¿Cuáles son mis opciones para detectar la posición de un pequeño objeto metálico en movimiento?

Una bobina circular alrededor del perímetro exterior del objetivo genera un flujo magnético: -

La densidad de flujo está en su mínimo (pero no cero) en el centro y, a medida que se acerca al perímetro de la bobina, aumenta la densidad de flujo.

Si la corriente fuera una corriente alterna, la densidad de flujo pico sería \ $ \ sqrt2 \ $ más alta en comparación con el caso de DC. Sin embargo, una gran diferencia es que (debido a la inducción de la corriente de Foucault) cualquier material conductor alterará la inductancia de las bobinas a medida que pasa. Por lo tanto, si dispuso que la bobina formara parte de un oscilador (preferiblemente en la etapa de salida para que tenga más CA), puede sintonizar la bobina con un capacitor y detectar el cambio de frecuencia cuando una pastilla pasa. El cambio más grande será cuando el pellet se aproxime a la periferia de la bobina.

Claramente, un pellet más grande también generaría una mayor desviación de frecuencia, por lo que necesita calibrarse para .177 0r .22 pellets de manera diferente.

Use alguna forma de detector de frecuencia para producir un blip dc (demodulado) y el tamaño del blip es proporcional a qué tan cerca o qué tan lejos del borde de la bobina está. Un aspecto negativo es que fuera de la bobina debe haber algo para evitar que los gránulos perdidos se registren dentro del bucle. Desea tener una frecuencia decentemente alta de probablemente unos pocos MHz para que el detector pueda registrar varias decenas de ciclos que cambian a medida que el proyectil pasa a través.

La sensación intestinal a 120 metros por segundo me dice que comenzará a registrar algo cuando la bobina esté a una distancia de 50 mm de la bobina, por lo que tal vez haya una distancia de punto dulce de aproximadamente 10 mm donde la frecuencia cambia más. A 120 m / s, se recorre 1 m en 8,333 ms, por lo que 10 mm es un período de tiempo de 83,33 us, por lo que quizás se puedan detectar 83 ciclos de 1MHz pero a 10MHz sería mejor.

Esto solo requerirá un bucle de 1 vuelta con unos pocos cientos de pF de ajuste.

Se puede hacer.

Solía diseñar detectores de metales farmacéuticos en busca de contaminantes metálicos en la producción de pastillas. Usaba 1 MHz y podía detectar partículas de hasta 0,25 mm de diámetro (ferrosas y no ferrosas, pero no de acero inoxidable). Tenía una bobina cuadrada de aproximadamente 100 mm por 35 mm, por lo que era un poco más pequeña que una para un objetivo, pero si considera que los "niveles de detección" son proporcionales a la masa y que la masa es proporcional a la distancia en cubos, entonces debería estar bien.

Se puede suponer que un pellet de .177 es una esfera de 4.5 mm de diámetro, es 18 veces más grande que 0.25 mm y, por lo tanto, su masa será 5.832 veces más grande y la señal será 5.832 veces más o menos.

Puedes probar un conjunto de micrófonos dispuestos alrededor de la trayectoria del proyectil.

Una vez vi un avión no tripulado que usaba una serie de micrófonos para detectar la distancia perdida de las rondas que pasaban volando. En este caso, las rondas eran supersónicas, por lo que su sonido era un poco más alto y más afilado que el tuyo, pero el principio aún podría funcionar.

Para explorar esta idea, puede obtener dos micrófonos pequeños de electreto, desviarlos correctamente y probarlos con un osciloscopio de almacenamiento digital. Si no tiene una, también puede conectarlas a la tarjeta de sonido de su computadora (entrada de línea, para que obtenga Stereo). Móntelos en un palo, a una distancia de 30 cm, realice una grabación de audio a su frecuencia de muestreo más alta y dispare unos cuantos pellets sobre ellos en varias posiciones. Mire a través de los archivos WAV con Audacity y vea si 1) hay un impulso útil, y 2) si la diferencia de hora de llegada corresponde a las diferentes rutas del disparo.

330 m / s dividido por 44 kHz es de 7,5 mm, por lo que si los micrófonos tienen suficiente ancho de banda, creo que existe la posibilidad de detectar la posición con la tarjeta de sonido.

Si ve buenos resultados con una tarjeta de sonido, el siguiente paso será diseñar un circuito detector que pueda detectar el impulso de sonido de manera razonablemente precisa, produciendo una transición simple de bajo > alta en su salida. Podría ser tan simple como un filtro de paso alto, un amplificador y un comparador. Luego haga al menos 3, pero mejor 4 o 5 de estos, coloque los micrófonos alrededor del objetivo y conéctelos a su Arduino, para hacer el tiempo. Solo necesitas un tiempo relativo, y solo una resolución de quizás 10, por lo que un Arduino es perfecto.

Luego, solo son algunos cálculos matemáticos, probablemente en tu PC en lugar de Arduino, para averiguar la posición del pellet en la matriz del micrófono.

Algunos pensamientos pequeños: tenga cuidado con el sonido del rifle que dispara los detectores, ¿tal vez una puerta de software que solo registra el segundo conjunto de pulsos? El circuito del detector debe reiniciarse rápidamente y no permanecer en la parte superior por mucho tiempo. Además, tenga en cuenta que los circuitos del detector no leen alto y suenan más temprano que los más suaves; esto haría que el cálculo del rango sea menos preciso. Además de mejorar el detector de captación del pico, puede espaciar los micrófonos más, no solo en las esquinas del objetivo. Mantenga los micrófonos bien adelantados del objetivo para que no tenga reflejos de sonido del cartón.

Podría usar una matriz de membrana "recubierta de goma" de contactos muy próximos entre sí (similar a un teclado). Dependiendo de la precisión de resolución que necesite, puede utilizar una matriz de 10 x 10 o 100 x 100 hilos. Al escanear electrónicamente los contactos, podrá determinar dónde impacta el gránulo.

Ya ha citado la solución más práctica y simple, una cámara, pero parece que ha visto el bosque y no los árboles: el punto es que hay todo tipo de cámaras y muestra su experiencia para NO incluir el Tipo que necesitas: una cámara de alta velocidad. Una cámara típica toma una foto cuando se presiona el botón una vez. Una cámara más costosa puede equiparse con un enrollador automático (para las cámaras antiguas basadas en FILM, ahora casi obsoletas) y el enrollador abrirá el obturador y tomará otra exposición tan pronto como la película avance al siguiente fotograma. Pero una cámara de ALTA VELOCIDAD, una que NO está basada en una película, puede tomar una cantidad de imágenes por segundo casi increíble, que se aclara en el rango de 20,000 exposiciones por segundo O MÁS. ESTA es tu solución, si puedes pagarlo. Por supuesto, deberá estar sincronizado electrónicamente con el GATILLO en la pistola de pellets, y eso determina que tanto la pistola de pellets como la cámara se inicien automáticamente. La cámara comenzaría a tomar fotografías un poco antes de disparar, y un enfoque cuidadoso junto con (supongo) un enfoque automático (O un campo muy ancho) rastreará el proyectil desde el momento en que abandona el cañón hasta el momento en que golpea el objetivo. Todo lo que tienes que hacer es reproducirlo y ver el disco. Y ni siquiera importará si el pellet actual atraviesa un agujero VIEJO en el objetivo. LO VES, pase lo que pase. Ahora las malas noticias: aunque esta es la solución más simple y efectiva para su problema, NO VIENE A SUJUDO. Solo tú puedes decidir cuánto vale para ti tener absoluta certeza sobre las trayectorias; Supongo que la cámara de ALTA VELOCIDAD que necesita (a-la-Mythbusters) costará muchos miles de dólares para comprar, y muchos cientos de dólares para alquilar por un corto tiempo, SI puede encontrar a alguien que le alquile una (¿Tiene FLUKE? ¿Cámaras? Ellos alquilan equipos electrónicos, o al menos lo hacían); ¡Pero es un PODER de una solución a su problema, si puede permitírselo!