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

[iiv 0]

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

[_pv 0]

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?

[iiv 0]

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.

 

[Eddy_Em 0]

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!

[iiv 0]

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.

[amaora 0]

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 June 20 by amaora

[_pv 0]

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.

[iiv 0]

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.

[vladec 0]

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.

[iiv 0]

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.

[_pv 0]

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.

[iiv 0]

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.

[_pv 0]

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.

 

[iiv 0]

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.

[Plain 0]

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.