Jump to content

    

На какой частоте делать локацию ультразвуком в воздухе для получения максимальной точности абсолютного позиционирования?

Recommended Posts

iiv

Добрый день,

надо позиционировать небольшой подвижный объект с максимальной абсолютной точностью не менее 1мм. Линейные габариты театра действий около 50-70см. Объект надо трассировать десятки минут и все это время он как-то перемещается.

Планирую поставить несколько неподвижных ультразвуковых трансмиттеров и несколько ультразвуковых приемников на самом наблюдаемом подвижном объекте.

Скажите, пожалуйста, на какой частоте ультразвука работать? Как я понимаю, стандартные трансмиттеры работают на частоте 40кГц, где длина волны в воздухе около 8мм, что в общем-то еще позволит на 1/8 волны получать точность 1мм. Но хочется поднять частоту, но нет понимания, до какой частоты это можно сделать, подскажите, пожалуйста?

Трансмиттеры и приемники не всегда будут находиться в прямой видимости и может быть куча переотражений от посторонних объектов, эти переотражения я планирую обрабатывать численно, кодируя для каждого трансмиттера свои специальные последовательности.

PS: Пробовал решать эту же задачу позиционирования другими методами (куча ИК камер + акселлометр + гироскоп), получаю хорошую локальную точность по скорости и поворотам, но не могу получать хорошую точность по абсолютной точности.

Спасибо!

ИИВ

Share this post


Link to post
Share on other sites

_pv

у ультразвука как раз с абсолютной точностью тоже не всё очень хорошо оказаться может,

там у скорости звука 0.2% на градус температуры, чуть меньше чем 0.1% на процент отн. влажности и ещё атм. давление.

имхо чтобы этот мм на почти метр получить туда серьёзную метеостанцию добавить придётся ну или какой-то отдельный калибратор скорости звука.

 

тут вот в оптике ToF уже до почти отдельных мм добрались по разрешению и шумам (OPT8320), с учётом усреднения по куче пикселей положение известного объекта возможно удастся с требуемой точностью вытащить.

 

з.ы. у оптических методов (ИК камер) от чего может абсолютная точность на больших расстояниях портится, там же линейно всё, всмысле по положению пикселей на сенсоре?

Share this post


Link to post
Share on other sites

iiv

Спасибо большое, _pv! Я про метиостанцию-то и не подумал...

 

On 6/20/2022 at 5:04 PM, _pv said:

з.ы. у оптических методов (ИК камер) от чего может абсолютная точность на больших расстояниях портится, там же линейно всё, всмысле по положению пикселей на сенсоре?

я сравниваю две картинки, снятые с шагом с десятую долю секунды, одновременно с помощью оптического ToF получая расстояние до объекта. Скорость получается очень хорошей, но только скорость. Я не могу сохранять всю картинку поверхности, а по скорости у меня набегает ошибка.

 

Имея несколько датчиков с разных сторон я наверное мог бы и без метиостанции обойтись, если задача будет переопределенной, а скорость звука в воздухе - довольно равномерной во всем наблюдаемом театре действий.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Eddy_Em

Тоже думаю, что лидар - единственный вменяемый и недорогой выход из ситуации в данном случае. Если даже использовать интерференционный метод измерения расстояния посредством УЗ, придется запихивать устройство в камеру, где будет поддерживаться постоянное давление, температура и влажность!

Share this post


Link to post
Share on other sites

iiv
On 6/20/2022 at 5:13 PM, Eddy_Em said:

Тоже думаю, что лидар - единственный вменяемый и недорогой выход из ситуации в данном случае.

Спасибо большое, Eddy_Em, за советы! Не получается у меня пока лидаром (я имею ввиду лазерным дальномером).

 

У меня движущийся объект - размера с планшет, и его рукой туда-сюда двигают. Я сейчас поставил 8 видеокамер и 16 ToF по краям этого планшета (все они смотрят вниз) + акселлометр с гироскопом (последний пока не сильно пригодился). Магнетометр поставить не могу, там в в самом планшете довольно сильное магнитное поле. И, как я говорил, скорости движения и углы наклона этого планшета получаются очень хорошо, но долговременно набегает большая ошибка абсолютного позиционирования, и ее-то я и хочу как-то убрать.

 

Чтобы лидар прикрутить - мне надо знать где ставить лидар и куда направлять, а у меня такой возможности нет. Максимум что я могу, расставить несколько маячков перед началом съема, и надеяться, что хотя бы один из таких маячков будет "виден" с планшета. Если не ультразвук, а камеру - то я должен буду этот маячок не только на видеоряде разпознать, но и детектировать расстояние до него, а это приводит к тому, что маячков должно быть много не возможно по сути самого эксперимента.

 

Ультразвук интересен тем, что я его могу поставить в параллель к тому, что уже есть, и у ультразвука, если там будет 4-6 передатчиков и 4-6 приемников, будет довольно сильно переопределенная задача, и тогда в качестве дополнительного неизвестного параметра я смогу считать скорость звука. А также ультразвук будет уточнять то, что у меня уже сейчас работает на видеокамерах.

 

Локально по времени с видеокамер я углы наклона и скорости получаю реально очень хорошие, но за несколько минут съема набегает большая (десятки см) абсолютная ошибка и с ней мне надо бороться, так как мне надо всегда иметь не хуже 1мм точности позиционирования.

Share this post


Link to post
Share on other sites

amaora
On 6/20/2022 at 6:12 PM, iiv said:

я сравниваю две картинки, снятые с шагом с десятую долю секунды, одновременно с помощью оптического ToF получая расстояние до объекта. Скорость получается очень хорошей, но только скорость. Я не могу сохранять всю картинку поверхности, а по скорости у меня набегает ошибка.

Специальная разметка и цепляться за опорные точки, сопровождать каждую пока она в поле зрения, всегда держать несколько точек в поле. Будет инкрементальное счисление без потери шагов, а при более сложных "рисунках" может быть и абсолютное счисление.

Edited by amaora

Share this post


Link to post
Share on other sites

_pv
1 hour ago, iiv said:

я сравниваю две картинки,

я решил что под ИК камерами подразумевается не "оптическая мышь" с фотографированием дефектов поверхности и измерение производной от координаты(там понятно почему ошибка копится),

а что со всех сторон из далека камерами смотреть на "летающий планшет" у которого по углам мигают светодиоды ну или просто повернутый прямогольник известных размеров ищется на картинке методами компьютерного зрения и триангуляцией берётся абсолютное положение, а не скорость.

Share this post


Link to post
Share on other sites

iiv

Спасибо большое, amaora и_pv!

Да, у меня камеры - это как оптические мыши, но еще с дальномером на ToF, иначе не получается скорость измерять.

 

Поставить камеры вдали и навесить на планшет мигалок - пока очень бы не хотелось бы, рассматриваю этот вариант только на самый крайний случай, если все остальное не будет работать. Вдруг с ультразвуком впараллаль с "оптической мышью" все-таки получится.

Share this post


Link to post
Share on other sites

vladec

Если Вам нужны высокочастотные УЗ трансиверы, присмотритесь к MA300D1-1 от Мураты: https://www.murata.com/en-us/products/productdetail?partno=MA300D1-1

Работает на 300кГц, малые габариты, узкая диаграмма направленности, очень хорошие характеристики. С использованием 5В Front-end от TI (TDC1000, TDC7200) уверенно работает в пределах 10 см.

Что касается необходимости в метеостанции, то ее вполне заменят копеечные цифровые МЭМС датчики температуры, влажности и атмосферного давления от TI или ST.

Share this post


Link to post
Share on other sites

iiv
On 6/21/2022 at 11:54 AM, vladec said:

Работает на 300кГц, малые габариты, узкая диаграмма направленности, очень хорошие характеристики.

Спасибо большое, vladec! Классно, спасибо, да, действительно, есть на высокие частоты, надеюсь, за вменяемую цену.

 

Я хочу немного не стандартно сделать всю эту конструкцию, поставив неподвижно передатчики по краям театра действий, а приемники - на движущейся конструкции. В этому случае, если засинхронизовать часы приемников-передатчиков, то я могу ожидать получения переопределенных данных по расстояниям - то есть если мне надо найти 3 координаты положения + 3 координаты поворотов, то я дополнительно введу еще одну неизвестную - скорость звука, и получу 7 координат, и тогда если я смогу одновременно снять 7 и больше расстояний от передатчиков до приемников, то по переопределенной системе восстановлю не только координаты, но и скорость звука. Тогда мне не надо будет калибровать ее по температуре, давлению, влажности.

 

Основной вопрос, который у меня был еще в самом начале, связан таки с частотой. Как я понимаю, для моего эксперимента мне нужны не направленные передатчики, и переотражение от препятствий будет сильно мешать. Понятно, можно забраться на мегагерцы, чтобы получить хорошую точность, но, как я понимаю, даже 40КГц на 1/8 длине волны должны обеспечить мне мои 1мм. Так вот не будет ли у меня возникать проблема с повышением частоты в том, что я не смогу широконаправленный сигнал посылать, ведь все стандартные датчики как раз и затачиваются на то, чтобы делать очень узконаправленный луч. Вдруг кто-то сможет это прокомментировать, буду очень благодарен!

 

Спасибо!

 

EDIT: то есть я присматриваюсь к тому, чтобы поставить что-то типа https://www.mouser.de/ProductDetail/PUI-Audio/UB161M7?qs=pFWzdYhrkoc8QGl1JZ231g%3D%3D которое работает на 1.7МГц, но не уверен на сколько ненаправлено оно смогло бы светить в разные стороны, чтобы использовать это так, как я выше написал.

Share this post


Link to post
Share on other sites

_pv
2 hours ago, vladec said:

Что касается необходимости в метеостанции, то ее вполне заменят копеечные цифровые МЭМС датчики температуры, влажности и атмосферного давления от TI или ST.

я все вот эти измерения погоды и имел ввиду под "целой метеорологической станцией".

+скорость ветра ещё, а то небольшие сквозняки от движения цели поди тоже появятся.

и всё это в некий 3-4х мерный поправочный полином.  красота.

Share this post


Link to post
Share on other sites

iiv
On 6/21/2022 at 2:28 PM, _pv said:

и всё это в некий 3-4х мерный поправочный полином.  красота.

не, так конечно не реально, а вот 7-мой неизвестной скорость звука считать - думаю, что как раз реально. Даже на легком сквозняке, главное чтобы он во времени не равномерным был бы.

 

Я бы по видео сделал бы, но сложно предугадать где и как реперы закреплять, а про OPT8320 я еще несколько месяцев назад думал, но, мало того, что сложная сама по себе микросхема, в качестве замены компьютерной мыши на эту особо не поможет, а внешние объекты тоже двигаться могут, поэтому привязываться можно только к каким-то реперам, а они могут быть не особо видны на камере, а сделать на ней 360 градусов обзора - совсем как-то не бюджетно получается.

 

Пока или

1. сделать большие экраны с ИК мультиками и по ним позиционироваться, или

2. таки по ультразвуку, по последнему - нет необходимости ставить камеры на 360 градусов обзора и обрабатывать сотни мегапикселей в секунду, и сразу есть относительное расстояние до репера.

Share this post


Link to post
Share on other sites

_pv

я возможно несколько предвзято отношусь к ультразвуковым измерениям, но как-то давно делали какой-то показометр-анализатор газовых смесей где был в том числе ультразвуковой измеритель потока (скорости) и вот с его калибрвокой/коррекцией в зависимости от окружающей погоды (температуры/влажности/давления), как говорится, говна поели. так что просто предостерегаю что желаемые 0.1% абсолютной точности могут просто так и не даться.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

iiv
On 6/21/2022 at 3:57 PM, _pv said:

так что просто предостерегаю что желаемые 0.1% абсолютной точности могут просто так и не даться.

Спасибо большое, за советы! Да, и полностью разделяю Ваше мнение. Когда-то давно я сам пробовал пользовать обычный датчик ультразвука на 40кГц (какой-то ардуиновский) когда ToF на лазерах не было, точность реально плыла туда-сюда на сантиметр от погодных условий. У меня также нет уверенности, что моя концепция измерения расстояния между приемником и передатчиком и последующая калибровка наименьшими квадратами решит задачу, а точность да, 0.1% реально нужна, вот и мечусь туда-сюда пытаясь придумать чем бы получить такую точность.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Plain
В 21.06.2022 в 17:12, iiv сказал:

придумать чем бы получить такую точность

Сперва надо точно расписать, что имеется. В предыдущей теме Вы сказали, что неподвижная часть неизвестная условно плоскость, разметить её нельзя, но не сказали, почему. В этой Вас выше снова об этом спросили, но Вы тоже не ответили. Мне вот тоже интересно, какие проблемы сейчас наложить сетку в трёх осях, потому что третьей ранее не было.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.