🛀 🐎 👊 Module télémètre à ultrasons sous-marin. Partie trois 🙍🏾 👨🏾 👠

Sans accumulation.

Les changements les plus importants du projet, par rapport aux versions précédentes du sonar ( un et deux ), sont la simplification de la partie analogique et l'évolution du processus d'assemblage des modules vers une plus grande fabricabilité. Différentes combinaisons d'adhésifs et de composés ont été testées pour sceller la carte et l'émetteur à l'intérieur du boîtier.

Eh bien et le fait que maintenant c'est un produit commercial, amené au stade de la production.

Production

Notamment tourmenté par un contrôle de gain temporaire très gênant, qui ne résolvait pas le problème d'une plage dynamique étroite, il a été décidé d'utiliser un amplificateur logarithmique intégré. Dieu (si vous existez), merci à vous et aux gars d'Analog Devices pour ce miracle! Un tiers de toutes les fonctionnalités du sonar, sans exagération, est lui. Retour d'information? Coupure? Auto-excitation? Non, je n'ai pas entendu. Notre réponse est AD8310!

L'option précédente fonctionne également, mais avec des inconvénients. Premièrement, deux cascades de filtres actifs à bande très étroite sont difficiles à configurer. Deuxièmement, le circuit de contrôle de gain - il doit être contrôlé. Troisièmement, la cascade de détection d'amplitude est non linéaire plus près des limites de sa plage dynamique. Pour les deux derniers points, les caractéristiques dépendent en partie de la température et de la dispersion des paramètres des composants clés. Nous sommes donc arrivés à l'amplificateur logarithmique. Le nouveau chemin analogique présente un avantage significatif - il s'agit d'un appareil de mesure à échelle logarithmique. Cela vous permet de capturer toute la gamme dynamique disponible (95 dB) avec un ADC 12 bits conventionnel à haute fidélité, et le contrôle du gain peut être effectué en post-traitement du côté logiciel.

Quant aux changements dans la technologie de fabrication. L'essentiel est de résoudre les problèmes d'adhérence.
La question de l'adhésion des matériaux les uns aux autres est très importante, car c'est cette propriété qui assure principalement la protection contre les fuites. L'intérieur du module est rempli d'un composé et le point le plus faible est la jonction de la gaine du câble avec le composé de coulée, qui a la responsabilité principale de résister à la pression et de sceller le circuit. Ce composé doit avoir une résistance élevée et une bonne adhérence aux composants. Le fait est qu'il y a de l'air à l'intérieur du câble, qui est comprimé sous pression, ce qui fait que la coque extérieure se détache du composé environnant. Il existe plusieurs solutions à ce problème. L'action principale dans notre cas a été l'utilisation d'un câble dans la gaine polyuréthane Helukabel DataPUR-C. Il a la meilleure adhérence au composé sélectionné parmi les nombreux câbles que nous avons testés. Cette partie du câblequi va dans le boîtier et est rempli d'un composé, en plustraité au plasma pour une adhérence encore plus grande sur le composé.

Module en

coupe : certains des butters ont apporté l'histoire de RoHS . En bref, RoHS est les règles de l'UE régissant la teneur en substances dangereuses dans les produits (plomb, mercure, cadmium et autres byak). Et comme nous étions à l'origine concentrés sur l'exportation, la priorité dans la sélection des composants a été donnée à ceux qui avaient des certificats / déclarations de conformité RoHS. Par conséquent, d'ailleurs, les composants russes n'ont pas été pris en compte. La seule exception était la piézocéramique au plomb, utilisée comme transducteur électro-acoustique dans le sonar. Ces matériaux sont exemptés de la réglementation RoHS, comme toute céramique à plomb lié (2011/65 / FR Exemption 7 © -I).

Depuis que l'exportation a été mentionnée ...

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Le boîtier du sonar est en acier inoxydable, qui sert également d'écran au circuit interne. Il ne doit pas avoir de contact galvanique direct avec les éléments du circuit, il est donc connecté à la terre via un condensateur en céramique soudé au corps par soudage par points.

Tous les modules expédiés sont testés sous pression. Malgré la profondeur de travail déclarée de 100 mètres, la pression d'épreuve est de 35 atmosphères (soit près de 350 mètres). Comme on dit, il vaut mieux en faire trop ...

L'installation de test de pression à la limite est simple. La source de pression est un système de test de pression pour les systèmes de chauffage avec un manomètre. La chambre de pression est un segment d'un tuyau en polypropylène de haute qualité, d'un côté duquel se trouve un raccord reliant le tuyau de test de pression, et de l'autre un couvercle avec un trou et un joint pour le câble du module testé.

L'un des paramètres clés est le diagramme de rayonnement. La construction suivante a été utilisée comme banc de mesure: Le

sonar est fixé en permanence dans l'aquarium. L'antenne de réception mobile est située au même niveau que l'émetteur sonar et a la capacité de tourner à 180 ° dans le plan perpendiculaire au plan de l'émetteur. Ainsi, nous sommes en mesure de mesurer l'amplitude du signal acoustique reçu en fonction de la direction du récepteur par rapport à l'émetteur sonar. L'une des broches du sonar a été réglée sur la sortie de l'horloge de l'oscilloscope, de sorte que vous puissiez clairement distinguer le signal sonar direct des signaux réfléchis. Les mesures ont montré un angle de 12 ° à la moitié de l'amplitude maximale du signal acoustique reçu.

Graphique basé sur les données reçues:

Utiliser l'expérience

Il est naïf de croire qu'en envoyant gratuitement des échantillons de sonars aux testeurs, nous pouvons obtenir des commentaires de haute qualité, nous avons perdu du temps et n'avons pas obtenu de résultats de test significatifs. On a le sentiment que les testeurs auraient plus de motivation pour manipuler l'appareil s'ils payaient au moins 50% du coût.

Pourtant, la rétroaction de qualité est lorsque vous devenez vous-même un utilisateur de votre produit.

Ici, nous passons en douceur à l'une des utilisations possibles de notre sonar.

Nous sommes encore loin des robots sous-marins, mais nous avons monté nous-mêmes le bateau pilote automatique pour la bathymétrie.

PixHawk (logiciel - ArduPilot) a été choisi comme contrôleur de pilote automatique.

Le bateau se déplace le long d'un itinéraire préformé. Les données du sondeur sur la distance jusqu'au fond sont enregistrées sur le pilote automatique sur une carte mémoire avec les données du récepteur GPS. En combinant ces données, il est possible de faire une carte du fond du réservoir.

En termes généraux, le schéma de connexion est le suivant:

Et voici le navire de recherche scientifique Gretta-2 avec l'équipement installé:

Un vent fort soufflait le jour des tests, et notre bassin était décemment saucisse, à la suite de quoi le sonar haletait périodiquement, ce qui affectait les lectures. L'image ci-dessous montre ces pics anormaux dans le tracé de la profondeur mesurée. Donc, si vous souhaitez répéter ce design, vous devez faire attention à cette nuance.

Des tests sur une meilleure journée ont permis d'obtenir des données plus précises, grâce auxquelles une carte du bas d'une petite partie du réservoir local a été construite:

Au fait, le module implémente deux types de protocole: binaire et texte NMEA. Ce dernier est pris en charge par la plate-forme ArduPilot, il n'y a donc aucun problème avec la connexion du sonar et du contrôleur de pilote automatique.

Des informations sur la façon de préconfigurer notre sonar pour fonctionner en conjonction avec ArduPilot peuvent être trouvées ici.

Pour mener des expériences avec un sonar, il n'est pas nécessaire d'avoir un équipement externe sophistiqué ou de posséder des compétences avancées en programmation. Il suffit d'avoir un smartphone Android préchargé avec notre interface graphique, n'importe quel convertisseur USB-> UART et câble OTG. Vous pouvez modifier des paramètres tels que la fréquence du rayonnement, le nombre d'impulsions dans le paquet, la période de génération des impulsions de sonde, et bien plus encore. Le résultat de la modification de ces paramètres est immédiatement visible à l'écran.

Si le smartphone possède un module GPS, vous pouvez enregistrer les données du sondeur et les données du GPS du smartphone lui-même.

En changeant l'émetteur du disque en un parallélépipède oblong, vous pouvez obtenir une sorte de sonar à balayage latéral HBO à partir d'un sonar à faisceau étroit . Au minimum, bien sûr.

Bien que la petite puissance et les dimensions ultra-compactes ne vous permettront pas de briller sur des dizaines de mètres, mais cela suffit pour vous familiariser avec les principes du HBO, jouer avec les paramètres et voir instantanément le résultat de la modification de ces paramètres.

HBO sur le minimum:

je voudrais également m'attarder sur l'interface graphique.

Outre le fait qu'il sait comment modifier les paramètres du sonar, écrire des journaux avec des coordonnées, envoyer des données à un serveur distant (une fonctionnalité en développement), c'est aussi un projet open source écrit en Java dans Android Studio. Pour ceux qui sont engagés dans le développement mobile et la communication de l'application avec des appareils externes, les solutions qui sont implémentées dans notre application seront peut-être utiles.

J'ajouterais également que le sonar, en plus de l'interface UART, possède plusieurs entrées / sorties discrètes supplémentaires qui peuvent être utilisées, par exemple, pour synchroniser un réseau de sonars et créer une similitude de localisateur avec une ouverture synthétique. Mais c'est une histoire complètement différente ...

PS j'ai presque oublié ...

MEMS IMU.
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