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Módulo de telêmetro ultrassônico subaquático. Parte TRÊS

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Sem acúmulo.

As mudanças mais significativas no projeto, em comparação às versões anteriores do sonar ( um e dois ), são a simplificação da parte analógica e a evolução do processo de montagem dos módulos em direção a uma maior capacidade de fabricação. Várias combinações de adesivos e compostos foram testadas para selar a placa e o emissor dentro da caixa.

Bem e o fato de que agora é um produto comercial, trazido para a fase de produção.

Produção


Atormentado notavelmente com um Controle de Ganho Temporário muito inconveniente, que não resolveu o problema de uma faixa dinâmica estreita, foi decidido usar um amplificador logarítmico integrado. Deus (se você existir), obrigado e o pessoal da Analog Devices por esse milagre! Um terço de toda a funcionalidade do sonar, sem exagero, é ele. Comentários? Clipping? Auto-excitação? Não, não ouvi. Nossa resposta é AD8310!

A opção anterior também está funcionando, mas com desvantagens. Em primeiro lugar, é difícil configurar duas cascatas de filtros ativos de banda muito estreita. Em segundo lugar, o circuito de controle de ganho - ele precisa ser controlado. Em terceiro lugar, a cascata de detecção de amplitude é não linear mais próxima dos limites de sua faixa dinâmica. Nos últimos dois parágrafos, as características, em parte, dependem da temperatura e da variação nos parâmetros dos principais componentes. Então chegamos ao amplificador logarítmico. O novo caminho analógico tem uma vantagem significativa - é um dispositivo de medição com uma escala logarítmica. Isso permite capturar toda a faixa dinâmica disponível (95 dB) com um ADC convencional de 12 bits com alta fidelidade, e o controle de ganho pode ser feito no pós-processamento no lado do software.

Quanto a mudanças na tecnologia de fabricação. O principal é resolver os problemas de adesão.
A questão da adesão de materiais entre si é muito importante, pois é essa propriedade que fornece principalmente proteção contra vazamentos. O interior do módulo é preenchido com um composto e o ponto mais fraco é a junção da bainha do cabo com o composto de fundição, que tem a principal responsabilidade de suportar a pressão e vedar o circuito. Este composto deve ter alta resistência e boa adesão aos componentes. O fato é que existe ar dentro do cabo, que é comprimido sob pressão, fazendo com que o invólucro externo se solte do composto circundante. Existem várias soluções para esse problema. A principal ação em nosso caso foi o uso de um cabo na bainha de poliuretano Helukabel DataPUR-C. Possui a melhor adesão ao composto selecionado dentre os muitos cabos que testamos. Essa parte do caboque entra no estojo e é preenchido com um composto, além detratado com plasma para uma aderência ainda maior ao composto.

Módulo de

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fraque : alguns dos buttherts trouxeram a história do RoHS . Em suma, RoHS é as regras da UE que regem o conteúdo de substâncias perigosas nos produtos (chumbo, mercúrio, cádmio e outros tipos de bagaço). E como estávamos originalmente focados na exportação, a prioridade na seleção de componentes foi dada àqueles que possuíam certificados / declarações de conformidade RoHS. Portanto, a propósito, componentes russos não foram considerados. A única exceção foi a piezocerâmica de chumbo, usada como transdutor eletroacústico no sonar. Esses materiais estão isentos da regulamentação RoHS, como qualquer cerâmica com chumbo ligado (2011/65 / EN Isenção 7 © -I).

Desde que a exportação foi mencionada ...
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A caixa do sonar é feita de aço inoxidável, que também atua como uma tela para o circuito interno. Ele não deve ter contato galvânico direto com os elementos do circuito, portanto, é conectado ao terra através de um capacitor de cerâmica soldado ao corpo usando solda a ponto.

Todos os módulos enviados são testados sob pressão. Apesar da profundidade de trabalho declarada de 100 metros, a pressão de teste é de 35 atmosferas (equivalente a quase 350 metros). Como se costuma dizer, é melhor exagerar ...

A instalação dos testes de pressão até o limite é simples. A fonte de pressão é um sistema de teste de pressão para sistemas de aquecimento com um manômetro. A câmara de pressão é um segmento de um tubo de polipropileno de alta qualidade, de um lado do qual existe uma conexão que liga a mangueira de teste de pressão e, do outro lado, uma tampa com um orifício e uma vedação para o cabo do módulo testado.

Um dos parâmetros principais é o padrão de radiação. A seguinte construção foi usada como banco de medição: O

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sonar é fixado no aquário permanentemente. A antena receptora móvel está localizada no mesmo nível do emissor do sonar e tem a capacidade de girar 180 ° no plano perpendicular ao plano do emissor. Assim, somos capazes de medir a amplitude do sinal acústico recebido, dependendo da direção do receptor em relação ao emissor do sonar. Um dos pinos do sonar foi sintonizado na saída do relógio do osciloscópio, para que você pudesse distinguir claramente o sinal do sonar direto dos refletidos. As medições mostraram um ângulo de 12 ° a metade da amplitude máxima do sinal acústico recebido.

Gráfico com base nos dados recebidos:

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Use experiência


É ingênuo acreditar que, enviando amostras de sonares para os testadores de graça, podemos obter feedback de alta qualidade, perdemos tempo e não obtivemos resultados significativos. Há um sentimento de que os testadores teriam mais motivação para lidar com o dispositivo, se pagassem pelo menos 50% do custo.

Ainda assim, o feedback de qualidade é quando você se torna um usuário do seu produto.

Aqui passamos a um dos possíveis usos de nosso sonar.

Ainda estamos longe de robôs subaquáticos, mas montamos o barco do piloto automático para batimetria por conta própria.

O PixHawk (software - ArduPilot) foi escolhido como o controlador de piloto automático.

O barco se move ao longo de uma rota pré-formada. Os dados do sonar na distância até o fundo são gravados no piloto automático no cartão de memória, juntamente com os dados do receptor GPS. Combinando esses dados, é possível fazer um mapa do fundo do reservatório.

Em termos gerais, o diagrama de conexão é o seguinte:

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E este é o navio de pesquisa científica Gretta-2 com o equipamento instalado:

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um vento forte soprou no dia do teste e nossa pelve era decentemente salsicha, como resultado do qual o sonar ofegava periodicamente, o que afetava as leituras. A imagem abaixo mostra esses picos anormais no gráfico de profundidade medido. Portanto, se você deseja repetir esse design, preste atenção a essa nuance.

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Os testes em um dia melhor permitiram obter dados mais precisos, graças aos quais foi construído um mapa da parte inferior de uma pequena parte do reservatório local:

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A propósito, o módulo implementa dois tipos de protocolo: binário e NMEA de texto. O último é suportado pela plataforma ArduPilot, portanto, não há problemas com a conexão do sonar e do controlador do piloto automático.

Informações sobre como pré-configurar nosso sonar para funcionar em conjunto com o ArduPilot podem ser encontradas aqui.

Para realizar experimentos com um sonar, não é necessário ter equipamento externo sofisticado ou possuir habilidades avançadas de programação. Basta ter um smartphone Android pré-carregado com nossa GUI, qualquer conversor USB-> UART e cabo OTG. Você pode alterar parâmetros como a frequência da radiação, o número de pulsos no pacote, o período de geração dos pulsos da sonda e muito mais. O resultado da alteração desses parâmetros é imediatamente visível na tela.

Se o smartphone tiver um módulo GPS, você poderá gravar dados e dados do sonar no GPS do próprio smartphone.

Alterando o emissor do disco para um paralelepípedo oblongo, você pode obter um tipo de sonar HBO - side - scan a partir de um sonar de feixe estreito . No mínimo, é claro.

Embora sua pequena potência e suas dimensões ultra compactas não permitam brilhar por dezenas de metros, é suficiente se familiarizar com os princípios de operação da HBO, brincar com as configurações e ver instantaneamente o resultado da alteração dessas configurações.

HBO no mínimo:

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eu também gostaria de me debruçar sobre a GUI.

Juntamente com o fato de ele saber alterar os parâmetros do sonar, gravar logs com coordenadas, enviar dados para um servidor remoto (um recurso em desenvolvimento), este também é um projeto de código aberto escrito em Java no Android Studio. Para aqueles que estão envolvidos no desenvolvimento móvel e na comunicação do aplicativo com dispositivos externos, talvez as soluções implementadas em nosso aplicativo sejam úteis.

Eu também acrescentaria que o sonar, além da interface UART, possui várias entradas / saídas discretas adicionais que podem ser usadas, por exemplo, para sincronizar uma matriz de sonares e criar uma semelhança de um localizador com uma abertura sintética. Mas esta é uma história completamente diferente ...

PS Eu quase esqueci ...
MEMS IMU.
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