Collimare un raggio sonar

Chiedendosi se qualcuno è a conoscenza di un modo per far sì che un sensore di prossimità ad ultrasuoni venga modificato, in modo tale che il suo raggio di vista in avanti rimanga inalterato, ma la sua diffusione angolare è ridotta, un po 'nel senso del "collimatore" (in termini di leggero). Per spiegare il problema, ho sperimentato il sensore HC-SR04 el-cheapo, cercando di rilevare il livello dell'acqua in un secchio di plastica (25 litri). Anche se non sono sicuro al 100%, ma penso che il diametro del secchio sia un problema, che, anche quando il livello dell'acqua è basso (circa 18-19 pollici di distanza dal sensore), ottengo una lettura che si traduce in circa 8 pollici. L'unica spiegazione che ho è che il sonar sta leggendo le onde che rimbalzano sulle pareti del secchio.

Mi chiedevo se una specie di collimatore costruito con materiale fonoassorbente potesse funzionare? Proverò a sperimentare schiuma a bassa densità (polistirolo forse) ma non sono sicuro che sia davvero fonoassorbente.

Per coincidenza, mi capita di giocare con quasi esattamente a cosa si riferisce la domanda, da ieri. Il mio sensore di distanza vanta un angolo di 25 gradi, ma ho riscontrato gli stessi problemi con il mio secchio d'acqua.

La mia soluzione potrebbe non essere una meraviglia ingegneristica, e probabilmente ci sarà qualche reazione da parte dei puristi, ma ecco cosa funziona:

• L'unità sensore è posizionata direttamente in un tubo di cartone morbido di circa 2 pollici di diametro e 8 pollici di lunghezza, il nucleo di un rotolo di carta da cucina: questo riduce significativamente i falsi echi dai lati. Sia TX che RX sono all'interno del tubo.
• Un paio di pieghe di carta velina sull'emettitore ultrasonico TX, per attenuare il segnale ultrasonico verso l'esterno.

Quest'ultimo era necessario perché l'HC-SR04 non forniva alcun modo semplice per ridurre il segnale in uscita ed era abbastanza forte per falsi positivi da tutte le direzioni: la riduzione della tensione di alimentazione non faceva molta differenza fino a quando il modulo non diventava irregolare.

Ora ho una buona precisione sulla misurazione della profondità dell'acqua nel mio secchio, da varie altezze.

[Modifica] Non posso credere che lo sto facendo: foto del mio esperimento, nel mio bagno, su richiesta dai commenti!

La versione migliorata ora ha due tubi di cartone, rispettivamente per TX e RX: non sono più necessari precisione e carta velina ancora migliori. La disposizione è tenuta insieme da elastici, perché il nastro isolante approvato dall'ingegneria non è utile. È appeso alla clip a coccodrillo di un supporto per saldare Helping Hand.

Il circuito stampato in alto è il sensore ad ultrasuoni, il circuito stampato penzolante da esso è un clone di Arduino Nano. L'oggetto circolare blu nella parte inferiore dell'immagine è la camera di rilevamento della profondità ufficiale , ovvero il mio secchio.

TX e RX si adattano perfettamente al centro, uno in ciascun tubo di cartone.

Sul bordo sinistro c'è il rappresentante ufficiale del Dipartimento di Ingegneria, o almeno la punta delle dita di quella persona, io.

Ecco come appare la configurazione dal lato, nel caso in cui ciò aiuti a visualizzare meglio la disposizione.

Spero che questo show-and-tell sia stato utile.

L'angolo di dispersione delle onde acustiche nell'aria è inversamente proporzionale alla frequenza. In altre parole, maggiore è la frequenza, più "stretto" è il raggio. Qualsiasi "collminatore" che realizzi deve aderire a queste leggi fondamentali della fisica. Tuttavia, non penso che questo sia il tuo problema.

L'unità sonar che si sta utilizzando ha un angolo di misurazione di 30 gradi (+/- 15 gradi dalla linea centrale). Facendo la matematica, a 19 pollici sopra l'acqua avrai un'area di misurazione di circa 10 pollici di diametro. Questo è appena più piccolo del diametro del fondo di un secchio da 5 galloni. In breve, dovrebbe funzionare.

Puoi facilmente verificare se i lati del secchio interferiscono con le tue misurazioni. Fodera i lati del secchio con qualcosa di morbido ma piuttosto denso, come una coperta, un maglione o diversi strati di asciugamani. Quindi vedi se riesci a rilevare qualcosa di riflettente sul fondo (come il fondo stesso).

Il polistirolo non garantisce un buon assorbimento del suono, specialmente alle frequenze più elevate a cui operano i dispositivi ad ultrasuoni. Il polistirolo ha una superficie relativamente dura e piatta che riflette bene il suono. Ha anche poca massa per impedire al suono di propagarsi attraverso di esso. Coperte di lana, feltro spesso, velluto spesso e materiali simili sono buone. Devo sottolineare che i materiali che sono bravi ad assorbire il suono sono anche molto bravi ad assorbire ACQUA.