Falla de la semana: Sellado sumergible de sonda

Durante la última década más o menos, [Jason] quería construir un robot submarino. ¿Puedes culparlo? Más recientemente, ha investigado la detección de sonar y está experimentando con el módulo HC-SR04, relativamente económico. Como tuvo la suerte de ponerlo en funcionamiento con una tarjeta de sonido de computadora y Stellaris Launchpad, asumió que era hora de intentar usarlo bajo el agua.

La investigación de hidrófonos lo llevó a la idea de sumergir el sensor en aceite de agua mineral para sellarlo y unirlo al agua. Desafortunadamente, el HC-SR04 solo envía un pulso y espera un eoon. Por aire, devolvió un valor pequeño de manera confiable y repetida. Una vez dentro de un frasco de pastillas lleno de aceite mineral, sin embargo, hace algo bastante extraño: fluctúa entre devolver un valor muy pequeño y un valor enorme. Este comportamiento lo impidió, por lo que volverá a Launchpad a menos que pueda ayudarlo a comprender lo que está sucediendo. ¿Debería usar otro método para sellarlo?

Fail of the Week es una columna de La-Tecnologia que se publica todos los jueves. Ayude a mantener la diversión escribiendo sobre sus fallas pasadas y enviándonos un enlace a la historia, o enviándonos enlaces a las entradas fallidas que encuentre en sus viajes en línea.

  • MSHoecker-Martinez (@msmithma) dice:

    Es posible que tenga un problema de coincidencia de impedancia http://en.wikipedia.org/wiki/Acoustic_impedance
    del aceite, el recipiente y el agua para que el sonido regrese de una de las interfaces. Si no puede encontrar una buena coincidencia de impedancia, ¿podría cambiar el tiempo en blanco y buscar retornos solo después de que su contenedor haya dejado de resonar? ¿Puede ver el retorno bruto de un solo pulso y medir el tiempo de llamada? El aceite se utiliza como sello hidrófobo en conexiones submarinas, por lo que la idea no es incorrecta, pero es posible que deba cambiar su aceite en particular.

  • Lwatcdr dice:

    Creo que quieres decir que lo selló con aceite mineral, no con agua mineral.
    ¿Podría el problema ser un reflejo del costado del frasco de pastillas? Quizás ponerlo en un globo sería mejor.

    • Mike Szczys dice:

      Ja, de hecho. Reparado.

      • Kristina Panos dice:

        ¡Gracias!

    • Kristina Panos dice:

      ¡Vamos!

    • Dan Fruzzetti dice:

      Creo que se relaciona con las diferentes propiedades de los fluidos, creando algo así como un efecto de lente.

  • John Burchim dice:

    No puedo evitar pensar que el frasco de pastillas parece una pequeña cámara de eoa que da un pequeño reflejo rápido y un sobrerreflejo masivo.

  • Gary dice:

    Creo que la BBC usó tales condones ...

    Sound design – a child’s nightmare & underwater recordings

  • Wilko Lunenburg dice:

    Sin duda, se trata del hecho de que la velocidad del sonido es de 4 a 5 veces mayor en aceite mineral. Eso y el hecho de que el sonido rebotará en la botella.

  • Leithoa dice:

    El recinto provoca devoluciones anticipadas del dispositivo. Debido a que su rango funcional es de 2-400 cm si el extremo del frasco de pastillas está más cerca que eso, obtendrá valores de retorno inferiores a 2 cm, lo que hace que el algoritmo de conversión dé respuestas sin sentido. Incluso si el extremo de la botella está a más de 2 cm de distancia, los lados del recipiente están mucho más cerca y las diferencias de densidad entre la botella, el aceite y el agua provocan reflejos.
    La carcasa hemisférica puede resolver este problema de lecturas erróneas, aunque aún tendrá que filtrar los reflejos debido al desajuste de impedancia de las interfaces.

    Otra posibilidad podría ser la naturaleza sellada del barco para evitar que el emisor funcione correctamente. Sin embargo, no estoy muy seguro de esta explicación.

  • Charles Haase dice:

    Creo que probablemente esté midiendo la distancia desde el sensor hasta la pared de la botella. Probablemente sea demasiado pequeño para que se inicie ese sensor, y una vez que inserta la frecuencia de sonido aumentada en un líquido, es una escala de tiempo demasiado corta para ese sensor. Solo una hipótesis.

  • Barrett dice:

    Probablemente la "refracción" de las ondas sonoras cuando cambian de medio. Esto es similar a cómo funcionan los sensores de nivel de onda guiada, simplemente reemplace una constante dieléctrica con una velocidad de sonido.

  • Palanqueta dice:

    La principal dificultad aquí es cómo combinar eficazmente el sonido con el agua. Creo que debería probarlo con una de las variantes del sensor de estacionamiento a prueba de agua, por ejemplo
    http://www.alibaba.com/product-detail/ultrasonic-sensor-ultrasound-transducer-parking-sensor_233118579.html
    Farnell.com (newark) y otros tienen variantes impermeables similares. Solo asegúrate de ajustar la frecuencia o no funcionará en absoluto. La parte frontal del sensor debe entrar en contacto con el agua y el sello alrededor de los bordes debe ser suave. ¿Quizás las juntas tóricas?

    • jpa dice:

      Sí, he probado exactamente este tipo en agua y parece funcionar. Sin embargo, el pequeño ancho de banda limita la precisión en el agua debido a la gran velocidad del sonido.

  • Grumble OId Coot dice:

    Los UAV (vehículos autónomos subacuáticos) utilizan transductores de sonido que están conectados directamente a la "cara" del sensor o están "inundados libremente" fuera del recipiente a presión. El aceite mineral se utiliza como regulador de presión de llenado, no como remedio amortiguador. Buena idea y buena prueba de concepto, solo una implementación ligeramente defectuosa. Si cambiaba sus sensores exteriores (altavoz / micrófono) por transductores sellados, tendría mucha mejor suerte.

  • aburrido dice:

    No estoy seguro de que los transductores ultrasónicos funcionen tan bien bajo el agua. La energía necesaria para empujar una onda a través de un líquido sería mucho mayor que la necesaria para empujarla a través de la atmósfera.

  • canon dice:

    Obtendré reflejos de la botella y el cambio de impedancia, creo.

  • Leithoa dice:

    @mate
    Tiene menos que ver con la frecuencia del sonido y más con la potencia de salida. Su transductor es de 75 mW y los transductores ultrasónicos comerciales están en los cientos de vatios.

    Todo un hilo de construcciones con éxito variable: http://www.homebuiltrovs.com/rovforum/viewtopic.php?f=16&t=543&sid=80e68addc19ece72d9680f1e1150e262&start=10
    Parece que todo el mundo está usando proyectos inundados o transductores abiertos.

  • James Boag dice:

    Estoy seguro de que cuando usé hidrófonos con rov en los años 90, el hidrófono tenía un revestimiento de goma (se bajó desde la parte inferior del barco para escuchar el pin del rov, también escaneó para capturar la dirección, podrías intentar preguntarle a alguien hoy en día en la industria de los rov cómo se hace, pero la sugerencia del globo sonaba bien.

  • Duwogg dice:

    El aceite mineral tiene una densidad muy diferente a la del aire y el agua. Y puede cambiar con la presión y la temperatura; buena suerte con esa tabla de búsqueda ...

    Estos sensores fueron diseñados para operar en AIRE, no en agua o aceite mineral durante un barco cerrado.

    Uno pensaría que el aceite conecta un sensor al frasco de pastillas de alguna manera, y probablemente suceda, pero todo conspira para descartar la calibración de los sensores, porque fueron diseñados para funcionar en AIRE ... no en agua o aceite.

    Sin recalibrar el firmware real que se ejecuta en la MCU en el HC-SR04 en sí, o sin diseñar todo desde cero para que funcione en el agua, me temo que hay poco más que hacer con el HC-SR04.

    Puede obtener TX / RX ultrasónicos sin los circuitos de soporte, ¿tal vez podría copiar el resto del circuito y luego ejecutar su propio firmware basado en el resto de su configuración? O ingrese la MCU en el sensor, estoy seguro de que es PIC o AVR y robar lo que hay allí y trabajar con eso.

    La mayoría de los sensores ultrasónicos que conozco, incluso si están sellados para su uso alrededor de líquidos, están diseñados para flotar sobre dichos líquidos y medir la distancia desde un punto conocido, es decir, la cara del sensor a la superficie del líquido. ¡No se sumerja y mida al revés!

    • Duwogg dice:

      Doh, estaba pensando en algo, ¡hacen “sonidos profundos” para los barcos! puedes comprar a través de varios proveedores, medidores de profundidad para pequeñas embarcaciones de pesca / lubina que funcionan de esa manera, ¡yo iría por esa ruta!

    • SavannahLeón dice:

      No suena como un idiota, pero ¿qué te llevaría a la conclusión de que habría un AVR o PIC allí? Separo mucha mierda y la existencia de ambos es casi igual a un 8502 internalizado, ARM o algún tipo de arquitectura oscura que a nadie realmente le importa, como ese nuevo microcontrolador basado en eZ80.

      • otro tipo dice:

        Sin embargo, suenas como una persona desinformada, y en realidad tienes que separar la mierda, como dices. Hay todo tipo de dispositivos que tienen microcontroladores y / o DSP en su núcleo, incluso cuando un controlador o procesador de nivel superior está involucrado en el manejo de E / S, comunicaciones, etc. Atmel y Microchip ciertamente no son fabricantes "oscuros" en el segmento integrado. mundo, aunque seguro que hay muchos otros: TI, Altera, Silicon Labs, Renesas, Analog Devices, Cypress, FreeScale .... búscalos, y luego separa algo de electrónica industrial actual. Si está apuntando a un micro compatible con el código 8051, y no a "8502", también hay todo tipo de entornos. Por supuesto, habrá algún microcontrolador o DSP dentro de un sensor ultrasónico, a menos que sea solo sensorial, y el procesamiento de la señal y la potencia sean externos a él.

  • Bob Wareham dice:

    ¿Has probado dos discos de tarta, uno para tx y otro para rx?

    • Leithoa dice:

      La mayoría de los transductores y medidores del mercado son solo eso.

  • Cierto dice:

    El aceite mineral también amortiguará las vibraciones del emisor y el receptor debido a que es unas 650 veces más denso que el aire.

    Densidad del aceite mineral 0,8 g / cm ^ 3
    densidad del aire 0.001225 g / cm ^ 3

    Entonces, si pones la misma energía en el sistema, la amplitud de la vibración en el emisor se atenuará y lo mismo sucederá en el sensor, obtendrá una vibración muy atenuada. El ruido probablemente derramará la señal interesante.

  • k-ww dice:

    hay una discontinuidad de impedancia en la interfaz aceite / aire o aceite / agua, y obtiene un eco de esto: el software en el transductor debe estar programado para ignorar los ecos que se producen [the very short distance ones] de este eoo.

    • k-ww dice:

      Mire este video para ver de qué estoy hablando:

      http://techchannel.att.com/play-video.cfm/2011/3/7/AT&T-Archives-Similarities-of-Wave-Behavior

  • RandyKC dice:

    Solo repetiré lo que vi en los comentarios. El problema se debe al reflejo de una capa límite entre el aceite mineral y el agua.

  • jlbrian7 dice:

    Lo que parece es el segundo gran pulso en el que la onda de sonido “suena” dentro del frasco de pastillas. Al inspeccionar las plataformas para ver si las patas están inundadas (un signo de corrosión o un mal pozo) presionamos un sensor ultrasónico hasta la extremidad y si está inundado, el agua del interior llevará el sonido a la pared trasera y viceversa. (http://www.oceanscan.net/gallery//New_Website_Images/EPOCH600_EN_201312_web1.jpg) Lo que ve en la pantalla del instrumento es la explosión principal a la que envía el instrumento es la medida de qué tan lejos ha viajado el sonido (pared lejana y ), y el segundo pico grande es el retorno de la señal. Puede probar esto si puede sostener la clavija del transductor y simplemente escuchar después del pulso principal. Debería ver el ping grande que obtiene, y luego pings más pequeños del tamaño del frasco de pastillas. Aquí estaba la onda de sonido rebotando de un lado a otro entre las paredes.

    Creo que lo que está haciendo es la idea correcta, pero debe colocar el transductor en la pared del frasco de pastillas para que no emita el sonido.

    • jlbrian7 dice:

      * soldar mal

    • jlbrian7 dice:

      Esto puede resultar útil. (http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0CDEQFjAD&url=http%3A%2F%2Fscholar.lib.vt.edu%2Fthables%2Fav % 2Fetd-02182005-150817% 2Funrestricted% 2Fluan_thesis.pdf & ei = zrAtVJfvMtahyAShqIK4Bw & usg = AFQjCNEdASZ5_t20lLOTwRkOSNYm8LJHUg & sig2 = ksp3q3DW

  • vitomakes dice:

    Puede probar este enfoque: abra el sensor y pegue los elementos de la tarta con pegamento epoxi duro a la placa de una lata de metal que está sumergiendo.

    Trabajé e invertí la ingeniería en esta cosa china, que funciona midiendo el nivel en un tanque de metal, conectando el sensor ultrasónico en el gabinete con epoxi. Incluso esa cosa no siempre fue fácil de operar. En mi opinión el problema es el acoplamiento entre el sensor y el agua, como muchos ya han apuntado. Realmente hay muchas matemáticas complejas involucradas ...
    Aquí está el enlace, no me culpes por no querer venderlo 🙂
    http://hurricane.gmc.globalmarket.com/products/details/ultrasonic-tank-level-monitor-fuel-tank-level-sensor-520620.html

  • Jim Shaffer dice:

    Chico, obtendría mejores resultados más confiables con una cámara barata y un puntero láser, incluso podría encapsularlo en una torreta y medir distancias a diferentes objetivos. ¡No solo eso, sino que se vería triste y asustaría a la vida salvaje local!

    • Jason dice:

      Hola Jim: ¿Estás hablando de usar un método triangular similar al que se usa para los escáneres 3D simples? Esa es una idea interesante.

      Gracias a todos por sus comentarios.

      - Jason

    • cazador dice:

      El sonar funciona en aguas turbias. Esto no funcionaría.

  • BillBrasskey dice:

    Pegamento caliente. Un gran globo de pegamento termofusible. Sellado y listo para usar 🙂

  • el gancho dice:

    Una vez que separe el transmisor del receptor, aún deberá omitir la idea del aceite. El agua se escapará a menos que se elijan anillos bien elegidos o soldadura química, debido al voltaje de alta frecuencia producido por el transmisor.

    A las olas tampoco les gusta moverse de un medio a otro ...

    La buena noticia es que puede obtener transductores ultrasónicos sumergibles baratos de aliexpress.

  • capcouillon dice:

    Los transductores en la industria de la construcción naval a menudo disparan "a través del casco" siempre que el casco sea de fibra de vidrio "sólida" (sin núcleo). El transductor se conecta directamente al interior del casco mediante epoxi, o se sella un fondo abierto al casco y el transductor se conecta llenando el espacio con líquido. Solíamos usar aceite mineral, ahora generalmente es propilenglicol.

    Airmar produce la mayoría de los transductores utilizados en sondas profundas marinas y peces.

    • Maes dice:

      De la misma forma, es importante controlar a qué frecuencia se transmite el transductor. Probablemente estos pequeños telémetros ultrasónicos diseñados para uso aéreo tienen frecuencias demasiado altas y tienen una potencia demasiado baja para un uso bajo el agua confiable (la atenuación aumenta con la frecuencia). Para un rango submarino decente, 12 kHz es común. (utilizamos un sistema de ~ 2kW @ 12kHz + [email protected] para la profundidad total del océano + penetración en el subsuelo, pero eso puede ser demasiado para su aplicación)

      • BrilaBluJim dice:

        Apuesto a que las criaturas marinas te AMAN.

    • BrilaBluJim dice:

      El glicol probablemente sería una combinación más cercana para el agua que el aceite mineral, pero eso ayudará SOLO si el único problema es la impedancia acústica entre el aceite y el agua. Creo que otra cosa a considerar es que los piezoos que se usan para los transductores ultrasónicos se miden para hacer que resuenen cerca de la frecuencia en la que se usan, y someter los piezoos en IU líquido cambiará sus frecuencias de resonancia. La forma más fácil de evitar esto es utilizar transductores diseñados para funcionar en el agua.

  • Nigel dice:

    No sé cómo funcionan estos módulos internamente, pero supongo que se relaciona con AGC (control automático de ganancia) o puerta de tiempo automática para explicar el patrón largo / corto / largo / corto.

    El primer pulso después del silencio será cuando la ganancia de AGC esté en su pico, por lo que se detectará una reflexión temprana. Esta señal detectada reducirá la ganancia, por lo que no se detectará la siguiente reflexión temprana. Después de ese período, es posible que el AGC se haya recuperado a una ganancia alta antes de que se envíe el siguiente pulso.

    Intente enviar a un PRF (frecuencia de repetición de pulso) diferente y vea si eso cambia el patrón de largo / corto, simplemente dando tiempo al AGC para sanar y algo de tiempo reflejo para desaparecer.

    Debería poder alcanzar unos pocos metros bajo el agua a 40 kHz, siempre que el agua no sea demasiado ruidosa por otras fuentes (naturales o artificiales).

  • Eric Ramsell dice:

    El caucho es más transparente acústicamente que el plástico duro, por lo que algo como un tubo de caucho o una sección de una manguera de jardín de caucho podría ser más duradero. O puede ir esférico (y completo) y usar una pelota de baloncesto, o incluso una pelota de baloncesto pequeña de juguete. O corte una llanta pequeña y calva en forma esférica. (corte las muescas en V de acuerdo con el cordón de arte)
    Algunos detectores de sonar pasivos (navales) profesionales (colas) utilizan tubos de goma con los sensores y aceite mineral en su interior. Están diseñados para aguas relativamente profundas, por lo que son de caucho reforzado con tela, o quizás más como tela impregnada de caucho. Pero estos módulos solo se detectan desde el lateral, no desde los extremos, porque los extremos se conectan sucesivamente a otros módulos.
    Muchos sistemas de sonar activos utilizan un domo de goma para emitir y recibir, por lo que la goma es definitivamente un buen material tanto para transmitir como para recibir. Por supuesto, la mayoría de las cúpulas de transmisores de sonar no utilizan aceite mineral para entregar, no que yo haya oído hablar de todos modos. Normalmente era agua dulce. Es extraordinario. No sé qué tan bien funciona en aceite mineral. Es posible que desee utilizar módulos separados.
    Goma reforzada gruesa o rígida, o tela impregnada de caucho es el camino a seguir si puede.

    • echodelta dice:

      ¡Cúpulas de sonido con marcas de dientes ingenuos de calamar gigante de 8 pulgadas de diámetro en ellas!
      Probablemente puedan "oír" las manchas de goma en nuestro pez de metal incluso cuando no estén manchadas.

Nora Prieto
Nora Prieto

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