🙂 🧕🏿 🙎🏽 Unterwasser-Ultraschall-Entfernungsmesser-Modul. Teil drei 👨🏻‍🚒 😻 🦃

Ohne Aufbau.

Die wichtigsten Änderungen im Projekt im Vergleich zu früheren Versionen des Sonars ( eins und zwei ) sind die Vereinfachung des analogen Teils und die Weiterentwicklung des Montageprozesses von Modulen hin zu einer besseren Herstellbarkeit. Es wurden verschiedene Kombinationen von Klebstoffen und Verbindungen getestet, um die Platte und den Emitter im Inneren des Gehäuses abzudichten.

Nun und die Tatsache, dass es sich jetzt um ein kommerzielles Produkt handelt, wurde in die Produktion gebracht.

Produktion

Insbesondere mit einer sehr unpraktischen temporären Verstärkungsregelung gequält, die das Problem eines engen Dynamikbereichs nicht löste, wurde beschlossen, einen integrierten logarithmischen Verstärker zu verwenden. Gott (falls vorhanden), danke und den Jungs von Analog Devices für dieses Wunder! Ein Drittel aller Sonarfunktionen ohne Übertreibung ist er. Rückkopplung? Ausschnitt? Selbsterregung? Nein, habe nicht gehört. Unsere Antwort lautet AD8310!

Die vorherige Option funktioniert ebenfalls, jedoch mit Minuspunkten. Erstens sind zwei Kaskaden aktiver sehr schmalbandiger Filter schwer zu konfigurieren. Zweitens die Verstärkungsregelschaltung - sie muss gesteuert werden. Drittens ist die Kaskade der Amplitudenerfassung näher an den Grenzen ihres Dynamikbereichs nicht linear. Bei den letzten beiden Punkten hängen die Eigenschaften teilweise von der Temperatur und der Verteilung der Parameter der Schlüsselkomponenten ab. Also kamen wir zum logarithmischen Verstärker. Der neue analoge Pfad hat einen erheblichen Vorteil - er ist ein Messgerät mit einer logarithmischen Skala. Auf diese Weise können Sie den gesamten verfügbaren Dynamikbereich (95 dB) mit einem herkömmlichen 12-Bit-ADC mit hoher Wiedergabetreue erfassen, und die Verstärkungsregelung kann in der Nachbearbeitung auf der Softwareseite erfolgen.

Wie für Änderungen in der Fertigungstechnologie. Die Hauptsache ist, die Probleme der Haftung zu lösen.
Das Problem der Haftung von Materialien aneinander ist sehr wichtig, da diese Eigenschaft hauptsächlich den Schutz vor Undichtigkeiten bietet. Die Innenseiten des Moduls sind mit einer Verbindung gefüllt, und der schwächste Punkt ist die Verbindung des Kabelmantels mit der Gussmasse, die die Hauptverantwortung dafür trägt, dem Druck standzuhalten und den Kreislauf abzudichten. Diese Verbindung muss eine hohe Festigkeit und eine gute Haftung an den Bauteilen aufweisen. Tatsache ist, dass sich im Kabel Luft befindet, die unter Druck komprimiert wird, wodurch sich die Außenhülle von der umgebenden Verbindung löst. Es gibt verschiedene Lösungen für dieses Problem. Die Hauptaktion in unserem Fall war die Verwendung eines Kabels in der Polyurethanhülle Helukabel DataPUR-C. Es hat die beste Haftung auf der ausgewählten Verbindung aus den vielen Kabeln, die wir getestet haben. Dieser Teil des Kabelsdas geht in den Fall und ist zusätzlich mit einer Verbindung gefülltPlasma behandelt für noch besseren Halt auf der Verbindung. Cutaway-

Modul:

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Einige der Buttherts brachten die Geschichte von RoHS . Kurz gesagt, RoHS ist die EU-Regelung für den Gehalt an gefährlichen Stoffen in Produkten (Blei, Quecksilber, Cadmium und andere Byak). Und da wir uns ursprünglich auf den Export konzentrierten, wurde bei der Auswahl der Komponenten denjenigen Vorrang eingeräumt, die über RoHS-Zertifikate / Konformitätserklärungen verfügten. Daher wurden russische Komponenten übrigens nicht berücksichtigt. Die einzige Ausnahme bildeten Blei-Piezokeramiken, die als elektroakustischer Wandler im Sonar verwendet wurden. Diese Materialien sind wie alle Keramiken mit gebundenem Blei von der RoHS-Verordnung ausgenommen (2011/65 / DE Ausnahme 7 © -I).

Da wurde der Export erwähnt ...

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Das Sonargehäuse besteht aus Edelstahl, der auch als Abschirmung für den internen Schaltkreis dient. Es sollte keinen direkten galvanischen Kontakt mit Schaltungselementen haben, daher ist es über einen Keramikkondensator, der durch Punktschweißen mit dem Gehäuse verschweißt ist, mit der Erde verbunden.

Alle mitgelieferten Module sind druckgeprüft. Trotz der angegebenen Arbeitstiefe von 100 Metern beträgt der Prüfdruck 35 Atmosphären (entspricht fast 350 Metern). Wie sie sagen, ist es besser, es zu übertreiben ...

Die Installation von Druckprüfungen bis zum Limit ist einfach. Die Druckquelle ist ein Druckprüfsystem für Heizsysteme mit Manometer. Die Druckkammer ist ein Segment eines hochwertigen Polypropylenrohrs, auf dessen einer Seite sich ein Anschluss befindet, der den Druckprüfschlauch verbindet, und auf der anderen Seite befindet sich eine Abdeckung mit einem Loch und einer Dichtung für das Kabel des geprüften Moduls.

Einer der Schlüsselparameter ist das Strahlungsmuster. Die folgende Konstruktion wurde als Messbank verwendet: Das

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Sonar ist dauerhaft im Aquarium fixiert. Die mobile Empfangsantenne befindet sich auf der gleichen Höhe wie der Sonarsender und kann sich in der Ebene senkrecht zur Emitterebene um 180 ° drehen. Somit können wir die Amplitude des empfangenen akustischen Signals in Abhängigkeit von der Richtung des Empfängers relativ zum Sonarsender messen. Einer der Sonarpins wurde auf den Ausgang des Takts für das Oszilloskop abgestimmt, so dass Sie das direkte Sonarsignal klar von den reflektierten unterscheiden können. Die Messungen zeigten einen Winkel von 12 ° bis zur Hälfte der maximalen Amplitude des empfangenen akustischen Signals.

Grafik basierend auf den empfangenen Daten:

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Erfahrung nutzen

Es ist naiv zu glauben, dass wir durch das kostenlose Senden von Sonarproben an Tester qualitativ hochwertiges Feedback erhalten können, Zeit verloren haben und keine signifikanten Testergebnisse erhalten haben. Es besteht das Gefühl, dass Tester mehr Motivation hätten, mit dem Gerät umzugehen, wenn sie mindestens 50% der Kosten bezahlen würden.

Qualitätsfeedback ist jedoch, wenn Sie selbst Benutzer Ihres Produkts werden.

Hier gehen wir reibungslos zu einer der Verwendungsmöglichkeiten unseres Sonars über.

Wir sind noch weit von Unterwasserrobotern entfernt, aber wir haben das Autopilotboot für die Bathymetrie selbst zusammengebaut.

Als Autopilot-Controller wurde PixHawk (Software - ArduPilot) ausgewählt.

Das Boot bewegt sich entlang einer vorgeformten Route. Sonardaten über den Abstand zum Boden werden zusammen mit Daten vom GPS-Empfänger auf einer Speicherkarte vom Autopiloten aufgezeichnet. Durch die Kombination dieser Daten ist es möglich, eine Karte des Bodens des Reservoirs zu erstellen.

Im Allgemeinen lautet das Anschlussdiagramm wie folgt:

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Und dies ist das wissenschaftliche Forschungsschiff Gretta-2 mit der installierten Ausrüstung:

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Am Testtag wehte ein starker Wind, und unser Becken war anständige Wurst, wodurch das Sonar regelmäßig nach Luft schnappte, was die Messwerte beeinflusste. Das Bild unten zeigt diese abnormalen Peaks im gemessenen Tiefenplot. Wenn Sie dieses Design wiederholen möchten, sollten Sie dieser Nuance etwas Aufmerksamkeit schenken.

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Tests an einem besseren Tag ermöglichten es, genauere Daten zu erhalten, dank derer eine untere Karte eines kleinen Teils des lokalen Reservoirs erstellt wurde:

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Das Modul implementiert übrigens zwei Arten von Protokollen: Binär- und Text-NMEA. Letzteres wird von der ArduPilot-Plattform unterstützt, sodass bei der Verbindung von Sonar und Autopilot-Controller keine Probleme auftreten.

Informationen zur Vorkonfiguration unseres Sonars für die Zusammenarbeit mit ArduPilot finden Sie hier.

Um Experimente mit einem Sonar durchzuführen, ist es nicht erforderlich, über hochentwickelte externe Geräte zu verfügen oder über fortgeschrittene Programmierkenntnisse zu verfügen. Es reicht aus, ein Android-Smartphone mit unserer GUI vorinstalliert zu haben, ein beliebiger USB-> UART-Konverter und ein OTG-Kabel. Sie können Parameter wie die Strahlungsfrequenz, die Anzahl der Impulse im Paket, die Erzeugungsdauer der Sondenimpulse und vieles mehr ändern. Das Ergebnis der Änderung dieser Parameter ist sofort auf dem Bildschirm sichtbar.

Wenn das Smartphone über ein GPS-Modul verfügt, können Sie Sonardaten und Daten vom GPS des Smartphones selbst aufzeichnen.

Wenn Sie den Emitter von der Platte auf ein längliches Parallelepiped umstellen, erhalten Sie eine Art HBO- Side-Scan-Sonar von einem Schmalstrahl-Sonar . Zumindest natürlich.

Obwohl seine geringe Leistung und seine ultrakompakten Abmessungen es ihm nicht erlauben, mehrere zehn Meter zu glänzen, reicht es aus, sich mit den Prinzipien des HBO vertraut zu machen, mit den Einstellungen zu spielen und sofort das Ergebnis der Änderung dieser Einstellungen zu sehen.

HBO auf dem Minimum:

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Ich möchte auch auf die GUI eingehen.

Neben der Tatsache, dass er weiß, wie man die Parameter des Sonars ändert, Protokolle mit Koordinaten schreibt und Daten an einen Remote-Server sendet (eine Funktion in der Entwicklung), ist dies auch ein Open-Source-Projekt, das in Java in Android Studio geschrieben wurde. Für diejenigen, die sich mit der mobilen Entwicklung und Kommunikation der Anwendung mit externen Geräten befassen, sind möglicherweise die in unserer Anwendung implementierten Lösungen nützlich.

Ich möchte auch hinzufügen, dass das Sonar zusätzlich zur UART-Schnittstelle mehrere zusätzliche diskrete Ein- / Ausgänge hat, die beispielsweise zum Synchronisieren eines Arrays von Sonaren und zum Erstellen einer Ähnlichkeit eines Locators mit einer synthetischen Apertur verwendet werden können. Aber das ist eine ganz andere Geschichte ...

PS Ich hätte fast vergessen ...

MEMS IMU.
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Unterwasser-Ultraschall-Entfernungsmesser-Modul. Teil drei

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