Kollimieren eines Sonarstrahls

Ich frage mich, ob jemand eine Möglichkeit kennt, einen Ultraschall-Näherungssensor so zu modifizieren, dass seine Sichtweite nach vorne nicht beeinflusst wird, aber seine Winkelausbreitung verringert wird, etwas im Sinne von "Kollimator" (in Bezug auf Licht). Um das Problem zu erklären, habe ich mit dem el-cheapo HC-SR04-Sensor experimentiert und versucht, den Wasserstand in einem Plastikeimer (25 l Vol.) Zu ermitteln. Ich bin mir zwar nicht 100% sicher, aber ich denke, der Durchmesser des Eimers ist ein Problem. Selbst wenn der Wasserstand niedrig ist (etwa 18 bis 19 Zoll vom Sensor entfernt), erhalte ich einen Messwert, der übersetzt wird etwa 8 Zoll. Die einzige Erklärung, die ich habe, ist, dass das Sonar die Wellen liest, die von den Eimerwänden abprallen.

Ich habe mich gefragt, ob eine Art Kollimator aus schallabsorbierendem Material funktionieren könnte. Ich werde versuchen, mit Schaumstoff niedriger Dichte (Styropor vielleicht) zu experimentieren, bin mir aber nicht ganz sicher, ob er wirklich schallabsorbierend ist.

Zufälligerweise spiele ich seit gestern mit fast genau dem, worauf sich die Frage bezieht. Meine Abstandssensoreinheit hat einen Winkel von 25 Grad, aber ich hatte die gleichen Probleme mit meinem Wassereimer.

Meine Lösung ist vielleicht kein Wunder der Technik, und Puristen werden wahrscheinlich darauf reagieren, aber hier ist, was funktioniert:

• Die Sensoreinheit ist so eingestellt, dass sie direkt in ein weiches Kartonrohr mit einem Durchmesser von etwa 2 Zoll und einer Länge von 8 Zoll zeigt, dem Kern einer Küchenfolienrolle: Dies reduziert die falschen Echos von den Seiten erheblich. Sowohl TX als auch RX befinden sich in der Röhre.
• Ein paar Falten Seidenpapier über dem TX-Ultraschallsender, um das nach außen gerichtete Ultraschallsignal zu dämpfen.

Letzteres wurde benötigt, weil der HC-SR04 keine einfache Möglichkeit zur Reduzierung des ausgehenden Signals bot und stark genug für falsch positive Ergebnisse aus allen Richtungen war: Die Reduzierung der Versorgungsspannung machte keinen großen Unterschied, bis das Modul an einem Punkt unregelmäßig wurde.

Ich habe jetzt eine ziemlich genaue Genauigkeit bei der Messung der Wassertiefe in meinem Eimer aus verschiedenen Höhen.

[Bearbeiten] Ich kann nicht glauben, dass ich das mache: Fotos von meinem Experiment in meinem Badezimmer, auf Anfrage aus den Kommentaren!

Die erweiterte Version verfügt jetzt über zwei Pappröhrchen für TX bzw. RX - Noch bessere Präzision und Seidenpapier werden nicht mehr benötigt. Die Anordnung wird durch Gummibänder zusammengehalten, da das vom Ingenieur zugelassene Klebeband nicht praktisch ist. Es hängt an der Krokodilklemme eines Lötständers von Helping Hand.

Auf der Leiterplatte oben befindet sich der Ultraschallsensor. Auf der Leiterplatte baumelt ein Arduino Nano-Klon. Das blaue kreisförmige Objekt am unteren Rand des Bildes ist die offizielle Tiefenerkennungskammer, dh mein Eimer.

TX und RX passen ordentlich zentriert in jede Pappröhre.

Am linken Rand befindet sich der offizielle Vertreter der technischen Abteilung oder zumindest die Fingerspitzen dieser Person, ich.

So sieht das Setup von der Seite aus, falls dies dazu beiträgt, die Anordnung besser zu visualisieren.

Ich hoffe, dieses Show-and-Tell war nützlich.

Der Ausbreitungswinkel von Schallwellen in Luft ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Mit anderen Worten, je höher die Frequenz, desto "enger" der Strahl. Jeder "Kollminator", den Sie machen, muss sich an diese grundlegenden Gesetze der Physik halten. Ich denke jedoch nicht, dass dies Ihr Problem ist.

Die von Ihnen verwendete Sonareinheit hat einen Messwinkel von 30 Grad (+/- 15 Grad von der Mittellinie). Wenn Sie rechnen, haben Sie bei 19 Zoll über dem Wasser einen Messbereich von etwa 10 Zoll Durchmesser. Das ist kaum kleiner als der Durchmesser des Bodens eines 5-Gallonen-Eimers. Kurz gesagt, es sollte funktionieren.

Sie können leicht testen, ob die Seiten des Eimers Ihre Messungen stören. Die Seiten des Eimers mit etwas Weichem, aber etwas Hochdichtem auskleiden, wie einer Decke, einem Pullover oder mehreren Schichten Handtüchern. Überprüfen Sie dann, ob Sie unten etwas Reflektierendes erkennen können (z. B. den Boden selbst).

Styropor sorgt nicht für eine gute Schallabsorption, insbesondere bei höheren Frequenzen, bei denen Ultraschallgeräte arbeiten. Styropor hat eine relativ harte und flache Oberfläche, die den Schall gut reflektiert. Es hat auch wenig Masse, um die Ausbreitung von Schall zu verhindern. Wolldecken, dicker Filz, dicker Samt und ähnliche Materialien sind gut. Ich sollte darauf hinweisen, dass Materialien, die gut Schall absorbieren, auch wirklich gut Wasser absorbieren können.