Auslösen für die Geophon-Triangulation


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Ich verwende drei Geophone, um Aufprallereignisse innerhalb des Dreiecks zu triangulieren, z. B. einen Holzhammer, der auf den Boden trifft. Da die Größe des Ereignisses unbekannt ist, wird die Position nur durch die Zeitdifferenzen des Peaks berechnet, der auf jedes der Geophone trifft. Ich weiß, wie man das theoretisch macht, obwohl dies auch erfordert, die genaue Position der Geophone relativ zueinander und die Klangqualitäten des Bodens zu kennen.

Die Geophone, die ich benutze, sind hier . Die Geophone liefern eine der Vertikalgeschwindigkeit proportionale Spannung und verhalten sich wie Hochpassfilter mit einer Ecke bei etwa 5 Hz.

Wenn ich nur ein Oszilloskop verwende, um die Spannungen an den Klemmen zu untersuchen, erhalte ich Daten, die folgendermaßen aussehen:

Geophondaten Hier ist der Aufprall meist zentriert, aber dem Geophone von Kanal 1 am nächsten.

Geohpone-Daten 2

Und hier ist eine, wo es ~ 10 Zoll von # 3 ist.

Ich weiß, ich brauche Verstärker für jedes der Geophone, damit sie nicht die relativ langen Drähte zu einer zentralen DAq-Schaltung führen müssen. Ich weiß auch, was zu tun ist, wenn ich 3 Zeitwerte relativ zu einem beliebigen Start habe.

Ich möchte so viel wie möglich von diesem Mittelstück analog machen, da ich bereits weiß, wie man die gesamte Wellenform und den gesamten Prozess in MATLAB erhält. Ich dachte daran, einen Schmitt-Trigger zu verwenden, um die späteren Peaks zu ignorieren, da diese möglicherweise die gleichen Zeitverzögerungen aufweisen oder nicht. Kann ich eine Linie verwenden, die hoch ist, um zwei Rampen zu starten, und dann eine Rampe abtasten und halten, wenn 2 Linien hoch sind, und dann die andere abtasten und halten, wenn alle drei hoch sind? Wie kann ich sagen, welches was war?

Ich möchte in der Lage sein, bis zu einigen Zentimetern aufzulösen, was angesichts der Schallgeschwindigkeit in Beton mindestens 320 kHz bedeutet.


Die anfängliche Abwärtsspitze ist der Aufprall, nicht wahr? Nicht der große nach oben.
Endolith

@endolith, beachte tatsächlich, dass dem negativen Peak ein kleiner positiver Peak vorausgeht. Sie möchten ein Merkmal der Wellenform finden, das zuverlässig ist, aber auch früh genug, damit das Klingeln des Wandlers und dergleichen die Zeitmessung nicht beeinflusst.
Olin Lathrop

Ich stelle mir vor, dass Reflexionen das große Problem sind, das die anderen Unebenheiten verursacht. Ein paar Diagramme mit unterschiedlichen Orten und unterschiedlichen Intensitäten wären hilfreich.
Endolith

@ Endolith - es sollte sein. Der Grund, warum der positive Peak höher ist, ist, dass er sich bereits bewegt, wenn er den Ruhepunkt passiert, während er für den negativen Peak von dort mit einer Geschwindigkeit von Null beginnt.
Stevenvh

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Hmmm. Gibt es Echos, die den Anfangsimpuls aufheben? Was ist die Geometrie des Dings, auf das Sie schlagen? Ich glaube, es gibt keinen Grund, dies analog zu tun, außer den Gewinn, um das Grundrauschen zu verringern. Alles andere ist digital einfacher. Dies nennt man übrigens Multilateration .
Endolith

Antworten:


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Die interessantere Darstellung wäre, wie das Signal von jedem Geophon aussieht, wenn der Schlag zentriert ist. Mit anderen Worten, mit welcher Variation muss sich der Algorithmus auseinandersetzen?

Wenn die Art des Schlags und der Schallübertragung insofern zuverlässig ist, als jede Wellenform ungefähr die Form hat, die Sie zeigen, sollte es nicht so schwer sein. Sie können die Zeit des ersten negativen Peaks unter einem bestimmten Wert oder die Zeit des darauf folgenden positiven Nulldurchgangs auswählen.

Auf jeden Fall würde ich das mit fest verdrahteter Logik wirklich nicht tun. Dies sieht aus wie ein Job für ein Mikro mit einem schnellen A / D-Sampling, das mehrere Kanäle gleichzeitig erfassen kann. Einige der dsPIC 33 oder PIC 24H sind möglicherweise geeignet. Dieser Prozessor kann die Hochgeschwindigkeitsanalyse durchführen und Ereigniserkennung und relative Verzögerungen zwischen Kanälen an den Prozessor höherer Ebene melden.


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Waterloo Labs hat ein ähnliches Projekt durchgeführt. Sie verwendeten die gleichen Prinzipien, um die Aufprallposition einer Kugel vom Kaliber .22 auf einem Trockenbau mit Beschleunigungsmessern zu triangulieren (natürlich um Half-Life mit echten Waffen zu spielen).

Eine Beschreibung ihrer Lösung finden Sie hier und ein Video des Endprodukts hier .

Schauen Sie nach, ob dies Ihnen nicht in die richtige Richtung hilft.

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