| Форум РадиоКот https://radiokot.ru/forum/ |
|
| Ультразвуковой анемометр https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=25&t=182418 |
Страница 1 из 5 |
| Автор: | Maniak003 [ Вс апр 24, 2022 16:27:35 ] |
| Заголовок сообщения: | Ультразвуковой анемометр |
Предлагаю к обсуждению subj. Статья здесь. Станица проекта на Github, подробное описание по сборке и настройке здесь. |
|
| Автор: | paramen87 [ Вс апр 24, 2022 17:29:42 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Добрый день! Собираюсь повторить вашу конструкцию. Не могу найти марку ультразвуковых излучателей, укажите марку пожалуйста. |
|
| Автор: | Maniak003 [ Вс апр 24, 2022 20:14:15 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Излучатели брал здесь: https://a.aliexpress.com/_9fKKQL В каталоге проекта Documents, лежит файлик с datasheet - MCUSD18A40B12RS.pdf. |
|
| Автор: | dadigor [ Вс апр 24, 2022 20:22:19 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Присоединяемся, мы с другом тоже хотим пойти Вашим путем, но только сделать автономный датчик. Какая будет связь - либо радиомост RS232, либо WiFi, пока не решили. А может быть и BT. Будем задавать вопросы по ходу работы, пока надо заказать и получить датчики.)) |
|
| Автор: | Maniak003 [ Вс апр 24, 2022 20:36:49 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Силиконовые колечки для фиксации излучателей, брал здесь : https://a.aliexpress.com/_9QIjvl Добавлено after 8 minutes 46 seconds: Какая будет связь Ethernet выбран из соображения экономии на дополнительном оборудовании. Понятно, что съэкономить получится при наличии коммутатора с poe. Т.е. подключился к локальной сети и больше ничего ненужно делать. Отключить ethernet можно закомментировав define ZABBIX_ENABLE. Тогда останется только вывод в uart1. |
|
| Автор: | dadigor [ Пн апр 25, 2022 00:15:19 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Отключить ethernet можно закомментировав define ZABBIX_ENABLE. Тогда останется только вывод в uart1. Ага, спасибо, разберемся и пообщаемся еще. )) Добавлено after 3 hours 28 minutes 33 seconds: Излучатели брал здесь: https://a.aliexpress.com/_9fKKQL В каталоге проекта Documents, лежит файлик с datasheet - MCUSD18A40B12RS.pdf. Но по ссылке датчики позиционируется как "XNQ40-TR-1801 с металлическим каркасом" это же нечто другое? |
|
| Автор: | Andrey_B [ Пн апр 25, 2022 13:07:36 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Maniak003, отличная конструкция. Расскажите поподробней о принципе измерения, излучение датчиков ориентированно перпендикулярно потоку, поэтому такая форма нижней части корпуса ? |
|
| Автор: | Maniak003 [ Пн апр 25, 2022 17:53:28 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Нарисовал такую картинку:  Диаграмма направленности широкая, отраженный от основания сигнал долетает практически без ослабления и как видно из картинки излучатели попеременно участвуют в измерении по разным осям. По этому такое расположение оптимально. Нижняя часть корпуса -- это просто плоскость, трубка посередине необходима для отвода кабелей. Измерение разбито на девять этапов: Спойлер1. Задержка при прохождении сигнала от Z1 до Z2 (переменная Z12)2. Задержка при прохождении сигнала от Z2 до Z1 (переменная Z21) Эти два значения будут использоваться для расчета первой скорости по оси X 3. Задержка при прохождении сигнала от Z2 до Z3 (переменная Z23) 4. Задержка при прохождении сигнала от Z3 до Z2 (переменная Z32) Эти значения дают возможность рассчитать первую скорость по Y. 5. Задержка при прохождении сигнала от Z3 до Z4 (переменная Z34) 6. Задержка при прохождении сигнала от Z4 до Z3 (переменная Z43) Эти значения дают возможность рассчитать вторую скорость по X. 7. Задержка при прохождении сигнала от Z4 до Z1 (переменная Z41) 8. Задержка при прохождении сигнала от Z1 до Z4 (переменная Z14) Эти значения дают возможность рассчитать вторую скорость по Y. 9. Обработка результатов. Переключение между этапами выполняется в таймерном прерывании с интервалом (65536 * 2) / 64000000 = 2mS. Т.е. полный цикл занимает около 18mS. Сейчас результат усредняется для 100 значений (#define MEASSURE_COUNT 100), максимальная скорость определяется так же в этом интервале. Добавлено after 3 hours 50 minutes 5 seconds: Излучатели брал здесь: https://a.aliexpress.com/_9fKKQL В каталоге проекта Documents, лежит файлик с datasheet - MCUSD18A40B12RS.pdf. Но по ссылке датчики позиционируется как "XNQ40-TR-1801 с металлическим каркасом" это же нечто другое? У Китайца амплитуда больше, зато разброс по частоте хуже. В любом случае оба подходят. За 4 шт MCUSD18A40B12RS, отдал 3 тыр. Первая версия собиралась вот с такими: https://aliexpress.ru/item/1635206559.h ... 4aa6pBGenH Тоже нормально работают, раза в полтора чувствительность хуже. |
|
| Автор: | dadigor [ Пн апр 25, 2022 19:20:23 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
То есть XNQ40-TR-1801 вполне нормальные, или есть вариант лучше? |
|
| Автор: | Maniak003 [ Пн апр 25, 2022 19:30:23 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
В первой версии установлены два Китайца и два msu, во второй все Китайцы. Отличий в работе не наблюдаю. При калибровке видно, что разбежка на msu меньше. Берите китайские, они дешевле.    Если честно, то уже не знаю кто здесь кто... |
|
| Автор: | fvladimirn [ Пн апр 25, 2022 21:03:27 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Спасибо за схему. Глядя на нее возникли вопросы. Ответ: сделал и работает...Понятен, но вдруг есть комментарии. 1. Есть ли смысла поставить диоды для защиты входов ЦП от импульсов? 2. Почему установлены 2 напряжения питания для аналога? 3.3В недостаточно? 3. Проверялась ли работа ключей от 3.3в? 4. Проверялась возможность замены MAX4477 на пошумнее? Широкополосность ОУ не прикидывалась? |
|
| Автор: | Maniak003 [ Пн апр 25, 2022 21:38:34 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Спасибо за схему. Глядя на нее возникли вопросы. Ответ: сделал и работает...Понятен, но вдруг есть комментарии. Не все так просто, нужна калибровка, поскольку излучатели отличаются как геометрией, так и посадкой в корпусе. Калибровку сделал автоматическую, но проверял только на корпусах (около 8 шт.) напечатанных PETg. Один излучатель не хотел калиброваться, далее выяснил, что у него перепутана полярность. Так, что квест хоть и минимальный, но должен быть. Из проблем которые не удалось решить: 1. Качество крепления излучателей сильно влияет на погрешность. Зимой снял прибор, с мороза принес домой и проверил значения в отсутствии движения воздуха, получил скорость 0.5m/s. 2. Требуется изменение алгоритма обработки результатов. Сейчас запись (температуры, влажности, давления, скорости, максимальной скорости, направления) в zabbix выполняется около 0.5 сек., а полный опрос излучателей происходит за 0.018 сек. Нужно перенести обработку результата в таймерное прерывание. 3. Не получается придумать способ динамической калибровки в условиях наличия ветра. Может много хочу и это в принципе не возможно... 1. Есть ли смысла поставить диоды для защиты входов ЦП от импульсов? Посмотрите пожалуйста на питание компаратора. Мне кажется неожиданностей быть не должно. Это единственный вход, остальные выходы и как мне кажется на вполне предсказуемую нагрузку. Если не затруднит, покажите пожалуйста где я не прав. 2. Почему установлены 2 напряжения питания для аналога? 3.3В недостаточно? 3. Проверялась ли работа ключей от 3.3в? Да, сначала питал от одного источника, через LC цепи. На полосовом фильтре (при варианте с большей добротностью) были ограничения, что приводило к смещению средней линии на входе компаратора и требовало более длительного ожидания для установки стационарного состояния. В последствии избавился от LC цепи и поставил ldo, на большее напряжение. Ключи без проблем работают на 3.3v 4. Проверялась возможность замены MAX4477 на пошумнее? Широкополосность ОУ не прикидывалась? Думаю, что проблем с заменой не возникнет, но лично мне очень нравится этот ОУ, за удешевлением не гнался, делал для себя. |
|
| Автор: | Eddy_Em [ Пн апр 25, 2022 21:55:50 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
А как это работает? Сколько я ни встречал УЗ-анеморумбометров, везде устанавливались излучатели крест-накрест: по углам квадрата, смотря друг на друга. А здесь они все смотрят куда-то вверх... |
|
| Автор: | Maniak003 [ Пн апр 25, 2022 22:12:02 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
А как это работает? Сколько я ни встречал УЗ-анеморумбометров, везде устанавливались излучатели крест-накрест: по углам квадрата, смотря друг на друга. А здесь они все смотрят куда-то вверх... Смотрят они вниз, потому как в таком положении вода не будет затекать. Описание принципа работы привел несколькими постами выше, по идее, из картинки должно быть все понятно. Или Вас детали интересуют ? Там много нюансов, просто не описать, опять нужно рисовать. |
|
| Автор: | Andrey_B [ Пн апр 25, 2022 22:19:29 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
1. Качество крепления излучателей сильно влияет на погрешность. Критичность крепления излучателей (как я понял, из-за колечек) можно попробовать решить изменением конструктива корпуса таким образом, что-бы задержка сигнала по воздуху между датчиками была значительно меньше, чем через материал корпуса (тогда колечки не понадобятся). Типа такого:  Разместить один передающий датчик в центре (где основание иглы), а три приёмных датчика разместить по кругу, через 120 градусов, направленными на центральный датчик. Большая часть проблем (потребность в рекалибровке, смещение) скорее всего от температурной нестабильности, которой более всего подвержен фильтр. Хорошо бы его убрать внутрь МК в цифровом виде. Не пробовали датчики от автомобильных парктроников, типа таких ? Дешёвые, распространённые, герметичные. |
|
| Автор: | Maniak003 [ Пн апр 25, 2022 23:14:17 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
В приведенной модели, другие датчики (динамические), их габариты и значительное растояние, почти не оказывают влияние на точность измерения. Использованный мною метод измерения не позволит разнести излучатели так далеко. Предельная скорость измерения зависит от растояния, чем оно меньше, тем больше скорость. Про фильтр тоже вначале подумал, потом нагрел его феном и огрчился - ноль эффекта. Мне кажется, что проблема в температурных деформациях корпуса. Это скоро будет проверено, корпус из алюминия почти готов. По ссылке, мне кажется тоже не пьезокристаллы. И через корпус сигнал лучше пропустить вперед. Посмотрите на сигналы:  Видите два фазовых сдвига: первый после переходных процессов переключения мультиплексора и колебаний в материале корпуса, второй корпус складывается с эхом. Т.е. эхо очень сильно опаздывает от колебаний через пластик. Колечки нужны скорее не для гашения этих колебаний, а для мягкой фиксации. Да, в статье об этом не написал... Не умею я их писать. Добавлено after 23 minutes 28 seconds: На всякий случай: была попытка калиброваться через пластик, но что то не срослось. Хотя этот вариант я не забыл, еще буду пробовать. |
|
| Автор: | Eddy_Em [ Пн апр 25, 2022 23:18:22 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
А, т.е. расчет на поперечный эффект Доплера. А он ведь гораздо слабей продольного! Таки приведенная выше классическая конструкция наверняка будет большую чувствительность иметь. |
|
| Автор: | Maniak003 [ Пн апр 25, 2022 23:52:00 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Насчет приведенной выше конструкции с динамическими излучателями, да , основано на эффекте доплера. В предложенном мной варианте из-за высокой добротности пьезокристаллов, эффект доплера не работает в той мере, что бы его можно было обнаружить средствами выбранного МК. Вариант с изменением фазы намного чувствительней, по этому и возникают трудности с удержанием точности показаний. Т.е. частота не меняется, меняется только фаза. По этому всего 4 импульса, этого достаточно, для раскачки приемника до нужной амплитуды, а раскачка происходит с задержкой обусловленой прохождением звука от источника к основанию и отразившись от основания к приемнику. Не обращайте внимания на то, что излучатели установлены в одной плоскости, их диаграмма направленности широкая, по этому нужно воспринимать конструкцию как равнобедренный треугольник с вершиной упирающейса в подставку. |
|
| Автор: | dadigor [ Вт апр 26, 2022 00:04:37 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
А, т.е. расчет на поперечный эффект Доплера. А он ведь гораздо слабей продольного! Таки приведенная выше классическая конструкция наверняка будет большую чувствительность иметь. Я тоже думал, что описываемая Вами конструкция классическая. Но после выхода статьи решил посмотреть, что есть еще и с удивлением увидел, что многие фирмы выпускают что-то подобное варианту автора статьи. А так называемая "классическая" - скорее типовая радиолюбительская, потому что многие любители просто повторяют идеологию трубчатой конструкции, опубликованной несколько лет назад. Вот примеры заводских датчиков, подобных авторскому. Не думаю, что коммерческие проекты делают без обоснования конструктивных решений.  
|
|
| Автор: | Maniak003 [ Вт апр 26, 2022 00:20:19 ] |
| Заголовок сообщения: | Re: Ультразвуковой анемометр |
Важно понимать все плюсы и минусы этих принципиально разных решений. Фазовый метод имеет один большой недостаток - измеряемая скорость потока ограничена растоянием между излучателем и приемником. Зато дает более высокую точность измерения. Это использется например для мгновенного определения плотности нефти и сепарации потока в разные емкости. Вот, друзья, нашел материал по теме: https://youtu.be/lbqTIYK7DZg |
|
| Страница 1 из 5 | Часовой пояс: UTC + 3 часа |
| Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group http://www.phpbb.com/ |
|
