l'uno rispetto all'altro? Riescono a rilevare un oggetto così piccolo, viaggiando veloce?

Una bobina circolare attorno al perimetro esterno del bersaglio genera un flusso magnetico: -

La densità del flusso è al minimo (ma non zero) al centro e man mano che ci si avvicina al perimetro della bobina, la densità del flusso aumenta.

$\sqrt2$

Chiaramente, un pellet più grande genererebbe anche una deviazione di frequenza più grande, quindi ha bisogno di essere calibrato per pellet .177 0r .22 in modo diverso.

Usa una qualche forma di rilevatore di frequenza per produrre un bip CC (demodulato) e la dimensione del blip è proporzionale a quanto sei vicino o quanto lontano dal bordo della bobina. Un lato negativo è che all'esterno della bobina deve esserci qualcosa per impedire la registrazione dei pellet vaganti all'interno del circuito. Volete avere una frequenza decentemente alta di probabilmente pochi MHz in modo che il rivelatore possa registrare diverse decine di cicli cambiando mentre il proiettile passa attraverso.

A 120 metri al secondo la sensazione dell'intestino mi dice che inizierà a registrare qualcosa quando la bobina è forse a 50 mm di distanza dalla bobina, quindi forse c'è una distanza del punto dolce di circa 10 mm dove la frequenza cambia di più. A 120 m / s, 1 m viene percorso in 8.333 ms, quindi 10mm è un periodo di tempo di 83.33 us quindi forse 83 cicli di 1MHz potrebbero essere rilevati in modo accettabile, ma a 10MHz sarebbe meglio.

Ciò richiederà solo un giro di 1 giro con alcune centinaia di pF di messa a punto.

È fattibile.

Progettavo metal detector farmaceutici alla ricerca di contaminanti metallici nella produzione di pillole. Usava 1MHz e poteva rilevare particelle con un diametro di 0,25 mm (ferro ferroso e non ferroso ma non acciaio inossidabile). Aveva una bobina quadrata di circa 100 mm per 35 mm, quindi era un po 'più piccola di una per un bersaglio, ma se si considera che i "livelli di rilevamento" sono proporzionali alla massa e la massa è proporzionale alla distanza al cubo, dovrebbe essere OK.

Si può presumere che una pallina .177 sia una sfera del diametro di 4,5 mm: è 18 volte più grande di 0,25 mm e quindi la sua massa sarà 5.832 volte più grande e il segnale sarà approssimativamente 5.832 volte più grande.

Potresti provare un set di microfoni disposti attorno al percorso del proiettile.

Una volta ho visto un drone bersaglio che utilizzava una serie di microfoni per rilevare la distanza mancante dei colpi che volavano oltre. In questo caso i round erano supersonici, quindi il loro suono era un po 'più forte e più nitido del tuo, ma il principio poteva ancora funzionare.

Per esplorare questa idea è possibile ottenere due piccoli microfoni a elettrete, polarizzarli correttamente e testare con un oscilloscopio a memoria digitale. Se non ne hai uno, puoi anche collegarli alla scheda audio del tuo computer (linea in ingresso, in modo da ottenere Stereo). Montali su un bastoncino, diciamo a 30 cm di distanza, fai una registrazione audio alla massima frequenza di campionamento e spara qualche pallina su di essi in varie posizioni. Guarda i file WAV con Audacity e vedi se 1) c'è un impulso utile e 2) se la differenza di orario di arrivo corrisponde ai diversi percorsi dello scatto.

330 m / s diviso per 44 kHz è 7,5 mm, quindi se i microfoni hanno una larghezza di banda sufficiente, penso che tu abbia la possibilità di rilevare la posizione con la scheda audio.

Se si ottengono buoni risultati con una scheda audio, il passo successivo sarà la progettazione di un circuito rivelatore in grado di rilevare ragionevolmente in modo accurato l'impulso sonoro, producendo una semplice transizione bassa> alta sulla sua uscita. Potrebbe essere semplice come un filtro passa alto, amplificatore e comparatore. Quindi creane almeno 3, ma meglio 4 o 5, disponi i microfoni attorno al bersaglio e collegali al tuo Arduino, per fare il cronometraggio. Hai solo bisogno di tempo relativo, e solo una risoluzione di forse 10 noi, quindi un Arduino è perfetto.

Quindi sono solo alcuni calcoli, probabilmente sul tuo PC piuttosto che su Arduino, per capire la posizione del pellet nell'array di microfoni.

Qualche piccolo pensiero: fai attenzione al suono del fucile stesso che fa scattare i rivelatori - forse un gate software che registra solo il secondo set di impulsi? Il circuito del rivelatore deve reimpostarsi rapidamente e non rimanere in alto a lungo. Inoltre, fai attenzione che i circuiti del tuo rivelatore non leggano suoni forti prima di quelli più deboli - questo renderebbe il calcolo della portata meno accurato. Oltre a migliorare il rilevatore nel rilevare il picco, è possibile distanziare ulteriormente i microfoni, non solo agli angoli del bersaglio. Tieni i microfoni ben avanti rispetto al bersaglio in modo da non avere riflessi sonori dal cartone.

È possibile utilizzare una matrice di membrana "gommata" di contatti ravvicinati (simile a una tastiera). A seconda dell'accuratezza della risoluzione necessaria, è possibile utilizzare una matrice di fili 10 x 10 o 100 x 100. Scansionando elettronicamente i contatti si sarebbe in grado di determinare dove colpisce il pellet.

Hai già citato la soluzione più pratica e più semplice, una fotocamera, ma sembra che tu abbia visto la foresta e nessun albero: il punto è che ci sono tutti i tipi di telecamere e mostri la tua esperienza NON per includere il tipo di cui hai bisogno : una telecamera ad alta velocità. Una fotocamera tipica scatta una foto quando si preme il pulsante una volta. Una fotocamera più costosa può essere dotata di un avvolgitore automatico (per le vecchie fotocamere basate su FILM, ora quasi obsolete) e l'avvolgitore aprirà l'otturatore e prenderà un'altra esposizione non appena il film passerà al fotogramma successivo. Ma una fotocamera ad ALTA velocità, che NON è basata su pellicola, può scattare un numero quasi incredibile di foto al secondo, chiarire la gamma di 20.000 esposizioni al secondo O PIÙ. QUESTA è la tua soluzione, se te lo puoi permettere. Lo farà, ovviamente è necessario sincronizzarsi elettronicamente con il GRILLETTO sulla pistola a pellet e ciò determina che sia la pistola a pellet che la telecamera vengano avviate automaticamente. La fotocamera avrebbe iniziato a scattare foto un po 'prima che lo scatto venisse sparato e un attento puntamento accoppiato con (mi aspetto) una messa a fuoco automatica (o un campo molto ampio) seguirà il proiettile dal momento in cui lascia la canna al momento in cui colpisce il bersaglio. Tutto quello che devi fare è riprodurlo e guardare il disco. E non importa nemmeno se l'attuale pallina passa attraverso un VECCHIO buco nel bersaglio. LO VEDI, qualunque cosa accada. Ora la cattiva notizia: sebbene questa sia la soluzione più semplice ed efficace al tuo problema, NON VIENE A BASSO COSTO. Solo tu puoi decidere quanto vale per te avere la certezza assoluta delle traiettorie; Mi aspetto che la videocamera AD ALTA VELOCITÀ di cui hai bisogno (a-la-Mythbusters) costerà molte migliaia di dollari da acquistare e molte centinaia di dollari da noleggiare per un breve periodo, SE riesci a trovare qualcuno che ti noleggi uno (FLUKE fa telecamere? Noleggiano apparecchiature elettroniche, o almeno una volta); ma è una DOLCE soluzione per il tuo problema, se te lo puoi permettere!