Quelles sont mes options pour détecter la position d'un petit objet métallique en mouvement?

Ceci est un piège à plombs pour canons à air:

Je tire des petites boulettes métalliques (4,5 mm = 0,177 "de diamètre) jusqu'à 120 m / s = 390 images par seconde.

Quelles sont mes options pour détecter la position X / Y à laquelle il entre dans la cible?

Est-ce que c'est plus facile si je n'ai besoin que de connaître la distance du centre? (le score)

À l'heure actuelle, mes pastilles sont sans plomb, mais pas ferromagnétiques (elles ne collent pas à un aimant). Si je devais obtenir des pastilles ferromagnétiques, aurais-je plus d'options? Peut-être un certain effet inductif ou électromagnétique?

En ce moment, je pense à:

1. Un appareil photo monté sur un trépied, qui comparerait des images successives et détecterait toute différence sur le papier cible. Inconvénients: il aurait besoin d'une puissance de calcul décente (au moins un Raspberry Pi) et il manquerait probablement une pastille passant à travers un trou creusé par la pastille précédente. Cela ne fonctionnerait pas aussi bien contre les bandes noires.

2. Deux scanners laser ou CCD, tels que des scanners de codes à barres réutilisés, montés le long des bords cibles à 90 ° l'un de l'autre. Inconvénients: l'optique devrait être modifiée dans le cas du CCD; ils auraient probablement besoin d'un fond de référence blanc de l'autre côté; et ils devraient être très rapides, car les granulés se déplacent très rapidement.

D'autres idées?

Puis-je utiliser des antennes montées le long du bord pour détecter une sorte d'effet électromagnétique? Et si vous produisiez un champ électromagnétique? La pastille métallique interagirait-elle avec elle de manière notable? Une pastille ferromagnétique le ferait-elle?

Puis-je utiliser deux détecteurs de distance supersoniques, montés à 90 ° l'un de l'autre? Peuvent-ils détecter un si petit objet, voyageant rapidement?

Une bobine circulaire autour du périmètre extérieur de la cible génère un flux magnétique: -

La densité de flux est au minimum (mais pas nulle) au centre et à mesure que vous approchez du périmètre de la bobine, la densité de flux augmente.

$\sqrt2$

De toute évidence, un granule plus gros générerait également un écart de fréquence plus important, il doit donc être calibré différemment pour des granules de 0,177 0r .22.

Utilisez une certaine forme de détecteur de fréquence pour produire un blip CC (démodulé) et la taille du blip est proportionnelle à la distance ou à la distance du bord de la bobine. Un inconvénient est qu'à l'extérieur de la bobine, il doit y avoir quelque chose pour empêcher les pastilles parasites de s'inscrire comme dans la boucle. Vous voulez avoir une fréquence décemment élevée, probablement de quelques MHz, afin que le détecteur puisse enregistrer plusieurs dizaines de cycles changeant au fil du passage du projectile.

À 120 mètres par seconde, le sentiment d'intestin me dit qu'il commencera à enregistrer quelque chose lorsque la bobine est peut-être à 50 mm de la bobine, il y a donc peut-être une distance idéale d'environ 10 mm où la fréquence change le plus. À 120 m / s, 1 m est parcouru en 8,333 ms, donc 10 mm est une période de 83,33 nous, donc peut-être 83 cycles de 1 MHz pourraient être détectés de manière acceptable, mais à 10 MHz, ce serait mieux.

Cela ne nécessitera qu'une boucle de 1 tour avec quelques centaines de pF de réglage.

C'est faisable.

J'avais l'habitude de concevoir des détecteurs de métaux pharmaceutiques à la recherche de contaminants métalliques dans la production de pilules. Il utilisait 1 MHz et pouvait détecter des particules aussi petites que 0,25 mm de diamètre (ferreuses et non ferreuses mais pas en acier inoxydable). Il avait une bobine carrée d'environ 100 mm par 35 mm, il était donc un peu plus petit que celui d'une cible, mais si vous considérez que les «niveaux de détection» sont proportionnels à la masse et que la masse est proportionnelle à la distance au cube, cela devrait être OK.

Une pastille de .177 peut être supposée être une sphère de 4,5 mm de diamètre - c'est 18 fois plus grande que 0,25 mm et donc sa masse sera 5 832 fois plus grande et le signal sera 5 832 fois plus gros à peu près.

Vous pouvez essayer un ensemble de microphones disposés autour du chemin du projectile.

J'ai vu une fois un drone cible qui utilisait une série de microphones pour détecter la distance manquante des obus passant devant. Dans ce cas, les rounds étaient supersoniques, donc leur son était un peu plus fort et plus tranchant que le vôtre, mais le principe pourrait toujours fonctionner.

Pour explorer cette idée, vous pouvez obtenir deux petits microphones à électret, les polariser correctement et les tester avec un oscilloscope à stockage numérique. Si vous n'en avez pas, vous pouvez également les connecter à la carte son de votre ordinateur (entrée ligne, vous obtenez donc la stéréo). Montez-les sur un bâton, disons à 30 cm l'un de l'autre, faites un enregistrement audio à votre taux d'échantillonnage le plus élevé et tirez dessus quelques boulettes dans diverses positions. Parcourez les fichiers WAV avec Audacity, et voyez si 1) il y a une impulsion utile, et 2) si la différence d'heure d'arrivée correspond aux différents chemins de la prise de vue.

330 m / s divisé par 44 kHz est de 7,5 mm, donc si les microphones ont suffisamment de bande passante, je pense que vous avez une chance de détecter la position avec la carte son.

Si vous voyez de bons résultats avec une carte son, l'étape suivante consistera à concevoir un circuit de détection capable de détecter de manière raisonnablement précise l'impulsion sonore, produisant une transition simple basse> haute sur sa sortie. Il pourrait être aussi simple qu'un filtre passe-haut, un amplificateur et un comparateur. Faites ensuite au moins 3, mais mieux 4 ou 5 d'entre eux, disposez les microphones autour de la cible et connectez-les à votre Arduino pour faire le timing. Vous n'avez besoin que d'un temps relatif, et seulement d'une résolution de peut-être 10, donc un Arduino est parfait.

Ensuite, ce ne sont que quelques calculs, probablement sur votre PC plutôt que sur l'Arduino, pour déterminer la position de la pastille dans le réseau de microphones.

Quelques petites réflexions: attention au bruit du fusil lui-même déclenchant les détecteurs - peut-être une porte logicielle qui enregistre uniquement le deuxième ensemble d'impulsions? Le circuit du détecteur doit se réinitialiser rapidement et ne pas rester en haut longtemps. Veillez également à ce que vos circuits de détection ne lisent pas les sons forts plus tôt que les sons faibles - cela rendrait le calcul de la gamme moins précis. En plus de rendre le détecteur meilleur pour capter le pic, vous pouvez espacer les microphones plus loin, pas seulement aux coins de la cible. Gardez les microphones bien en avant de la cible afin de ne pas avoir de reflets sonores du carton.

Vous pouvez utiliser une matrice de membrane "caoutchoutée" de contacts étroitement espacés (semblable à un clavier). Selon la précision de résolution dont vous avez besoin, vous pouvez utiliser une matrice de fils 10 x 10 ou 100 x 100. En scannant électroniquement les contacts, vous pourrez déterminer où la pastille frappe.

Vous avez déjà cité la solution la plus pratique et la plus simple, une caméra, mais il semble que vous ayez vu la forêt et pas d'arbres: le fait est qu'il y a toutes sortes de caméras, et vous montrez votre expérience de ne PAS inclure le type dont vous avez besoin : une caméra haute vitesse. Un appareil photo typique prend une photo lorsque vous appuyez une fois sur le bouton. Un appareil photo plus cher peut être équipé d'un enrouleur automatique (pour les anciens appareils basés sur FILM, désormais presque obsolètes) et l'enrouleur ouvrira l'obturateur et prendra une autre exposition dès que le film sera passé à l'image suivante. Mais un appareil photo HAUTE vitesse, qui n'est PAS basé sur un film, peut prendre un nombre presque incroyable d'images par seconde, s'éclaircir dans la plage de 20 000 expositions par seconde OU PLUS. CECI est votre solution, si vous pouvez vous le permettre. Ce sera, bien sûr, doivent être synchronisés électroniquement avec le TRIGGER sur le pistolet à granulés, et cela impose que le pistolet à granulés et la caméra soient automatiquement lancés. L'appareil photo commencerait à prendre des photos un peu avant le tir, et une visée soigneuse associée à (je suppose) une mise au point automatique (ou un champ très large) suivra le projectile à partir du moment où il quitte le canon jusqu'au moment où il frappe. la cible. Tout ce que vous avez à faire est de le lire et de regarder le disque. Et cela n'aura même pas d'importance si la pastille actuelle passe par un VIEUX trou dans la cible. VOUS LE VOYEZ, quoi qu'il arrive. Maintenant, la mauvaise nouvelle: bien que ce soit la solution la plus simple et la plus efficace à votre problème, elle ne vient pas à bon marché. Vous seul pouvez décider combien cela vous vaut d'avoir une certitude absolue sur les trajectoires; Je m'attends à ce que la caméra HAUTE VITESSE dont vous avez besoin (a-la-Mythbusters) coûte plusieurs milliers de dollars à acheter et plusieurs centaines de dollars à louer pour une courte période, SI vous pouvez trouver quelqu'un pour vous en louer une (FLUKE fait-il Ils louent du matériel électronique, ou du moins ils le faisaient); mais c'est un DANDY d'une solution à votre problème, si vous pouvez vous le permettre!